此篇關(guān)于微型傳感器的綜述中,我們將介紹三款不同的傳感器,分別展示了如今電子設(shè)備尺寸不斷縮小,其內(nèi)部傳感器不斷向微型化、低功率發(fā)展的趨勢(shì)。
微型傳感器市場(chǎng)再添新成員
發(fā)布時(shí)間:2019-02-19 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道,傳感器的實(shí)際應(yīng)用林林總總,幾乎覆蓋了全球每個(gè)行業(yè)。而且,隨著我們看到的,現(xiàn)在幾乎所有行業(yè)都在朝著更小器件尺寸的方向發(fā)展,隨之而來的傳感器尺寸也在縮小。本文中,我們將介紹三款微型傳感器及其實(shí)際應(yīng)用的案例。
此篇關(guān)于微型傳感器的綜述中,我們將介紹三款不同的傳感器,分別展示了如今電子設(shè)備尺寸不斷縮小,其內(nèi)部傳感器不斷向微型化、低功率發(fā)展的趨勢(shì)。
據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道,傳感器的實(shí)際應(yīng)用林林總總,幾乎覆蓋了全球每個(gè)行業(yè)。而且,隨著我們看到的,現(xiàn)在幾乎所有行業(yè)都在朝著更小器件尺寸的方向發(fā)展,隨之而來的傳感器尺寸也在縮小。本文中,我們將介紹三款微型傳感器及其實(shí)際應(yīng)用的案例。
博世BMA400加速度計(jì):可穿戴應(yīng)用
BMA400是一款12位加速度計(jì),尺寸僅為2mm x 2mm x 0.95 mm。憑借低噪聲性能,BMA400在睡眠模式下(800nA)功耗極低,同時(shí)能夠在25Hz到800Hz之間的用戶可選范圍內(nèi)輸出數(shù)據(jù)。
結(jié)合這些規(guī)格,你會(huì)得到什么?一款非常適合移動(dòng)和可穿戴設(shè)備的加速度計(jì)。
博世用于可穿戴設(shè)備的加速度計(jì)BMA400
該加速度計(jì)能夠測(cè)量X、Y、Z軸上的加速度,偏移量為±80mg,測(cè)量范圍為±2g、±4g、±8g和±16g,溫度系數(shù)為±1mg/K。同時(shí),BMA400還具有許多內(nèi)置功能,包括活動(dòng)識(shí)別(跑步、步行等)、活動(dòng)變化、方向、點(diǎn)擊/雙擊、兩個(gè)通用中斷控制器和1kB FIFO緩沖器。BMA400同時(shí)兼具SPI和I2C串行接口,工作電壓介于1.7V至3.6V之間,具有低功耗性能、微型12引腳LGA封裝和許多嵌入式功能,非常適合物聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)設(shè)備。
BMA400憑借其低電量消耗、嵌入式即插即用的計(jì)步與活動(dòng)識(shí)別功能,大大延長(zhǎng)了可穿戴設(shè)備(如智能腕表和健身記錄儀)的電池壽命。它可在檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)時(shí)自動(dòng)喚醒,并在運(yùn)動(dòng)結(jié)束后返回睡眠模式,從而避免喚醒主應(yīng)用程序處理器。該功能可顯著降低電量消耗,延長(zhǎng)充電間隔。
對(duì)智能家居中的室內(nèi)氣候系統(tǒng)和安全系統(tǒng)等物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用來說,BMA400的連續(xù)測(cè)量功能和始終明確的帶寬使其成為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用(如室內(nèi)氣候環(huán)境系統(tǒng)和智能家居安全系統(tǒng))無障礙使用的理想選擇。例如,它可以區(qū)分如碎玻璃之類的真實(shí)警報(bào)和隨機(jī)振動(dòng)產(chǎn)生的虛假信號(hào),從而避免誤報(bào)。
BMA400獲得了2018年消費(fèi)電子展(CES)技術(shù)創(chuàng)新獎(jiǎng)。因?yàn)槠涑凸?,房主無需經(jīng)常更換電池,非常適合家庭使用。
BMA400應(yīng)用場(chǎng)景及優(yōu)勢(shì)示意圖
工程師在選用加速度計(jì)時(shí)需要在低功耗和高性能之間做出取舍?,F(xiàn)在,BMA400將超低功耗與卓越性能進(jìn)行了完美結(jié)合。其內(nèi)置計(jì)步器僅耗電4μA??偟膩碚f,BMA400所需耗電量?jī)H為當(dāng)前市面上加速度計(jì)的十分之一。
通過其內(nèi)置的電壓調(diào)節(jié)器,BMA400能在寬電源電壓范圍內(nèi)提供穩(wěn)定的性能,并實(shí)現(xiàn)對(duì)功耗、噪音和輸出數(shù)據(jù)速率(ODR)參數(shù)的靈活微調(diào)。在180μg/√Hz噪聲密度中連續(xù)測(cè)量,BMA400的耗電量最佳值約為14μA。
尺寸僅為2.0 x 2.0 x 0.95mm的小巧體積與集成即插即用計(jì)步器使BMA400可輕松集成于新型可穿戴設(shè)備之中,如普通腕表和珠寶。
來自Nanoz的“全球最小”氣體傳感器
說到氣體傳感器,Nanoz以生產(chǎn)全球最小氣體傳感器而著名,其生產(chǎn)的氣體傳感器尺寸僅為1.8mm x 1.8mm,厚度只有0.45mm。
基于金屬氧化物制備技術(shù),其傳感器不僅尺寸非常小,而且能夠檢測(cè)多種氣體,包括但不限于CO2、CO、CH4、BTEX和NO2等。
Nanoz聲稱,氣體傳感器是目前市場(chǎng)上能耗最低、工作時(shí)間內(nèi)最穩(wěn)定、制造成本最低的金屬氧化物器件。這些特性使得Nanoz傳感器尤其適用于大規(guī)模開發(fā)的移動(dòng)和物聯(lián)網(wǎng)(IoT)應(yīng)用,而這些應(yīng)用可以讓用戶通過智能手機(jī)更好地監(jiān)控他們周圍的日常環(huán)境。
Nanoz的全球最小氣體傳感器尺寸為1.8mm x 1.8mm x 0.45mm
雖然這種傳感器集成技術(shù)對(duì)于工業(yè)應(yīng)用中的工程師和工人來說具有顯著優(yōu)勢(shì),但是如果將此傳感器安裝到人們?nèi)粘J褂玫闹悄苁謾C(jī)中,相信將會(huì)對(duì)個(gè)人安全產(chǎn)生顛覆性的改變。如果主探測(cè)器出現(xiàn)故障,用戶則可以使用他們的智能手機(jī)作為備用煙霧探測(cè)器,或者作為氣體泄漏的便攜式報(bào)警裝置。
來自IBM的指甲傳感器
雖然如今許多傳感器的尺寸已經(jīng)小型化(比如硅基材料器件遵循的摩爾定律),但是其它傳感器,比如IBM研究人員研發(fā)的指甲傳感器(fingernail sensor),已開始利用人工智能(AI)和無線技術(shù)通過可穿戴設(shè)備(比如Apple Watch)來處理傳感器讀數(shù)。
指尖握力的強(qiáng)弱對(duì)于帕金森等疾病來說是比較實(shí)用的指標(biāo),而此類疾病也是IBM的主要研究領(lǐng)域,經(jīng)過進(jìn)一步的研究,IBM意識(shí)到指尖握力強(qiáng)度還可以用于其它測(cè)量,包括心臟健康和認(rèn)知能力。為了測(cè)量指尖的強(qiáng)度,研究人員先將小型應(yīng)變儀連接到手指的指甲上,然后應(yīng)變儀的讀數(shù)就可以通過無線傳輸?shù)教O果智能手表端,最后AI軟件再?gòu)氖直矶颂幚頂?shù)據(jù)以確定相關(guān)性。
指甲上的傳感器可以檢測(cè)手指活動(dòng)
據(jù)IBM稱,在皮膚上安裝電子設(shè)備,其最大障礙是粘附性差(出于多種原因,將傳感器黏附在皮膚上是不合適的。例如,一般需要進(jìn)行握力監(jiān)測(cè)的對(duì)象通常為老年人,他們的皮膚狀態(tài)都比較脆弱,使用傳感器有時(shí)會(huì)引發(fā)皮膚感染等問題),但是使用指甲傳感器則可以克服這些問題。與皮膚不同,指甲是固體,通常比皮膚結(jié)實(shí)得多,也不會(huì)四處移動(dòng),而且由于指甲不會(huì)脫落,也不會(huì)長(zhǎng)得太快,因此可以提供更持久的解決方案。用指甲代替皮膚的另一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是,像帕金森這樣的疾病幾乎都是出現(xiàn)在老年人身上,而他們的皮膚狀態(tài)都比較脆弱,無法可靠安裝傳感器。人工智能的使用使得傳感器不僅可以記錄信息,還可以識(shí)別傳感器佩戴者的個(gè)人環(huán)境。通過與人工智能的結(jié)合,傳感器數(shù)據(jù)可用于有效地評(píng)估帕金森病的典型癥狀,包括運(yùn)動(dòng)震顫和遲緩。這種新型傳感器收集的數(shù)據(jù)有助于醫(yī)生更好地監(jiān)測(cè)患者的健康狀況,以便使用新療法或藥物進(jìn)行治療。同時(shí),這項(xiàng)研究也為使用指尖結(jié)構(gòu)作為模型的新設(shè)備提供了靈感。
年復(fù)一年,生產(chǎn)“最小的XX傳感器”的愿景在各個(gè)元器件之間傳遞。制造商們也在不斷研究新的半導(dǎo)體材料、封裝和編程環(huán)境,以使傳感器越來越小,從而適應(yīng)行業(yè)趨勢(shì)。
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