何謂傳感器（Sensor）？

傳感器是指將收集到的信息轉(zhuǎn)換成設(shè)備可以處理的信號的元件或設(shè)備。

人類會根據(jù)視覺、聽覺、嗅覺和觸覺獲得的信息行動，設(shè)備也會如此，它們會根據(jù)傳感器獲得的信息進行控制或處理。

傳感器采集并轉(zhuǎn)換的信號(物理量)包括溫度、光線、顏色、氣壓、磁力、速度、加速度等。

這些材料變化使用半導(dǎo)體，此外，還有生物傳感器使用生物物質(zhì)，如酶和微生物。

IoT與傳感器

物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things)，其中所有對象都連接到互聯(lián)網(wǎng)。

不僅包括智能手機、個人電腦等通訊設(shè)備，還包括醫(yī)療設(shè)備、可穿戴設(shè)備、交通工具、自然環(huán)境、基礎(chǔ)設(shè)施等。所有的對象都可以在互聯(lián)網(wǎng)上共享信息，從而創(chuàng)造一個更方便、更安全的社會。

實現(xiàn)這些不可或缺的就是檢測狀態(tài)的“傳感器”。【IoT有關(guān)的術(shù)語定義】

物聯(lián)網(wǎng)：物聯(lián)網(wǎng)('物聯(lián)網(wǎng)')是指傳感器嵌入周圍物體并聯(lián)網(wǎng)，使物體和人可以相互交流的狀態(tài)。

德國工業(yè)4.0:是德國政府提出的提高制造業(yè)智能化水平的概念，也是一個由產(chǎn)業(yè)界、政府和學(xué)術(shù)界共同推動的國家項目。引入新概念，旨在通過工廠物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)造新的價值。

M2M:機器對機器：指的是在沒有人類媒介的情況下，對象之間通過網(wǎng)絡(luò)進行直接通信。《P2M:人對機器人對人的交流》，《M2P:機器對人物對人的交流》

行業(yè)：以GE(通用電氣公司)倡導(dǎo)的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略為中心。

地磁傳感器

被地球磁場的磁力包圍，這叫地磁。

地磁傳感器是一種檢測地球磁力的傳感器，又稱“電子羅盤”。

地磁傳感器可以通過檢測地磁來檢測方向。

[地球周圍的地磁]

地磁傳感器具有X和Y兩個軸，以及添加了Z的三個軸，并且測量所有方向上的磁力值。

如果不考慮諸如簡單羅盤的傾斜，則僅使用X軸和Y軸的值。考慮傾斜時，需要結(jié)合地磁傳感器和加速度傳感器的3軸值，修正到正確的方向。

下圖是地磁傳感器水平旋轉(zhuǎn)時X和Y值的分布。

如果地磁傳感器水平旋轉(zhuǎn)，在不受周圍磁場影響的理想情況下，輸出分布圖的中心會變?yōu)榱恪?/p>

但實際上，由于環(huán)境磁場的影響，中心是移動的，所以需要調(diào)整使圓心移動到零。

地磁傳感器導(dǎo)出的北極稱為磁北(稍微偏離北極)。通過上面的等式計算磁北的角度，可以很容易地知道方向。各類磁傳感器

磁傳感器是一種以測量磁場大小和方向為目的的傳感器。

根據(jù)用途不同，傳感器有很多種。以下是一些典型的傳感器。

霍爾傳感器

基于霍爾效應(yīng)測量磁通密度的傳感器輸出與磁通密度成比例的電壓。

它易于使用，主要用于非接觸開關(guān)應(yīng)用，如門和筆記本電腦等物體的打開和關(guān)閉檢測。

磁共振傳感器

MR(Magneto Resistance)傳感器又稱磁阻傳感器，是一種利用物體電阻來測量因磁場變化而產(chǎn)生的地磁大小的傳感器。

靈敏度比霍爾傳感器高，功耗更低，是一種應(yīng)用更廣泛的磁傳感器。除了電子羅盤等地磁檢測應(yīng)用之外，它還用于電機旋轉(zhuǎn)和位置檢測應(yīng)用。

MI傳感器

磁阻抗傳感器是下一代磁傳感器，采用特殊的非晶絲，應(yīng)用磁阻抗效應(yīng)。

其靈敏度比霍爾傳感器高10000倍以上，可以高精度測量地磁的微小變化。

可應(yīng)用于超低功耗的方位檢測(電子羅盤)，也可應(yīng)用于室內(nèi)定位、金屬異物檢測等高靈敏度應(yīng)用。

脈搏傳感器

脈搏波是心臟送血時產(chǎn)生的血管容積變化的波形，監(jiān)測這種容積變化的探測器稱為脈搏

其中，光電脈搏波法是使用脈搏傳感器的測量方法。

由于測量方法不同，光電脈搏波法的脈搏傳感器有透射式和反射式。

B型通過向體表照射紅外線或紅光，測量血流隨心臟脈搏的變化，將脈搏波測量為透過身體的光的變化。

這種方法僅限于測量容易穿透的部位，如指尖和耳垂。

反射型脈搏傳感器

反射脈沖傳感器向活體照射波長約為550nm的紅外光、紅光和綠光，并通過光電二極管或光電晶體管測量活體反射的光。氧合血紅蛋白存在于動脈血中，具有吸收入射光的特性。因此，通過檢測隨時間序列和心跳而變化的血流量(血管容積的變化)來測量脈搏信號。

另外，既然是反射光的測量，就不需要像透射式那樣限制測量位置。

[反射式脈沖傳感器的原理]

當(dāng)使用紅外線或紅光來測量脈搏波時，會受到室外太陽光中所含紅外線的影響，因此無法穩(wěn)定地測量脈搏波。因此，建議僅將其用于室內(nèi)或半室內(nèi)應(yīng)用。

在運動手表等戶外應(yīng)用中，血液中血紅蛋白的吸收率很高。由于綠色光源受環(huán)境光影響較小，我們采用綠色LED作為照射光。

脈搏傳感器的應(yīng)用

一般來說，動脈血氧飽和度(SpO2)可以通過觀察以下兩點來測量。通過脈搏傳感器獲得的波形的波動周期觀察心率(脈率)；通過使用紅外光和紅光兩種波長來觀察脈動(變化)。

此外，作為脈搏傳感器的應(yīng)用，期望獲得各種生命體征，例如HRV分析(壓力水平)、血管年齡等。通過高速采樣和高精度測量。

氣壓傳感器

氣壓傳感器是檢測大氣壓力的傳感器。

根據(jù)要測量的壓力值，壓力傳感器有如下所示的各種材料和方法的傳感器。

在這些壓力傳感器中，檢測大氣壓力的傳感器(用于氣壓檢測)通常被稱為氣壓傳感器。

[使用的材料-按模式分類的壓力傳感器]

氣壓傳感器的典型例子是使用硅(Si)半導(dǎo)體的壓阻型。

羅馬提供的氣壓傳感器也是壓阻式氣壓傳感器。

壓阻式氣壓傳感器

壓阻式氣壓傳感器以Si單晶片為膜片(壓力接收元件)，通過其表面擴散雜質(zhì)形成電阻電橋電路，以施加壓力時產(chǎn)生的變形為電阻值變化來計算壓力(氣壓)。

[壓阻空氣壓力傳感器]

由于施加在電阻器上的壓力而導(dǎo)致電阻率(電導(dǎo)率)發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為壓阻效應(yīng)。Romm的氣壓傳感器IC將壓阻式壓力接收元件(膜片結(jié)構(gòu)和壓阻式集成在一起MEMS)和溫度校正處理、控制電路等集成電路(ASIC)集成在一個封裝中，可以輕松獲得高精度的氣壓信息。

Mems:微機電系統(tǒng)(micro electro mechanical system)

集成了機械部件、傳感器、執(zhí)行器(驅(qū)動部件)等的裝置。在電路板上。

專用集成電路。

它是一種集成電路，將幾種電路功能結(jié)合到一個特定的應(yīng)用中。

加速度傳感器

加速度是指單位時間內(nèi)產(chǎn)生的速度，測量加速度的IC稱為加速度傳感器。

通過測量加速度，我們可以測量物體的傾斜和振動。

加速度的單位是m/s2(國際單位制中的 SI)。

另外，單位G是基于標準重力(1 G=9.806 65m/s2)的加速度值。

還有用來檢測地震振動加速度的單位Gal(CGS單位制)。

SI(法語：國際單位制)

由長度m、重量kg和時間s組成的國際單位(MKS單位)。

標準重力

物體在重力作用下的加速度。物體自由落體時，物體單位時間內(nèi)增加的速度(9.806 65m/s2)。

女孩

CGS(長度厘米，重量克，時間秒為基準)系統(tǒng)的加速度單位。定義為國際單位制的1/100(1加侖=0.01米/S2)。

傳感器一般分為低g加速度傳感器和高g加速度傳感器，如下圖所示。

電容式加速度傳感器

Romm加速度計是采用MEMS技術(shù)的電容式加速度計。

該傳感器由硅制成的固定電極、活動電極和彈簧組成。當(dāng)沒有施加加速度時，固定電極和可移動電極之間的距離是相同的。當(dāng)施加加速度時，可移動電極發(fā)生位移。因此，與固定電極的位置關(guān)系改變，并且電極之間的電容改變。ASIC將容量變化轉(zhuǎn)換為電壓，計算加速度。

[電容原理]

ASIC

專用集成電路(專用集成電路)

指為特定目的集成多種電路功能的集成電路。

電流傳感器

什么是電流傳感器？

電流傳感器是指檢測電路中流動的電流值的傳感器。電流的檢測方法

如下圖所示，檢測流動電流的方法大致可以分為電阻檢測型和磁場檢測型。

【電流檢測方法和特點】

電阻式將分流電阻引起的電壓降轉(zhuǎn)換成電流。安裝簡單，價廉物美，操作簡單，但缺點是電阻上的功率損耗會產(chǎn)生較大的熱量。磁場檢測型

根據(jù)電流線中流動的電流，測量鐵芯中產(chǎn)生的磁場的大小，從而測量電流值。這種方式不需要觸點，功率損耗小，但是鐵芯大，導(dǎo)致安裝面積大的問題。

利用霍爾效應(yīng)將流動電流周圍產(chǎn)生的磁場轉(zhuǎn)化為電壓(霍爾電壓)，測量電流值。由于霍爾效應(yīng)產(chǎn)生的電壓很小，所以集成電路由霍爾元件和放大電路組成。因為需要將電流引入IC，所以會發(fā)生功率損耗。

M1電流傳感器

為了消除上述磁場檢測型在安裝難度(有鐵芯)和功率損耗(無鐵芯)方面的缺點，ROHM開發(fā)了一種采用MI(磁脈沖)元件的磁場檢測型非接觸電流傳感器。

MI傳感器是利用特殊非晶絲及其磁阻抗效應(yīng)的新一代傳感器，其特點是具有超靈敏的磁檢測能力。

靈敏度遠超霍爾元件，能高精度檢測磁性的微小變化。因此，可以高精度地執(zhí)行非接觸電流檢測(磁檢測),而不會將電流引入封裝中。

【電流傳感器的結(jié)構(gòu)比較（羅姆調(diào)查）】

綜上所述，MI電流傳感器可用于非接觸式電流測量，功耗更小，安裝面積進一步減小。

顏色傳感器

在光敏傳感器(光傳感器)中，檢測R(紅)、G(綠)和B(藍)三原色的傳感器稱為顏色傳感器。

顏色傳感器通過光電二極管接收環(huán)境光，并檢測RGB值。顏色傳感器的原理

將具有RGB分量的光照射到物體上，反射光的顏色分量會隨著物體的顏色而變化。

例如，紅色物體的反射光成分是紅色，黃色物體是紅色和綠色，白色物體包含紅色、綠色和藍色的所有成分。

【物體反射光顏色示意圖】

所以物體的顏色是由物體反射的光色(R，G，B)分量的比例決定的。

人眼通過獲取反射光成分來識別物體的顏色。

在黑暗的地方你什么也看不見！這是因為沒有照明光，反射光自然不存在，所以看起來很暗。

顏色傳感器和人眼一樣，使用光電二極管接收光線，通過計算接收到的R、G、B的比例來識別顏色。顏色傳感器IC的結(jié)構(gòu)

下圖顯示了顏色傳感器IC的結(jié)構(gòu)。它配備了彩色濾光片和紅外截止濾光片。

【羅姆的代表性顏色傳感器的簡要結(jié)構(gòu)】

下面比較有或沒有這些濾波器的傳感器的光譜特性。

【RGB分光特性示意圖】

顏色傳感器IC通過為內(nèi)部傳感器配備R、G和B顏色的濾光器而具有高RGB分光特性，并且通過配備紅外截止濾光器而具有紅外去除特性，其可以高精度地識別顏色。

『本文轉(zhuǎn)載自網(wǎng)絡(luò)，版權(quán)歸原作者所有，如有侵權(quán)請聯(lián)系刪除』