【導(dǎo)讀】本文將從智能手機(jī)中的傳感器、人工智能/機(jī)器人中的傳感器、AR/VR中的傳感器、無(wú)人機(jī)中的傳感器、智能穿戴中的傳感器、智能家居中的傳感器、智能汽車/自動(dòng)駕駛中的傳感器、智慧工業(yè)時(shí)代中的傳感器等8大行業(yè)中的智能傳感器是怎樣運(yùn)作的。
一、智能手機(jī)中的傳感器
搖動(dòng)手機(jī)就可以控制賽車方向；拿著手機(jī)在操場(chǎng)散步，就能記錄你走了幾公里？這些你越來(lái)越熟悉的場(chǎng)景，都少不了天天伴你身旁的智能手機(jī)。而手機(jī)能完成以上任務(wù)，主要都是靠?jī)?nèi)部安裝的傳感器。你知道手機(jī)中的傳感器有多少種？又是倚靠那些原理來(lái)運(yùn)作！
1、光線傳感器(Ambient Light Sensor)
光線傳感器類似于手機(jī)的眼睛。人類的眼睛能在不同光線的環(huán)境下，調(diào)整進(jìn)入眼睛的光線，例如進(jìn)入電影院，瞳孔會(huì)放大來(lái)讓更多光線進(jìn)入眼睛。而光線傳感器則可以讓手機(jī)感測(cè)環(huán)境光線的強(qiáng)度，用來(lái)調(diào)節(jié)手機(jī)屏幕的亮度。而因?yàn)槠聊煌ǔＪ鞘謾C(jī)最耗電的部分，因此運(yùn)用光線傳感器來(lái)協(xié)助調(diào)整屏幕亮度，能進(jìn)一步達(dá)到延長(zhǎng)電池壽命的作用。光線傳感器也可搭配其他傳感器一同來(lái)偵測(cè)手機(jī)是否被放置在口袋中，以防止誤觸。
2、距離傳感器(proximity sensor)
透過(guò)紅外線LED燈發(fā)射紅外線，被物體反射后由紅外線探測(cè)器接受，藉此判斷接收到紅外線的強(qiáng)度來(lái)判斷距離，有效距離大約在10米左右。它可感知手機(jī)是否被貼在耳朵上講電話，若是則會(huì)關(guān)閉屏幕來(lái)省電；距離傳感器也可以運(yùn)用在部分手機(jī)支持的手套模式中，用來(lái)解鎖或鎖定手機(jī)。
iPhone 4/4s與iPhone 5/5s的距離傳感器與光傳感器位置
3、重力傳感器(G-Sensor)
透過(guò)壓電效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。重力傳感器內(nèi)部有一塊重物與壓電片整合在一起，透過(guò)正交兩個(gè)方向產(chǎn)生的電壓大小，來(lái)計(jì)算出水平的方向。運(yùn)用在手機(jī)中時(shí)，可用來(lái)切換橫屏與直屏方向，運(yùn)用在賽車游戲中時(shí)，則可透過(guò)水平方向的感應(yīng)，將數(shù)據(jù)運(yùn)用在游戲里，來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)行車方向。
4、加速度傳感器(Accelerometer Sensor)
作用原理與重力傳感器相同，但透過(guò)三個(gè)維度來(lái)確定加速度方向，功耗小但精度低。運(yùn)用在手機(jī)中可用來(lái)計(jì)步、判斷手機(jī)朝向的方向。
5、磁(場(chǎng))傳感器(Magnetism Sensor)
測(cè)量電阻變化來(lái)確定磁場(chǎng)強(qiáng)度，使用時(shí)需要搖晃手機(jī)才能準(zhǔn)確判斷，大多運(yùn)用在指南針、地圖導(dǎo)航當(dāng)中。
6、陀螺儀(Gyroscope)
陀螺儀能夠測(cè)量沿一個(gè)軸或幾個(gè)軸動(dòng)作的角速度，是補(bǔ)充MEMS加速度計(jì)(加速度傳感器)功能的理想技術(shù)。事實(shí)上，如果結(jié)合加速度計(jì)和陀螺儀這兩種傳感器，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可以跟蹤并捕捉3D空間的完整動(dòng)作，為終端用戶提供更真實(shí)的用戶體驗(yàn)、精確的導(dǎo)航系統(tǒng)及其他功能。手機(jī)中的「搖一搖」功能(例如搖動(dòng)手機(jī)就能抽簽…)、體感技術(shù)，還有VR視角的調(diào)整與偵測(cè)，都是運(yùn)用到陀螺儀的作用。
7、GPS
地球上方特定軌道上運(yùn)行著24顆GPS衛(wèi)星，它們會(huì)不停的向全世界各地廣播自己的位置坐標(biāo)與時(shí)間戳(timestamp，指格林威治 奔 1970年01月01日00 00分00秒到現(xiàn)在為止的總秒數(shù))，手機(jī)中的GPS模塊透過(guò)衛(wèi)星的瞬間位置來(lái)起算，以衛(wèi)星發(fā)射坐標(biāo)的時(shí)間戳與接收時(shí)的時(shí)間差來(lái)計(jì)算出手機(jī)與衛(wèi)星之間的距離?？蛇\(yùn)用在定位、測(cè)速、測(cè)量距離與導(dǎo)航等用途。
8、指紋傳感器
目前主流的技術(shù)是電容式指紋傳感器，然而超音波指紋傳感器也有逐漸流行起來(lái)趨勢(shì)。電容式指紋傳感器作用時(shí)，手指是電容的一極、另一極則是硅芯片數(shù)組，透過(guò)人體帶有的微電場(chǎng)與電容傳感器之間產(chǎn)生的微電流，指紋的波峰波谷與傳感器之間的距離形成電容高低差，來(lái)描繪出指紋的圖形。而超音波指紋傳感器原理也類似，但不會(huì)受到汗水、油污的干擾，辨識(shí)速度也更為快速。運(yùn)用在手機(jī)中可用來(lái)解鎖、加密、支付等等。
9、霍爾傳感器(Hall Sensor)
作用原理是霍爾磁電效應(yīng)，當(dāng)電流通過(guò)一個(gè)位于磁場(chǎng)中的導(dǎo)體時(shí)，磁場(chǎng)會(huì)對(duì)導(dǎo)體中的電子產(chǎn)生一個(gè)垂直于電子運(yùn)動(dòng)方向上的的作用力，從而在導(dǎo)體的兩端產(chǎn)生電勢(shì)差。主要運(yùn)用在翻蓋解鎖、合蓋鎖定屏幕等功能當(dāng)中，蘋果的Smart cover還有多個(gè)品牌的官方手機(jī)配件，都運(yùn)用了這項(xiàng)技術(shù)。
10、氣壓傳感器(氣壓計(jì)，barometer)
將薄膜與變組器或電容連接在一起，當(dāng)氣壓產(chǎn)生變化時(shí)，會(huì)導(dǎo)致電阻或電容數(shù)值發(fā)生變化，藉此量測(cè)氣壓的數(shù)據(jù)。GPS也可用來(lái)量測(cè)海拔高度但會(huì)有10米左右的誤差，若是搭載氣壓傳感器，則可以將誤差校正到1米左右；也可用來(lái)輔助GPS定位，來(lái)確認(rèn)所在樓層位置等信息。蘋果的iPhone 6/6s系列都搭載了氣壓傳感器。
11、心率傳感器
透過(guò)高亮度的LED燈照射手指，因心臟將血液壓送到毛細(xì)血管時(shí)，亮度(紅光的深度)會(huì)呈現(xiàn)周期性的變化。再透過(guò)攝影機(jī)捕捉這一些規(guī)律性的變化，并將數(shù)據(jù)傳送到手機(jī)中進(jìn)行運(yùn)算，進(jìn)而判斷心臟的收縮頻率，得出每分鐘的心跳數(shù)。
三星Galaxy S7 edge相機(jī)旁邊有心率傳感器
12、血氧傳感器
血液當(dāng)中血紅蛋白與氧合血紅蛋白對(duì)于紅光的吸收比率不同，用紅外光與紅光LED同時(shí)照射手指，并測(cè)量反射光的吸收光譜，藉此量測(cè)血含氧量。可用于運(yùn)動(dòng)或健康領(lǐng)域的應(yīng)用。
13、紫外線傳感器
某些半導(dǎo)體、金屬或金屬化合物的光電發(fā)射效應(yīng)，在紫外線照射下會(huì)釋放出大量電子，透過(guò)檢測(cè)這種放電效應(yīng)可計(jì)算出紫外線強(qiáng)度。主要用途也在運(yùn)動(dòng)與健康領(lǐng)域。
整體而言，前7種傳感器大多是目前智能手機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配備，指紋傳感器也有越來(lái)越普及的趨勢(shì)。較后方的傳感器，則多常見(jiàn)在智能手環(huán)以及較頂級(jí)、高端的手機(jī)中。透過(guò)這些傳感器的作用，能讓手機(jī)擁有高過(guò)你我想象的功能，就彷佛讓手機(jī)越來(lái)越智能了，你說(shuō)是嗎？
壓力傳感器供應(yīng)商：
羅伯特.博世歐姆龍（Omron）、 GE Measurement & ControlSolutions 、NXP—飛思卡爾（Freescale）、亞德諾半導(dǎo)體（Analog Devices）、菲爾斯特（Firstrate）、香港HKST、TDK-EPC、Silicon Microstructures、Sensimed、敏芯微（MEMSensing）、華美澳通、北京青鳥(niǎo)元芯、中科院上海微系統(tǒng)所、無(wú)錫納微電子有限公司（N-MEMS）、上海芯敏微系統(tǒng)技術(shù)有限公司（SIMST）、Consensic 、盾安環(huán)境等等。
溫度傳感器供應(yīng)商：
羅伯特.博世、Hygrometrix、德州儀器、盛思銳（Sensirion） 、歐姆龍（Omron） 等等
濕度傳感器供應(yīng)商：
意法半導(dǎo)體(ST)、羅伯特.博世、盛思銳（Sensirion） 、MEMS Vision 、精量電子(TE Sensors）等等
氣體傳感器供應(yīng)商：
羅伯特.博世、奧地利微（AMS）、Cambridge CMOS Sensors(CCS)、Micronas、Synkera、蘇州能斯達(dá)（漢威電子子公司）、武漢微納傳感科技、煒盛科技、森斯特（北京）電子科技有限公司（Nenvitech）、深圳市戴維萊傳感技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司、武漢四方光電科技有限公司、速麗德（Solidsense）、城市技術(shù)（CityTechnology）等等
陀螺儀供應(yīng)商：
Epson Toyocom、 深迪半導(dǎo)體（上海）有限公司（Senodia）、水木智芯科技（北京）有限公司（TuMEMS）等等
加速度計(jì)供應(yīng)商：
Colibrys 、蘇州明皜傳感科技有限公司（MiraMEMS）、Kionix（被Rohm收購(gòu)）、河北美泰電子科技有限公司（MT Microsystems）、上海矽睿科技有限公司（QST）、Silicon Designs 、矽創(chuàng)電子(Sitronix)、 MCUBE(砂立)等等
磁力計(jì)供應(yīng)商：
朗格（Allegro MicroSystems）、微開(kāi)（Micronas Semiconductor）、邁來(lái)芯（Melexis）、江蘇多維科技（dowaytech）、愛(ài)知制鋼（AichiSteel）、Amotech 等等
二、人工智能/機(jī)器人中的傳感器
關(guān)鍵技術(shù)：驅(qū)動(dòng)器+減速器+傳感器
三、AR/VR中的傳感器
虛擬現(xiàn)實(shí)中的傳感設(shè)備主要包括兩部分：一部分用于人機(jī)交互而穿戴于操作者身上的立體頭盔顯示器、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣等，另一部分是用于正確感知而設(shè)置在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的各種視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、力覺(jué)等。
1、加速計(jì)
用來(lái)檢測(cè)傳感器受到的加速度的大小和方向的，它通過(guò)測(cè)量組件在某個(gè)軸向的受力情況來(lái)得到結(jié)果，表現(xiàn)形式為軸向的加速度大小和方向（XYZ），但用來(lái)測(cè)量設(shè)備相對(duì)于地面的擺放姿勢(shì)，則精確度不高，該缺陷可以通過(guò)陀螺儀得到補(bǔ)償。
2、陀螺儀
工作原理是通過(guò)測(cè)量三維坐標(biāo)系內(nèi)陀螺轉(zhuǎn)子的垂直軸與設(shè)備之間的夾角，并計(jì)算角速度，通過(guò)夾角和角速度來(lái)判別物體在三維空間的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。它的強(qiáng)項(xiàng)在于測(cè)量設(shè)備自身的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，但不能確定設(shè)備的方位。
3、磁力計(jì)
磁力計(jì)又剛好可以彌補(bǔ)上面陀螺儀的那個(gè)缺陷，它的強(qiáng)項(xiàng)在于定位設(shè)備的方位，可以測(cè)量出當(dāng)前設(shè)備與東南西北四個(gè)方向上的夾角。
4、用于追蹤動(dòng)作的傳感器
用于追蹤動(dòng)作的傳感器包括：FOV深度傳感器、攝像頭、陀螺儀、加速計(jì)、磁力計(jì)和近距離傳感器等。當(dāng)前，每家VR硬件廠商都在使用自己的技術(shù)，索尼使用PlayStation攝像頭作為定位追蹤器，而Vive和Oculus也在使用自己的技術(shù)。
陀螺儀在Oculus Rift DK2中的應(yīng)用中
四、無(wú)人機(jī)中的傳感器
1、加速度計(jì)
加速度計(jì)用于確定位置和無(wú)人機(jī)的飛行姿態(tài)。像任天堂Wii控制器或iPhone屏幕位置，這些小的MEMS傳感器在維持飛行控制中起到關(guān)鍵的作用。MEMS加速度傳感器有多種方式感知運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，一種類型的技術(shù)能夠感知微型集成電路的微小運(yùn)動(dòng)。
另一種加速度計(jì)的技術(shù)為熱對(duì)流技術(shù)，沒(méi)有移動(dòng)部件，而是通過(guò)一個(gè)“熱氣團(tuán)”的位移來(lái)感知的運(yùn)動(dòng)變化。這類傳感器靈敏度較高，在穩(wěn)定車載攝像機(jī)、電影制作等應(yīng)用起著至關(guān)重要的作用。
2、慣性測(cè)量單元
慣性測(cè)量單元結(jié)合GPS是維持方向和飛行路徑的關(guān)鍵。隨著無(wú)人機(jī)智能化的發(fā)展，方向和路徑控制是重要的空中交通管理規(guī)則。慣性測(cè)量單元采用的多軸磁傳感器，在本質(zhì)上都是精準(zhǔn)度極高的小型指南針，通過(guò)感知方向?qū)?shù)據(jù)傳輸至中央處理器，從而指示方向和速度。
3、傾角傳感器
傾角傳感器，集成了陀螺儀和加速度計(jì)為飛行控制系統(tǒng)提供保持水平飛行的數(shù)據(jù)。這類傳感器和陀螺儀，結(jié)合加速度計(jì)，能夠測(cè)量到細(xì)微的運(yùn)動(dòng)變化，使得傾角傳感器能夠應(yīng)用于移動(dòng)程序，如汽車或無(wú)人駕駛飛機(jī)的陀螺儀補(bǔ)償。
4、大氣監(jiān)測(cè)傳感器
空氣質(zhì)量的好壞，是人們最關(guān)注的一個(gè)話題。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)空氣質(zhì)量好壞，大氣污染程度已經(jīng)成為一個(gè)熱點(diǎn)，當(dāng)然大氣監(jiān)測(cè)傳感器在其中就起著至關(guān)重要的作用。目前 煒盛科技的大氣監(jiān)測(cè)傳感器已被廣泛應(yīng)用于城市大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)、工廠廠區(qū)無(wú)組織排放污染氣體監(jiān)測(cè)以及環(huán)境評(píng)價(jià)監(jiān)測(cè)等?？杀O(jiān)測(cè)多種氣體，包括：臭氧、一氧化碳、 二氧化硫、二氧化氮等。
5、電流傳感器
無(wú)人機(jī)上的電能消耗和使用非常重要，尤其是在電池供電的情況下。電流傳感器可用于監(jiān)測(cè)和優(yōu)化電能消耗，確保無(wú)人機(jī)內(nèi)部電池充電和電機(jī)故障檢測(cè)系統(tǒng)的安全。電流傳感器工作通過(guò)測(cè)量電流（雙向），理想的情況下提供電氣隔離，以減少電能損耗和消除電擊損壞用戶系統(tǒng)的機(jī)會(huì)。
6、磁傳感器
在無(wú)人機(jī)，電子羅盤提供關(guān)鍵性的慣性導(dǎo)航和方向定位系統(tǒng)的信息。基于各向異性磁阻（AMR）技術(shù)的傳感器，較其他傳感器相比有明顯的地功耗優(yōu)勢(shì)，同時(shí)具有高精度、響應(yīng)時(shí)間短等特點(diǎn)，非常適用于無(wú)人機(jī)的應(yīng)用。
7、發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣流量傳感器
流量傳感器可以用于有效地監(jiān)測(cè)電力無(wú)人機(jī)燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的微小空氣流速。許多氣體發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量流量傳感器都采用熱式技術(shù)，主要利用加熱的元件和至少一個(gè)溫度傳感器來(lái)量化質(zhì)量流量。MEMS熱式氣體質(zhì)量流量傳感器也在微計(jì)量范圍內(nèi)利用熱原理及其適用于對(duì)重量要求較高的領(lǐng)域。
五、智能穿戴中的傳感器
傳感器在可穿戴設(shè)備中起到至關(guān)重要的作用。因?yàn)榭纱┐髟O(shè)備最基本的功能就是通過(guò)傳感器實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)傳感。以小米手環(huán)為例，就用到了ADI的MEMS加速度和心率傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)和心率監(jiān)測(cè)；Apple Watch內(nèi)部除了MEMS加速度計(jì)、陀螺儀、MEMS麥克風(fēng)，還有使用脈搏傳感器。
Apple Watch內(nèi)部除了MEMS加速度計(jì)、陀螺儀、MEMS麥克風(fēng)，還有使用脈搏傳感器
小米手環(huán)就用到了ADI的MEMS加速度和心率傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)和心率監(jiān)測(cè)
六、智能家居中的傳感器
傳感器是智能家居控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制的基礎(chǔ)，隨著技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的傳感器被用到智能家居系統(tǒng)中，只有你想不到的，沒(méi)有你做不到的，這里就不一一列舉了。
七、智能汽車/自動(dòng)駕駛中的傳感器
車聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的重大領(lǐng)域，智能汽車是車聯(lián)網(wǎng)的核心，正處于高速發(fā)展中。在智能汽車時(shí)代，主動(dòng)安全技術(shù)成為備受關(guān)注的新興領(lǐng)域，需要改進(jìn)現(xiàn)有的主動(dòng)安全系統(tǒng)，比如側(cè)翻（rollover）與穩(wěn)定性控制（ESC），這就需要MEMS加速度傳感器和角速度傳感器來(lái)感測(cè)車身姿態(tài)。語(yǔ)音將成為人與智能汽車的重要交互方式，MEMS麥克風(fēng)將迎來(lái)發(fā)展新機(jī)遇。MEMS傳感器在汽車領(lǐng)域還有很多應(yīng)用，包括安全氣囊（應(yīng)用于正面防撞氣囊的高g值加速度計(jì)和用于側(cè)面氣囊的壓力傳感器）、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)（應(yīng)用于檢測(cè)進(jìn)氣量的進(jìn)氣歧管絕對(duì)壓力傳感器和流量傳感器）等。
傳感器在汽車中的應(yīng)用
自動(dòng)駕駛技術(shù)的興起，進(jìn)一步推動(dòng)了MEMS傳感器進(jìn)入汽車。雖然GPS接收器可以計(jì)算自身位置和速度，但在GPS信號(hào)較差的地方（地下車庫(kù)、隧道）和信號(hào)受到干擾的時(shí)候，汽車的導(dǎo)航會(huì)受到影響，這對(duì)自動(dòng)駕駛來(lái)說(shuō)是致命的缺陷。利用MEMS陀螺儀和加速度計(jì)獲取速度和位置（角速度和角位置），車輛任何細(xì)微的動(dòng)作和傾斜姿態(tài)，都被轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，通過(guò)總線，傳遞給行車電腦。即便在最快的車速狀態(tài)下，MEMS的精度和反應(yīng)速度也能夠適應(yīng)。得益于硅體微加工、晶片鍵合等技術(shù)的發(fā)展，精度已經(jīng)上升到0.01。
傳感器在自動(dòng)駕駛的應(yīng)用
八、智慧工業(yè)時(shí)代中的傳感器
智能工廠利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)加強(qiáng)信息管理和服務(wù)，掌握產(chǎn)銷流程、提高生產(chǎn)過(guò)程的可控性、減少生產(chǎn)線上人工的干預(yù)、及時(shí)正確地采集生產(chǎn)線數(shù)據(jù)，以合理的安排生產(chǎn)計(jì)劃與生產(chǎn)進(jìn)度，并優(yōu)化供應(yīng)鏈。傳感器應(yīng)用非常廣泛，工業(yè)生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)都需要傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并把數(shù)據(jù)反饋給控制中心，以便對(duì)出現(xiàn)異常節(jié)點(diǎn)進(jìn)行及時(shí)干預(yù)，保證工業(yè)生產(chǎn)正常進(jìn)行。業(yè)界普遍認(rèn)為，新一代的智能傳感器是智能工業(yè)的“心臟”，它讓產(chǎn)品生產(chǎn)流程持續(xù)運(yùn)行，并讓工作人員遠(yuǎn)離生產(chǎn)線和設(shè)備，保證人身安全和健康。
MEMS讓傳感器小型化、智能化，MEMS傳感器將在智慧工業(yè)時(shí)代大有可為。MEMS溫度、濕度傳感器可用于環(huán)境條件的檢測(cè)，MEMS加速度計(jì)可以用來(lái)監(jiān)測(cè)工業(yè)設(shè)備的振動(dòng)和旋轉(zhuǎn)速度。高精度的MEMS加速度計(jì)和陀螺儀可以為工業(yè)機(jī)器人的導(dǎo)航和轉(zhuǎn)動(dòng)提供精確的位置信息。
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