搖動(dòng)手機就可以控制賽車(chē)方向；拿著(zhù)手機在操場(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。而手機能完成以上任務(wù)，主要都是靠?jì)炔堪惭b的傳感器。你知道手機中的傳感器有多少種？又是倚靠那些原理來(lái)運作！

 

 

光線(xiàn)傳感器類(lèi)似于手機的眼睛。人類(lèi)的眼睛能在不同光線(xiàn)的環(huán)境下，調整進(jìn)入眼睛的光線(xiàn)，例如進(jìn)入電影院，瞳孔會(huì )放大來(lái)讓更多光線(xiàn)進(jìn)入眼睛。而光線(xiàn)傳感器則可以讓手機感測環(huán)境光線(xiàn)的強度，用來(lái)調節手機屏幕的亮度。而因為屏幕通常是手機最耗電的部分，因此運用光線(xiàn)傳感器來(lái)協(xié)助調整屏幕亮度，能進(jìn)一步達到延長(cháng)電池壽命的作用。光線(xiàn)傳感器也可搭配其他傳感器一同來(lái)偵測手機是否被放置在口袋中，以防止誤觸。

 

 

透過(guò)紅外線(xiàn)LED燈發(fā)射紅外線(xiàn)，被物體反射后由紅外線(xiàn)探測器接受，藉此判斷接收到紅外線(xiàn)的強度來(lái)判斷距離，有效距離大約在10米左右。它可感知手機是否被貼在耳朵上講電話(huà)，若是則會(huì )關(guān)閉屏幕來(lái)省電；距離傳感器也可以運用在部分手機支持的手套模式中，用來(lái)解鎖或鎖定手機。

 

 

iPhone 4/4s與iPhone 5/5s的距離傳感器與光傳感器位置

    

 

透過(guò)壓電效應來(lái)實(shí)現。重力傳感器內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)計算出水平的方向。運用在手機中時(shí)，可用來(lái)切換橫屏與直屏方向，運用在賽車(chē)游戲中時(shí)，則可透過(guò)水平方向的感應，將數據運用在游戲里，來(lái)轉動(dòng)行車(chē)方向。

 

 

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。運用在手機中可用來(lái)計步、判斷手機朝向的方向。

 

 

測量電阻變化來(lái)確定磁場(chǎng)強度，使用時(shí)需要搖晃手機才能準確判斷，大多運用在指南針、地圖導航當中。

 

 

陀螺儀能夠測量沿一個(gè)軸或幾個(gè)軸動(dòng)作的角速度，是補充MEMS加速度計(加速度傳感器)功能的理想技術(shù)。事實(shí)上，如果結合加速度計和陀螺儀這兩種傳感器，系統設計人員可以跟蹤并捕捉3D空間的完整動(dòng)作，為終端用戶(hù)提供更真實(shí)的用戶(hù)體驗、精確的導航系統及其他功能。手機中的「搖一搖」功能(例如搖動(dòng)手機就能抽簽…)、體感技術(shù)，還有VR視角的調整與偵測，都是運用到陀螺儀的作用。

 

 

地球上方特定軌道上運行著(zhù)24顆GPS衛星，它們會(huì )不停的向全世界各地廣播自己的位置坐標與時(shí)間戳(timestamp，指格林威治 奔 1970年01月01日00 00分00秒到現在為止的總秒數)，手機中的GPS模塊透過(guò)衛星的瞬間位置來(lái)起算，以衛星發(fā)射坐標的時(shí)間戳與接收時(shí)的時(shí)間差來(lái)計算出手機與衛星之間的距離?？蛇\用在定位、測速、測量距離與導航等用途。

 

 

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。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(lèi)似，但不會(huì )受到汗水、油污的干擾，辨識速度也更為快速。運用在手機中可用來(lái)解鎖、加密、支付等等。

 

 

作用原理是霍爾磁電效應，當電流通過(guò)一個(gè)位于磁場(chǎng)中的導體時(shí)，磁場(chǎng)會(huì )對導體中的電子產(chǎn)生一個(gè)垂直于電子運動(dòng)方向上的的作用力，從而在導體的兩端產(chǎn)生電勢差。主要運用在翻蓋解鎖、合蓋鎖定屏幕等功能當中，蘋(píng)果的Smart cover還有多個(gè)品牌的官方手機配件，都運用了這項技術(shù)。

 

 

將薄膜與變組器或電容連接在一起，當氣壓產(chǎn)生變化時(shí)，會(huì )導致電阻或電容數值發(fā)生變化，藉此量測氣壓的數據。GPS也可用來(lái)量測海拔高度但會(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)確認所在樓層位置等信息。蘋(píng)果的iPhone 6/6s系列都搭載了氣壓傳感器。

 

 

透過(guò)高亮度的LED燈照射手指，因心臟將血液壓送到毛細血管時(shí)，亮度(紅光的深度)會(huì )呈現周期性的變化。再透過(guò)攝影機捕捉這一些規律性的變化，并將數據傳送到手機中進(jìn)行運算，進(jìn)而判斷心臟的收縮頻率，得出每分鐘的心跳數。

 

三星Galaxy S7 edge相機旁邊有心率傳感器

 

 

血液當中血紅蛋白與氧合血紅蛋白對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，并測量反射光的吸收光譜，藉此量測血含氧量?？捎糜谶\動(dòng)或健康領(lǐng)域的應用。

 

    

某些半導體、金屬或金屬化合物的光電發(fā)射效應，在紫外線(xiàn)照射下會(huì )釋放出大量電子，透過(guò)檢測這種放電效應可計算出紫外線(xiàn)強度。主要用途也在運動(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的標準配備，指紋傳感器也有越來(lái)越普及的趨勢。較后方的傳感器，則多常見(jiàn)在智能手環(huán)以及較頂級、高端的手機中。透過(guò)這些傳感器的作用，能讓手機擁有高過(guò)你我想象的功能，就彷佛讓手機越來(lái)越智能了，你說(shuō)是嗎？

    

    

羅伯特.博世歐姆龍（Omron）、 GE Measurement & ControlSolutions 、NXP—飛思卡爾（Freescale）、亞德諾半導體（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、中科院上海微系統所、無(wú)錫納微電子有限公司（N-MEMS）、上海芯敏微系統技術(shù)有限公司（SIMST）、Consensic 、盾安環(huán)境等等。

 

    

羅伯特.博世、Hygrometrix、德州儀器、盛思銳（Sensirion） 、歐姆龍（Omron） 等等

    

    

意法半導體(ST)、羅伯特.博世、盛思銳（Sensirion） 、MEMS Vision 、精量電子(TE Sensors）等等

    

    

羅伯特.博世、奧地利微（AMS）、Cambridge CMOS Sensors(CCS)、Micronas、Synkera、蘇州能斯達（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

   

 

Epson Toyocom、 深迪半導體（上海）有限公司（Senodia）、水木智芯科技（北京）有限公司（TuMEMS）等等

    

 

Colibrys 、蘇州明皜傳感科技有限公司（MiraMEMS）、Kionix（被Rohm收購）、河北美泰電子科技有限公司（MT Microsystems）、上海矽?？萍加邢薰荆≦ST）、Silicon Designs 、矽創(chuàng )電子(Sitronix)、 MCUBE(砂立)等等

    

磁力計供應商：
 

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

    

    

關(guān)鍵技術(shù)：驅動(dòng)器+減速器+傳感器

 

    

    

虛擬現實(shí)中的傳感設備主要包括兩部分：一部分用于人機交互而穿戴于操作者身上的立體頭盔顯示器、數據手套、數據衣等，另一部分是用于正確感知而設置在現實(shí)環(huán)境中的各種視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、力覺(jué)等。

    

 

用來(lái)檢測傳感器受到的加速度的大小和方向的，它通過(guò)測量組件在某個(gè)軸向的受力情況來(lái)得到結果，表現形式為軸向的加速度大小和方向（XYZ），但用來(lái)測量設備相對于地面的擺放姿勢，則精確度不高，該缺陷可以通過(guò)陀螺儀得到補償。

    

 

工作原理是通過(guò)測量三維坐標系內陀螺轉子的垂直軸與設備之間的夾角，并計算角速度，通過(guò)夾角和角速度來(lái)判別物體在三維空間的運動(dòng)狀態(tài)。它的強項在于測量設備自身的旋轉運動(dòng)，但不能確定設備的方位。

    

    

磁力計又剛好可以彌補上面陀螺儀的那個(gè)缺陷，它的強項在于定位設備的方位，可以測量出當前設備與東南西北四個(gè)方向上的夾角。

    

    

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、磁力計和近距離傳感器等。當前，每家VR硬件廠(chǎng)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中的應用中

    

 

    

    

加速度計用于確定位置和無(wú)人機的飛行姿態(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動(dòng)姿態(tài)，一種類(lèi)型的技術(shù)能夠感知微型集成電路的微小運動(dòng)。

    

另一種加速度計的技術(shù)為熱對流技術(shù)，沒(méi)有移動(dòng)部件，而是通過(guò)一個(gè)“熱氣團”的位移來(lái)感知的運動(dòng)變化。這類(lèi)傳感器靈敏度較高，在穩定車(chē)載攝像機、電影制作等應用起著(zhù)至關(guān)重要的作用。

    

    

慣性測量單元結合GPS是維持方向和飛行路徑的關(guān)鍵。隨著(zhù)無(wú)人機智能化的發(fā)展，方向和路徑控制是重要的空中交通管理規則。慣性測量單元采用的多軸磁傳感器，在本質(zhì)上都是精準度極高的小型指南針，通過(guò)感知方向將數據傳輸至中央處理器，從而指示方向和速度。

    

    

傾角傳感器，集成了陀螺儀和加速度計為飛行控制系統提供保持水平飛行的數據。這類(lèi)傳感器和陀螺儀，結合加速度計，能夠測量到細微的運動(dòng)變化，使得傾角傳感器能夠應用于移動(dòng)程序，如汽車(chē)或無(wú)人駕駛飛機的陀螺儀補償。

    

    

空氣質(zhì)量的好壞，是人們最關(guān)注的一個(gè)話(huà)題。實(shí)時(shí)監測空氣質(zhì)量好壞，大氣污染程度已經(jīng)成為一個(gè)熱點(diǎn)，當然大氣監測傳感器在其中就起著(zhù)至關(guān)重要的作用。目前 煒盛科技的大氣監測傳感器已被廣泛應用于城市大氣環(huán)境監測、工廠(chǎng)廠(chǎng)區無(wú)組織排放污染氣體監測以及環(huán)境評價(jià)監測等?？杀O測多種氣體，包括：臭氧、一氧化碳、 二氧化硫、二氧化氮等。

    

    

無(wú)人機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測和優(yōu)化電能消耗，確保無(wú)人機內部電池充電和電機故障檢測系統的安全。電流傳感器工作通過(guò)測量電流（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(hù)系統的機會(huì )。

    

    

在無(wú)人機，電子羅盤(pán)提供關(guān)鍵性的慣性導航和方向定位系統的信息?；诟飨虍愋源抛瑁ˋMR）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，同時(shí)具有高精度、響應時(shí)間短等特點(diǎn)，非常適用于無(wú)人機的應用。

    

    

流量傳感器可以用于有效地監測電力無(wú)人機燃氣發(fā)動(dòng)機的微小空氣流速。許多氣體發(fā)動(dòng)機質(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量范圍內利用熱原理及其適用于對重量要求較高的領(lǐng)域。

    

 

    

傳感器在可穿戴設備中起到至關(guān)重要的作用。因為可穿戴設備最基本的功能就是通過(guò)傳感器實(shí)現運動(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)現運動(dòng)和心率監測；Apple Watch內部除了MEMS加速度計、陀螺儀、MEMS麥克風(fēng)，還有使用脈搏傳感器。

 

Apple Watch內部除了MEMS加速度計、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)現運動(dòng)和心率監測

  

 

傳感器是智能家居控制系統實(shí)現控制的基礎，隨著(zhù)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。

 

 

車(chē)聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的重大領(lǐng)域，智能汽車(chē)是車(chē)聯(lián)網(wǎng)的核心，正處于高速發(fā)展中。在智能汽車(chē)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)現有的主動(dòng)安全系統，比如側翻（rollover）與穩定性控制（ESC），這就需要MEMS加速度傳感器和角速度傳感器來(lái)感測車(chē)身姿態(tài)。語(yǔ)音將成為人與智能汽車(chē)的重要交互方式，MEMS麥克風(fēng)將迎來(lái)發(fā)展新機遇。MEMS傳感器在汽車(chē)領(lǐng)域還有很多應用，包括安全氣囊（應用于正面防撞氣囊的高g值加速度計和用于側面氣囊的壓力傳感器）、汽車(chē)發(fā)動(dòng)機（應用于檢測進(jìn)氣量的進(jìn)氣歧管絕對壓力傳感器和流量傳感器）等。

 

傳感器在汽車(chē)中的應用

    

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(chē)。雖然GPS接收器可以計算自身位置和速度，但在GPS信號較差的地方（地下車(chē)庫、隧道）和信號受到干擾的時(shí)候，汽車(chē)的導航會(huì )受到影響，這對自動(dòng)駕駛來(lái)說(shuō)是致命的缺陷。利用MEMS陀螺儀和加速度計獲取速度和位置（角速度和角位置），車(chē)輛任何細微的動(dòng)作和傾斜姿態(tài)，都被轉化為數字信號，通過(guò)總線(xiàn)，傳遞給行車(chē)電腦。即便在最快的車(chē)速狀態(tài)下，MEMS的精度和反應速度也能夠適應。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)駕駛的應用

    

    

智能工廠(chǎng)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)加強信息管理和服務(wù)，掌握產(chǎn)銷(xiāo)流程、提高生產(chǎn)過(guò)程的可控性、減少生產(chǎn)線(xiàn)上人工的干預、及時(shí)正確地采集生產(chǎn)線(xiàn)數據，以合理的安排生產(chǎn)計劃與生產(chǎn)進(jìn)度，并優(yōu)化供應鏈。傳感器應用非常廣泛，工業(yè)生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節都需要傳感器進(jìn)行監測，并把數據反饋給控制中心，以便對出現異常節點(diǎn)進(jìn)行及時(shí)干預，保證工業(yè)生產(chǎn)正常進(jìn)行。業(yè)界普遍認為，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)流程持續運行，并讓工作人員遠離生產(chǎn)線(xiàn)和設備，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，MEMS加速度計可以用來(lái)監測工業(yè)設備的振動(dòng)和旋轉速度。高精度的MEMS加速度計和陀螺儀可以為工業(yè)機器人的導航和轉動(dòng)提供精確的位置信息。




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