感器、AR/VR中的傳感器、、無人機中的傳感器、智能穿戴中的傳感器等8大行業(yè)中的智能傳感器是怎樣運作的。

一、智能手機中的傳感器

搖動手機就可以控制賽車方向;拿著手機在操場散步，就能記錄你走了幾公里?這些你越來越熟悉的場景，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)，主要都是靠內(nèi)部安裝的傳感器。你知道手機中的傳感器有多少種?又是倚靠那些原理來運作!

1、光線傳感器(Ambient Light Sensor)

光線傳感器類似于手機的眼睛。人類的眼睛能在不同光線的環(huán)境下，調(diào)整進入眼睛的光線，例如進入電影院，瞳孔會放大來讓更多光線進入眼睛。而光線傳感器則可以讓手機感測環(huán)境光線的強度，用來調(diào)節(jié)手機屏幕的亮度。而因為屏幕通常是手機最耗電的部分，因此運用光線傳感器來協(xié)助調(diào)整屏幕亮度，能進一步達到延長電池壽命的作用。光線傳感器也可搭配其他傳感器一同來偵測手機是否被放置在口袋中，以防止誤觸。

2、距離傳感器(proximity sensor)

透過紅外線LED燈發(fā)射紅外線，被物體反射后由紅外線探測器接受，藉此判斷接收到紅外線的強度來判斷距離，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，若是則會關(guān)閉屏幕來省電;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

3、重力傳感器(G-Sensor)

透過壓電效應(yīng)來實現(xiàn)。重力傳感器內(nèi)部有一塊重物與壓電片整合在一起，透過正交兩個方向產(chǎn)生的電壓大小，來計算出水平的方向。運用在手機中時，可用來切換橫屏與直屏方向，運用在賽車游戲中時，則可透過水平方向的感應(yīng)，將數(shù)據(jù)運用在游戲里，來轉(zhuǎn)動行車方向。

4、加速度傳感器(Accelerometer Sensor)

作用原理與重力傳感器相同，但透過三個維度來確定加速度方向，功耗小但精度低。運用在手機中可用來計步、判斷手機朝向的方向。

5、磁(場)傳感器(Magnetism Sensor)

測量電阻變化來確定磁場強度，使用時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。

6、陀螺儀(Gyroscope)

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

7、GPS

地球上方特定軌道上運行著24顆GPS衛(wèi)星，它們會不停的向全世界各地廣播自己的位置坐標與時間戳(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))，手機中的GPS模塊透過衛(wèi)星的瞬間位置來起算，以衛(wèi)星發(fā)射坐標的時間戳與接收時的時間差來計算出手機與衛(wèi)星之間的距離?？蛇\用在定位、測速、測量距離與導航等用途。

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趨勢。電容式指紋傳感器作用時，手指是電容的一極、另一極則是硅芯片數(shù)組，透過人體帶有的微電場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)，當電流通過一個位于磁場中的導體時，磁場會對導體中的電子產(chǎn)生一個垂直于電子運動方向上的的作用力，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，蘋果的Smart cover還有多個品牌的官方手機配件，都運用了這項技術(shù)。

10、氣壓傳感器(氣壓計，barometer)

將薄膜與變組器或電容連接在一起，當氣壓產(chǎn)生變化時，會導致電阻或電容數(shù)值發(fā)生變化，藉此量測氣壓的數(shù)據(jù)。GPS也可用來量測海拔高度但會有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;也可用來輔助GPS定位，來確認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

透過高亮度的LED燈照射手指，因心臟將血液壓送到毛細血管時，亮度(紅光的深度)會呈現(xiàn)周期性的變化。再透過攝影機捕捉這一些規(guī)律性的變化，并將數(shù)據(jù)傳送到手機中進行運算，進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相機旁邊有心率傳感器

12、血氧傳感器

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同時照射手指，并測量反射光的吸收光譜，藉此量測血含氧量。可用于運動或健康領(lǐng)域的應(yīng)用。

13、紫外線傳感器

某些半導體、金屬或金屬化合物的光電發(fā)射效應(yīng)，在紫外線照射下會釋放出大量電子，透過檢測這種放電效應(yīng)可計算出紫外線強度。主要用途也在運動與健康領(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越普及的趨勢。較后方的傳感器，則多常見在智能手環(huán)以及較頂級、高端的手機中。透過這些傳感器的作用，能讓手機擁有高過你我想象的功能，就彷佛讓手機越來越智能了，你說是嗎?

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、北京青鳥元芯、中科院上海微系統(tǒng)所、無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(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

加速度計供應(yīng)商：

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?QST)、Silicon Designs 、矽創(chuàng)電子(Sitronix)、 MCUBE(砂立)等等

磁力計供應(yīng)商：

朗格(Allegro MicroSystems)、微開(Micronas Semiconductor)、邁來芯(Melexis)、江蘇多維科技(dowaytech)、愛知制鋼(AichiSteel)、Amotech 等等

二、人工智能/機器人中的傳感器

關(guān)鍵技術(shù)：驅(qū)動器+減速器+傳感器

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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三、AR/VR中的傳感器

虛擬現(xiàn)實中的傳感設(shè)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(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)實環(huán)境中的各種視覺、聽覺、觸覺、力覺等。

1、加速計

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

2、陀螺儀

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

3、磁力計

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

4、用于追蹤動作的傳感器

用于追蹤動作的傳感器包括：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、無人機中的傳感器

 

 

1、加速度計

加速度計用于確定位置和無人機的飛行姿態(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動。

另一種加速度計的技術(shù)為熱對流技術(shù)，沒有移動部件，而是通過一個“熱氣團”的位移來感知的運動變化。這類傳感器靈敏度較高，在穩(wěn)定車載攝像機、電影制作等應(yīng)用起著至關(guān)重要的作用。

2、慣性測量單元

慣性測量單元結(jié)合GPS是維持方向和飛行路徑的關(guān)鍵。隨著無人機智能化的發(fā)展，方向和路徑控制是重要的空中交通管理規(guī)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，能夠測量到細微的運動變化，使得傾角傳感器能夠應(yīng)用于移動程序，如汽車或無人駕駛飛機的陀螺儀補償。

4、大氣監(jiān)測傳感器

空氣質(zhì)量的好壞，是人們最關(guān)注的一個話題。實時監(jiān)測空氣質(zhì)量好壞，大氣污染程度已經(jīng)成為一個熱點，當然大氣監(jiān)測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)測傳感器已被廣泛應(yīng)用于城市大氣環(huán)境監(jiān)測、工廠廠區(qū)無組織排放污染氣體監(jiān)測以及環(huán)境評價監(jiān)測等?？杀O(jiān)測多種氣體，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(jiān)測和優(yōu)化電能消耗，確保無人機內(nèi)部電池充電和電機故障檢測系統(tǒng)的安全。電流傳感器工作通過測量電流(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系統(tǒng)的機會。

6、磁傳感器

在無人機，電子羅盤提供關(guān)鍵性的慣性導航和方向定位系統(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，同時具有高精度、響應(yīng)時間短等特點，非常適用于無人機的應(yīng)用。

7、發(fā)動機進氣流量傳感器

流量傳感器可以用于有效地監(jiān)測電力無人機燃氣發(fā)動機的微小空氣流速。許多氣體發(fā)動機質(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溫度傳感器來量化質(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(nèi)利用熱原理及其適用于對重量要求較高的領(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。因為可穿戴設(shè)備最基本的功能就是通過傳感器實現(xiàn)運動傳感。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實現(xiàn)運動和心率監(jiān)測;Apple Watch內(nèi)部除了MEMS加速度計、陀螺儀、MEMS麥克風，還有使用脈搏傳感器。

 

 

Apple Watch內(nèi)部除了MEMS加速度計、陀螺儀、MEMS麥克風，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實現(xiàn)運動和心率監(jiān)測

六、智能家居中的傳感器

傳感器是智能家居控制系統(tǒng)實現(xiàn)控制的基礎(chǔ)，隨著技術(shù)的發(fā)展，越來越多的傳感器被用到智能家居系統(tǒng)中，只有你想不到的，沒有你做不到的，這里就不一一列舉了。

七、智能汽車/自動駕駛中的傳感器

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。在智能汽車時代，主動安全技術(shù)成為備受關(guān)注的新興領(lǐng)域，需要改進現(xiàn)有的主動安全系統(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感測車身姿態(tài)。語音將成為人與智能汽車的重要交互方式，MEMS麥克風將迎來發(fā)展新機遇。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值加速度計和用于側(cè)面氣囊的壓力傳感器)、汽車發(fā)動機(應(yīng)用于檢測進氣量的進氣歧管絕對壓力傳感器和流量傳感器)等。

 

 

傳感器在汽車中的應(yīng)用

自動駕駛技術(shù)的興起，進一步推動了MEMS傳感器進入汽車。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(地下車庫、隧道)和信號受到干擾的時候，汽車的導航會受到影響，這對自動駕駛來說是致命的缺陷。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)，車輛任何細微的動作和傾斜姿態(tài)，都被轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，通過總線，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。

 

 

傳感器在自動駕駛的應(yīng)用

八、智慧工業(yè)時代中的傳感器

智能工廠利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)加強信息管理和服務(wù)，掌握產(chǎn)銷流程、提高生產(chǎn)過程的可控性、減少生產(chǎn)線上人工的干預、及時正確地采集生產(chǎn)線數(shù)據(jù)，以合理的安排生產(chǎn)計劃與生產(chǎn)進度，并優(yōu)化供應(yīng)鏈。傳感器應(yīng)用非常廣泛，工業(yè)生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)都需要傳感器進行監(jiān)測，并把數(shù)據(jù)反饋給控制中心，以便對出現(xiàn)異常節(jié)點進行及時干預，保證工業(yè)生產(chǎn)正常進行。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(xù)運行，并讓工作人員遠離生產(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加速度計可以用來監(jiān)測工業(yè)設(shè)備的振動和旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動提供精確的位置信息。