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(hào)的元件或設(shè)備。

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

傳感器采集并轉(zhuǎn)換的信號(hào)(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(duì)象都連接到互聯(lián)網(wǎng)。

不僅包括智能手機(jī)、個(gè)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(duì)象都可以在互聯(lián)網(wǎng)上共享信息，從而創(chuàng)造一個(gè)更方便、更安全的社會(huì)。

實(shí)現(xiàn)這些不可或缺的就是檢測(cè)狀態(tài)的“傳感器”。【IoT有關(guān)的術(shù)語(yǔ)定義】

物聯(lián)網(wǎng)：物聯(lián)網(wǎng)('物聯(lián)網(wǎng)')是指?jìng)鞲衅髑度胫車矬w并聯(lián)網(wǎng)，使物體和人可以相互交流的狀態(tài)。

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

M2M:機(jī)器對(duì)機(jī)器：指的是在沒有人類媒介的情況下，對(duì)象之間通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行直接通信。《P2M:人對(duì)機(jī)器人對(duì)人的交流》，《M2P:機(jī)器對(duì)人物對(duì)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(chǎng)的磁力包圍，這叫地磁。

地磁傳感器是一種檢測(cè)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(cè)地磁來(lái)檢測(cè)方向。

[地球周圍的地磁]

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

如果不考慮諸如簡(jiǎn)單羅盤的傾斜，則僅使用X軸和Y軸的值。考慮傾斜時(shí)，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(shí)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(chǎng)影響的理想情況下，輸出分布圖的中心會(huì)變?yōu)榱恪?/p>

但實(shí)際上，由于環(huán)境磁場(chǎng)的影響，中心是移動(dòng)的，所以需要調(diào)整使圓心移動(dòng)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(jì)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(cè)量磁場(chǎng)大小和方向?yàn)槟康牡膫鞲衅鳌?/p>

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(cè)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(cè)。

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(lái)測(cè)量因磁場(chǎng)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(cè)應(yīng)用之外，它還用于電機(jī)旋轉(zhuǎn)和位置檢測(cè)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(cè)量地磁的微小變化。

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

脈搏傳感器

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

其中，光電脈搏波法是使用脈搏傳感器的測(cè)量方法。

由于測(cè)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(cè)量血流隨心臟脈搏的變化，將脈搏波測(cè)量為透過身體的光的變化。

這種方法僅限于測(cè)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(zhǎng)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(cè)量活體反射的光。氧合血紅蛋白存在于動(dòng)脈血中，具有吸收入射光的特性。因此，通過檢測(cè)隨時(shí)間序列和心跳而變化的血流量(血管容積的變化)來(lái)測(cè)量脈搏信號(hào)。

另外，既然是反射光的測(cè)量，就不需要像透射式那樣限制測(cè)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(lái)測(cè)量脈搏波時(shí)，會(huì)受到室外太陽(yáng)光中所含紅外線的影響，因此無(wú)法穩(wěn)定地測(cè)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(yùn)動(dòng)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(lái)說，動(dòng)脈血氧飽和度(SpO2)可以通過觀察以下兩點(diǎn)來(lái)測(cè)量。通過脈搏傳感器獲得的波形的波動(dòng)周期觀察心率(脈率)；通過使用紅外光和紅光兩種波長(zhǎng)來(lái)觀察脈動(dòng)(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(cè)量。

氣壓傳感器

氣壓傳感器是檢測(cè)大氣壓力的傳感器。

根據(jù)要測(cè)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(cè)大氣壓力的傳感器(用于氣壓檢測(cè))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(kuò)散雜質(zhì)形成電阻電橋電路，以施加壓力時(shí)產(chǎn)生的變形為電阻值變化來(lái)計(jì)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(gè)封裝中，可以輕松獲得高精度的氣壓信息。

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

集成了機(jī)械部件、傳感器、執(zhí)行器(驅(qū)動(dòng)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(gè)特定的應(yīng)用中。

加速度傳感器

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

通過測(cè)量加速度，我們可以測(cè)量物體的傾斜和振動(dòng)。

加速度的單位是m/s2(國(guó)際單位制中的 SI)。

另外，單位G是基于標(biāo)準(zhǔn)重力(1 G=9.806 65m/s2)的加速度值。

還有用來(lái)檢測(cè)地震振動(dòng)加速度的單位Gal(CGS單位制)。

SI(法語(yǔ)：國(guó)際單位制)

由長(zhǎng)度m、重量kg和時(shí)間s組成的國(guó)際單位(MKS單位)。

標(biāo)準(zhǔn)重力

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

女孩

CGS(長(zhǎng)度厘米，重量克，時(shí)間秒為基準(zhǔn))系統(tǒng)的加速度單位。定義為國(guó)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(jì)是采用MEMS技術(shù)的電容式加速度計(jì)。

該傳感器由硅制成的固定電極、活動(dòng)電極和彈簧組成。當(dāng)沒有施加加速度時(shí)，固定電極和可移動(dòng)電極之間的距離是相同的。當(dāng)施加加速度時(shí)，可移動(dòng)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(jì)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(cè)電路中流動(dòng)的電流值的傳感器。電流的檢測(cè)方法

如下圖所示，檢測(cè)流動(dòng)電流的方法大致可以分為電阻檢測(cè)型和磁場(chǎng)檢測(cè)型。

【電流檢測(cè)方法和特點(diǎn)】

電阻式將分流電阻引起的電壓降轉(zhuǎn)換成電流。安裝簡(jiǎn)單，價(jià)廉物美，操作簡(jiǎn)單，但缺點(diǎn)是電阻上的功率損耗會(huì)產(chǎn)生較大的熱量。磁場(chǎng)檢測(cè)型

根據(jù)電流線中流動(dòng)的電流，測(cè)量鐵芯中產(chǎn)生的磁場(chǎng)的大小，從而測(cè)量電流值。這種方式不需要觸點(diǎn)，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(dòng)電流周圍產(chǎn)生的磁場(chǎng)轉(zhuǎn)化為電壓(霍爾電壓)，測(cè)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?yàn)樾枰獙㈦娏饕隝C，所以會(huì)發(fā)生功率損耗。

M1電流傳感器

為了消除上述磁場(chǎng)檢測(cè)型在安裝難度(有鐵芯)和功率損耗(無(wú)鐵芯)方面的缺點(diǎn)，ROHM開發(fā)了一種采用MI(磁脈沖)元件的磁場(chǎng)檢測(cè)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(diǎn)是具有超靈敏的磁檢測(cè)能力。

靈敏度遠(yuǎn)超霍爾元件，能高精度檢測(cè)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(cè)(磁檢測(cè)),而不會(huì)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(cè)量，功耗更小，安裝面積進(jìn)一步減小。

顏色傳感器

在光敏傳感器(光傳感器)中，檢測(cè)R(紅)、G(綠)和B(藍(lán))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(cè)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(huì)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(lán)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(lái)識(shí)別物體的顏色。

在黑暗的地方你什么也看不見！這是因?yàn)闆]有照明光，反射光自然不存在，所以看起來(lái)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(jì)算接收到的R、G、B的比例來(lái)識(shí)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(jiǎn)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(shí)別顏色。

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