何謂傳感器(Sensor)?
傳感器(Sensor)是指將收集到的信息轉(zhuǎn)換成設(shè)備能處理的信號(hào)的元件或裝置。
人類會(huì)基于視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)、觸覺(jué)獲得的信息進(jìn)行行動(dòng),設(shè)備也一樣,根據(jù)傳感器獲得的信息進(jìn)行控制或處理。
傳感器收集轉(zhuǎn)換的信號(hào)(物理量)有溫度、光、顏色、氣壓、磁力、速度、加速度等。
這些利用了半導(dǎo)體的物質(zhì)變化,除此之外,還有利用酶和微生物等生物物質(zhì)的生物傳感器。
IoT與傳感器
所有物體都連接互聯(lián)網(wǎng)的IoT(Internet of Things:物聯(lián)網(wǎng))。
不僅智能手機(jī)、個(gè)人電腦等通信設(shè)備,還包括醫(yī)療設(shè)備、可穿戴式設(shè)備、車載、自然環(huán)境、基礎(chǔ)設(shè)施等,所有物體都能聯(lián)網(wǎng)共享信息,從而創(chuàng)造更便利、更安心、更安全的社會(huì)。
實(shí)現(xiàn)這些所不可缺少的是檢測(cè)狀態(tài)的“傳感器”。
【IoT有關(guān)的術(shù)語(yǔ)定義】
IoT: Internet of Things("物體"的互聯(lián)網(wǎng)),指?jìng)鞲衅髑度氲街車矬w中,進(jìn)行聯(lián)網(wǎng),從而物體之間,物體與人之間可以相互通信的狀態(tài)。
德國(guó)?工業(yè)4.0:? 是德國(guó)政府提出的旨在提升制造業(yè)智能化水平的概念,也是工業(yè)、政府、學(xué)術(shù)界共同推進(jìn)的國(guó)家項(xiàng)目。推出新的概念,旨在通過(guò)工廠物聯(lián)網(wǎng),創(chuàng)造新的價(jià)值。
M2M: Machine to Machine: 指不以人為媒介,通過(guò)物體之間聯(lián)網(wǎng),直接通信。<P2M: People to Machine ??人向物體通信>,<M2P: Machine to People ??物體向人通信>
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng): GE(Generel Electric Company)為中心提倡的工業(yè)IoT戰(zhàn)略。
地磁傳感器
地球被磁場(chǎng)磁力所包圍,這被稱為地磁。
地磁傳感器是檢測(cè)地球磁力的傳感器,也被稱為“電子羅盤(pán)”。
地磁傳感器可以通過(guò)檢測(cè)地磁來(lái)檢測(cè)方向。
【圍繞地球的地磁】
地磁傳感器有X和Y兩軸型以及添加了Z的三軸型,并測(cè)量各方向上的磁力值。
如果不考慮諸如簡(jiǎn)單羅盤(pán)之類的傾斜,則僅使用X軸和Y軸的值。當(dāng)考慮傾斜時(shí),需要將地磁傳感器的3軸值與加速度傳感器相結(jié)合,將其校正到正確的方向。
下圖顯示了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,輸出分布圖的圓心變?yōu)榱恪?/p>
然而,實(shí)際上中心因環(huán)境磁場(chǎng)的影響而移動(dòng),因此需要進(jìn)行調(diào)整以將圓心移動(dòng)到零。
地磁傳感器導(dǎo)出的北極稱為磁北(略偏離北極)。通過(guò)上述方程式計(jì)算該磁北的角度,可以容易知道方向。
各類磁傳感器
磁傳感器是一種旨在測(cè)量磁場(chǎng)的大小和方向的傳感器。
根據(jù)目的不同有多種傳感器,以下列舉典型的傳感器。
檢測(cè)方法 | 霍爾 | MR | MI |
構(gòu)成 |
? |
? |
? |
抗噪聲 (靈敏度) |
× | △ | ◎ |
消耗電流 | × | △ | ◎ |
響應(yīng)速度 | × | △ | ◎ |
?
?
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,主要用于非接觸式開(kāi)關(guān)應(yīng)用,例如門和筆記本電腦等物體的打開(kāi)和關(guān)閉檢測(cè)。
MR傳感器
MR(Magneto Resistance)傳感器也被稱為磁阻效應(yīng)傳感器,利用物體電阻因磁場(chǎng)變化來(lái)測(cè)量地磁大小的傳感器。
靈敏度高于霍爾傳感器,功耗更低,因此是一種使用更廣泛的磁傳感器。除了電子羅盤(pán)等地磁檢測(cè)應(yīng)用外,它還用于電機(jī)旋轉(zhuǎn)和位置檢測(cè)應(yīng)用。
MI傳感器
MI(Magneto Impedance)傳感器是下一代磁傳感器,采用特殊的非晶絲并應(yīng)用了磁阻抗效應(yīng)。
它的靈敏度比霍爾傳感器高出10,000倍以上,并且可以高精度地測(cè)量地磁的微小變化。
可以應(yīng)用于超低消耗電流的方位檢測(cè)(電子羅盤(pán)),還可應(yīng)用于室內(nèi)定位、金屬異物檢測(cè)等高靈敏度特性的應(yīng)用。
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就叫加速度傳感器。
通過(guò)測(cè)量加速度,可以測(cè)得物體的傾斜、振動(dòng)等信息。
加速度單位為m/s2(※國(guó)際單位制SI)。
另外,單位G是以※標(biāo)準(zhǔn)重力(1 G = 9.806 65m/s2)為基準(zhǔn)的加速度值。
還有用于檢測(cè)地震震動(dòng)的加速度的單位※Gal(CGS單位制)。
※ 國(guó)際單位制SI(法語(yǔ):Système international d'unités)
由長(zhǎng)度m、重量kg、時(shí)間s (MKS單位)組合而成的國(guó)際單位。
※ 標(biāo)準(zhǔn)重力
物體在重力作用下產(chǎn)生的加速度。物體在自由落體時(shí),物體每單位時(shí)間內(nèi)增加的速度值(9.806 65m/s2)。
※ Gal
CGS(長(zhǎng)度cm、重量g、時(shí)間s為基準(zhǔn))單位制的加速度單位。被定義為SI單位制的1/100(1Gal=0.01 m/s2 )。
加速度傳感器一般分為低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
羅姆集團(tuán)加速度傳感器是采用MEMS技術(shù)的電容式加速度傳感器。
傳感器元件由Si制成的固定電極、可動(dòng)電極和彈簧構(gòu)成。未施加加速度的狀態(tài)下,固定電極和可動(dòng)電極間的距離相同。施加加速度,則可動(dòng)電極移位。由此與固定電極的位置關(guān)系發(fā)生變化,電極間容量發(fā)生變化。容量的變化通過(guò)※ASIC轉(zhuǎn)化為電壓,算出加速度。