有源传感器和无源传感器的主要区别在于它们是否需要外部电源来工作。
一、 有源传感器和无源传感器的区别简介
1. 有源传感器：
- 定义：有源传感器需要外部电源或电池供电，通过内部电路将非电能量(如机械能、热能等)转化为电能量，并输出可测量的电信号。
- 工作原理：有源传感器能够主动产生输出信号，通常基于电磁感应、电化学反应或光电效应等原理。例如，压电式、热电式和磁电式传感器都属于有源传感器。
- 优点：有源传感器具有高灵敏度、高输出信号强度和稳定的信号传输能力，适用于需要精确测量和控制的应用。
- 缺点：依赖外部能源供给，增加了系统的复杂性和成本。
2. 无源传感器：
- 定义：无源传感器不需要外部电源，直接利用环境中的能量(如温度、光线、压力等)进行感知，并将其转换为电信号输出。
- 工作原理：无源传感器基于物理效应的变化，如电阻、电感、电容或光敏效应等。例如，热电偶和光电池都是典型的无源传感器。
- 优点：结构简单、成本低廉、体积小、功耗低，适用于对环境要求不高、体积小、功耗低的应用场景。
- 缺点：灵敏度较低，信号传输受限，响应速度慢，对环境条件敏感。
有源传感器和无源传感器的主要区别在于是否需要外部电源以及它们的工作原理和应用场景的不同。有源传感器适用于需要高精度和高灵敏度的场合，而无源传感器则更适合于低成本、低功耗的应用环境。
二、 有源传感器和无源传感器在实际应用中的性能比较如何?
有源传感器和无源传感器在实际应用中的性能比较可以从多个方面进行分析，包括信号噪声比、抗干扰能力、成本、适用场景等。
从信号噪声比的角度来看，无源传感器在某些情况下表现出更高的稳定性。例如，在电机监控系统中，配备无线无源传感器节点的系统在整个测试条件下保持了稳定的30 dB信号噪声比，即使电缆被拉断或弯曲，数据采集中心仍能持续收集振动测量结果。相比之下，传统有源系统在电缆被拉断时信号会完全丢失，信号噪声比显著下降。
从抗干扰能力来看，有源传感器通常具有更强的抗磁性。例如，在外部磁场测试中，有源传感器(如CORDIC IPS)在强磁场下输出误差始终在±1%以内，而基于三维霍尔传感器的设备则因磁场流入和设备自身位置误差的影响，不同方向上的误差较大。这表明有源传感器在抗干扰方面表现更优。
然而，无源传感器在某些特定应用场景中也有显著优势。例如，在物流、车辆管理、仓储管理等领域，无源射频识别应答器因其低成本和免维护特性而被广泛应用。此外，在不方便布设电缆或需长期监测的危险场合(如冶金、建材行业中关键设备回转设备温度测量)，无源传感器更具优势。
从成本和维护的角度来看，无源传感器通常更经济实惠。例如，无源探头价格实惠且坚固耐用，适用于中低频测量。然而，有源传感器由于需要电池或电缆供电，虽然传感距离远且控制处理灵活，但在电池电量不足时可能会失效。
从动态性能来看，有源传感器在高频应用中表现更好。例如，在示波器探测中，有源探头能显著降低电容负载，提供更准确、稳定的测量结果。相比之下，无源探头虽然价格实惠，但在高频应用中可能会混入自身的电阻、电感和电容效应，影响测量精度。
有源传感器和无源传感器各有优劣。选择哪种传感器应根据具体应用场景的需求来决定。例如，在需要高信号噪声比和抗干扰能力的场合，有源传感器更为合适;
三、 如何提高无源传感器的灵敏度和响应速度?
要提高无源传感器的灵敏度和响应速度，可以从以下几个方面进行优化：
根据无芯线圈传感器的研究，阻尼系数对传感器的灵敏度有显著影响。当阻值R_t等于4kΩ时，传感器处于临界阻尼状态，此时灵敏度较高。当R_t小于4kΩ时，传感器处于过阻尼状态;当R_t大于4kΩ时，传感器处于欠阻尼状态。在欠阻尼状态下，传感器的灵敏度更高，因为频率域瞬态电磁检测信号频率范围为1-10kHz，而欠阻尼引起的振荡不会影响频率域测量。
前置放大器的噪声会干扰瞬态电磁信号，因此应尽量减少其噪声。设计中可以采用超低噪声放大器LT1028来放大接收信号，该放大器的电压噪声为0.9nV/Hz^1/2^，电流噪声为1pA/Hz^1/2^。此外，设计采用差分放大结构和严格对称的材料选择，以减少电路不对称引起的直流偏置和共模噪声。
对于电容式传感器，可以通过在两级板间加入云母、塑料膜等介质来提高介电常数，从而减小起始间隙d0.提高灵敏度。但需要注意的是，d0过小容易引起电容器击穿或短路。
使用具有自调谐功能的传感器芯片，如Axzon Magnus® S2和S3 IC，可以根据不同的天线设计优化其性能表现。这种芯片能够调节内部的可变电容，与受到干扰的天线的新阻抗进行匹配，从而减少水和金属等材料的干扰，提升性能。
使用先进的无线传输技术如LoRaWAN、Sigfox等，可以简化数据回传，提高传输效率和可靠性。此外，自供能技术如能量收集可以确保传感器长期自维持运行。
外部噪声如天空噪声、电力线噪声等无法完全消除，但可以通过屏蔽和滤波技术减少其影响。内部噪声主要包括线圈中的热阻噪声和前置放大器电路中的噪声，可以通过优化电路设计和使用低噪声元件来减少。
四、 有源传感器的能源供给方式有哪些
有源传感器的能源供给方式主要包括使用原电池和能量采集两种方法，每种方法对系统成本和复杂性的影响各不相同。
1. 原电池
原电池是一种简单且常见的能源供给方式，适用于许多传感器应用。其主要优点在于操作简单，不需要额外的维护或能量采集设备。然而，原电池也存在一些缺点：
尺寸和储能限制：小型电池通常储能有限，且剩余容量指示不佳。
更换和维护成本：在无法或不可能更换电池的情况下，需要选择具有足够能量以支持整个使用寿命的电池。
峰值功率能力有限：小型电池的阻抗较高，因此峰值功率能力有限，可能无法满足某些高功率需求的应用。
2. 能量采集
能量采集是一种新兴技术，通过从环境中获取能量来为传感器供电。这种方式包括光学、机械、热能和射频(RF)能量采集。其主要优点在于几乎无维护地运行，但增加了电路复杂性，并且仍是一种新兴技术，存在一些挑战。
3. 能量采集的具体方式
光伏电池：适用于光照充足的环境，但在无光环境下不适用。
压电能量采集器：适用于振动或机械能丰富的环境，如风能和机械能。
热电能量采集器：利用温差产生电力，适用于温度变化较大的环境。
摩擦电能量采集器：在低频应用中比压电能量采集器更高效。
4. 对系统成本和复杂性的影响
成本：能量采集技术的成本通常高于传统的有线供电方式，但随着技术的发展，其成本正在逐渐降低。例如，一种低成本的能量采集电路可以利用压电换能器或小型光伏板，并通过电容器积累能量来供电。
复杂性：能量采集增加了电路设计的复杂性，需要更复杂的能量调节和存储单元来应对能量来源的波动。此外，能量采集器的性能依赖于环境条件，因此需要进行适当的优化和管理。
5. 综合分析
总体而言，原电池提供了一种简单且可靠的能源供给方式，但其储能和维护成本较高。能量采集则提供了一种几乎无维护的解决方案，但增加了系统的复杂性和初期投资成本。选择哪种能源供给方式取决于具体应用场景的需求和环境条件。例如，在光照充足的环境中，光伏电池可能是最佳选择;
五、 在特定应用场景下，如何选择有源传感器还是无源传感器?
在选择有源传感器还是无源传感器时，需要考虑多个因素，包括应用场景、成本、维护需求以及能源供应情况等。
1. 应用场景：
有源传感器：适用于需要高灵敏度和快速响应的应用场景。例如，在汽车电控系统中，有源传感器可以提供精确的电压信号变化检测，从而实现对车辆状态的实时监控。
无源传感器：适用于不方便布设电缆、需长期监测、电池不易更换或者易燃易爆等危险场合。例如，在冶金和建材行业中，关键设备的温度测量通常采用无线无源温度传感器，因为这些场合往往难以布设电缆且存在安全隐患。
2. 成本和维护：
有源传感器：由于需要外部 电源或电池供电，因此在长期运行中可能会面临电池更换的问题，增加了维护成本。
无源传感器：通常不需要外部电源，降低了整体成本，并且易于部署和维护。例如，在办公环境中，无源无线开关与传感器可以灵活安装并与其他楼宇自动化系统无缝对接，简化了规划和安装过程。
3. 能源供应：
有源传感器：依赖于外部电源或电池供电，适用于传感距离较远且需要灵活控制处理的场合。
无源传感器：通过自发电装置工作，不需要外部电源，适合于长期监测和难以更换电池的环境。
4. 技术优势：
有源传感器：在某些高频应用中，由于其较低的电容负载和较高的输入阻抗，能够更精确地观察快速信号变化。
无源传感器：具有无需外部电源、成本低廉、易于部署等特点，在物联网应用中尤其具有优势，因为节点数量多且分布范围广，电池更换问题难以解决。
选择有源传感器还是无源传感器应根据具体的应用需求、成本预算、维护便利性以及能源供应情况综合考虑。对于需要高灵敏度和快速响应的场合，有源传感器更为合适;
六、 最新的有源和无源传感器技术进展有哪些?
最新的有源和无源传感器技术进展主要集中在以下几个方面：
1. 无源传感器技术进展
北京京仪北方仪器仪表有限公司研发的非侵入式无源无线电力传感器，基于电磁感应自发电技术，能够长期免供电且稳定运行。该传感器采用Sub-1G无线通讯技术，能够检测电压、电流、温度和开合状态等参数，并通过边缘计算网关和大数据云计算平台进行数据处理和分析。此外，该传感器已在能源电力、智慧建筑、环保安全等领域得到应用，并取得了显著的社会效益和经济效益。
射频识别(RFID)技术的出现为实现“可标记”的无源感知提供了新的机遇。与传统的未标记反射信号相比，基于RFID的无源感知技术可以有效区分多个反射信号的具体来源，从而扩展了应用范畴。
基于蜂窝的新型无源技术能够在更远的距离将感知信息直接回传至5G网络，便于实现大规模组网和集中调度。中国移动推出的新型无源物联产品“e百灵”，单个设备的识别标签距离突破100米，同时支持多设备的连续组网，可用于中大型室内场景的物品、资产、人员综合管理。
利用智能材料如橡皮泥吸收水分的能力，开发了一种芯片less传感器，该传感器根据湿度变化反射功率，温度变化也可通过基于电容的微流体通道改变介电常数来测量。此外，相位调制技术通过编码不同相位的反射信号来编码信息，实现高阶PSK无源标签的开发。
2. 有源传感器技术进展
最新研究综述了低噪声CMOS图像传感器技术的进展，重点介绍了共享参考像素差分共源放大器技术、相关多采样技术、像素内斩波技术等关键技术，并详细阐述了这些技术的电路级实现方式。
总体来看，无源传感器技术在低碳环保、低成本部署、续航能力等方面具有显著优势，尤其适用于大规模物联网应用。而有源传感器技术则在高精度、低噪声等方面表现突出，广泛应用于图像处理和医疗监控等领域。
