你需要知道的6大傳感器原理（上）

何謂傳感器？傳感器（Sensor）是指將收集到的信息轉(zhuǎn)換成設(shè)備能處理的信號的元件或裝置。人類會基于視覺、聽覺、嗅覺、觸覺獲得的信息進(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（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（InternetofThings：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。

實(shí)現(xiàn)這些所不可缺少的是檢測狀態(tài)的“傳感器”?！綢oT有關(guān)的術(shù)語定義】IoT:InternetofThings（"物體"的互聯(lián)網(wǎng)），指傳感器嵌入到周圍物體中，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?工業(yè)4.0:

是德國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)的國家項(xiàng)目。推出新的概念，旨在通過工廠物聯(lián)網(wǎng)，創(chuàng)造新的價(jià)值。

M2M:MachinetoMachine:

指不以人為媒介，通過物體之間聯(lián)網(wǎng)，直接通信。＜P2M:PeopletoMachine

人向物體通信＞，＜M2P:MachinetoPeople

物體向人通信＞

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng):GE（GenerelElectricCompany）為中心提倡的工業(yè)IoT戰(zhàn)略。6大傳感器01地磁傳感器地球被磁場磁力所包圍，這被稱為地磁。地磁傳感器是檢測地球磁力的傳感器，也被稱為“電子羅盤”。地磁傳感器可以通過檢測地磁來檢測方向。

【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，并測量各方向上的磁力值。如果不考慮諸如簡單羅盤之類的傾斜，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)，在不受周圍磁場影響的理想情況下，輸出分布圖的圓心變?yōu)榱?。然而，?shí)際上中心因環(huán)境磁場的影響而移動(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）。通過上述方程式計(jì)算該磁北的角度，可以容易知道方向。01各類磁傳感器磁傳感器是一種旨在測量磁場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。檢測方法霍爾MRMI構(gòu)成抗噪聲

（靈敏度）×△◎消耗電流×△◎響應(yīng)速度×△◎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，主要用于非接觸式開關(guān)應(yīng)用，例如門和筆記本電腦等物體的打開和關(guān)閉檢測。MR傳感器MR（MagnetoResistance）傳感器也被稱為磁阻效應(yīng)傳感器，利用物體電阻因磁場變化來測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。除了電子羅盤等地磁檢測應(yīng)用外，它還用于電機(jī)旋轉(zhuǎn)和位置檢測應(yīng)用。MI傳感器MI（MagnetoImpedance）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量地磁的微小變化?？梢詰?yīng)用于超低消耗電流的方位檢測（電子羅盤），還可應(yīng)用于室內(nèi)定位、金屬異物檢測等高靈敏度特性的應(yīng)用。02脈搏傳感器脈搏波是心臟發(fā)送血液時(shí)產(chǎn)生的血管的體積變化波形，監(jiān)測該體積變化的檢測器稱為脈搏傳感器。首先，測量心率有四種方法，心電圖、光電脈波法、血壓測量法、心音描記法等。

其中的光電脈波法是使用脈搏傳感器進(jìn)行測量的方法。由于測量方法的不同，光電脈波法的脈搏傳感器有透過型和反射型。

透過型通過向體表照射紅外線或紅光，測量隨著心臟的脈動(dòng)而變化的血流量的變化，作為透過身體的光的變化量來測量脈搏波。該方法限于測量易于穿透的部分，例如指尖和耳垂。反射型脈搏傳感器是向生物體照射紅外線、紅光、550nm左右波長的綠光，利用光電二極管或光電晶體管測量生物體反射的光。含氧血紅蛋白存在于動(dòng)脈血液中，具有吸收入射光的特性，因此通過檢測隨時(shí)間序列并隨心臟搏動(dòng)而變化的血流量（血管容積的變化），測量脈搏信號。另外，由于是反射光的測量，因此不必像透過型那樣限制測量部位?！痉瓷湫兔}搏傳感器的原理】當(dāng)使用紅外線或紅光測量脈搏波時(shí)，受到室外陽光中包含的紅外線的影響，不能進(jìn)行穩(wěn)定的脈搏波測量。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)腕表等戶外用途，血液中的血紅蛋白的吸收率高，由于綠色光源較少受環(huán)境光的影響，我們將綠色LED作為照射光使用?！久}搏傳感器的應(yīng)用】通常，通過觀察以下兩點(diǎn)可以測量動(dòng)脈血氧飽和度（SpO2）。通過脈搏傳感器獲得的波形的變動(dòng)周期，觀察心率（脈率）；通過使用紅外線和紅光兩個(gè)波長，來觀察脈動(dòng)（變化量）。此外，作為脈搏傳感器的應(yīng)用，期望通過高速采樣和高精度測量來獲取諸如HRV分析（壓力水平）、血管年齡等各種生命體征。03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，壓力傳感器具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（用于氣壓檢測）的傳感器通常被稱為氣壓傳感器。[使用的材料-按方式分類的壓力傳感器]氣壓傳感器的典型示例是使用硅（Si）半導(dǎo)體的壓阻式。羅姆提供的氣壓傳感器也是壓阻式氣壓傳感器。壓阻式氣壓傳感器使用Si單晶板作為隔膜（壓力接收元件），通過在其表面上擴(kuò)散雜質(zhì)形成電阻橋電路，將施加壓力時(shí)產(chǎn)生的變形作為電阻值變化，來計(jì)算壓力（氣壓）?！緣鹤枋綒鈮簜鞲衅鳌侩娮杪剩妼?dǎo)率）因施加在該電阻上的壓力而變化的現(xiàn)象稱為壓阻效應(yīng)。羅姆的氣壓傳感器IC將使用壓阻式壓力接收元件（隔膜結(jié)構(gòu)和壓阻集成在一起※MEMS），以及溫度校正處理、控制電路等的集成電路（※ASIC）集成在一個(gè)封裝里，可以輕松獲得高精度的氣壓信息?！鵐EMS：MicroElectroMechanic