原理與應(yīng)用:最新傳感器技術(shù)發(fā)展趨勢
發(fā)布時間:2015-11-05 責(zé)任編輯:susan
【導(dǎo)讀】傳感器技術(shù)在生活中各種場合的應(yīng)用迅速普及。捕捉環(huán)境和移動信息的高性能傳感器技術(shù)的開發(fā)日益增強,而且可使用小型電池長時間工作的無線通信技術(shù)和信號處理技術(shù)、以及可進(jìn)行各種信息的存儲與解析的云計算技術(shù)也日益普及。與此同時,各種設(shè)備所搭載的傳感器種類與數(shù)量越來越多,將傳感器獲取的多種信息相組合并賦予新的功能意義等的應(yīng)用技術(shù)發(fā)展非常迅速。這些技術(shù)在從移動設(shè)備到汽車、工業(yè)設(shè)備領(lǐng)域,以及積極的生物體信息獲取和醫(yī)療保健領(lǐng)域的運用等已經(jīng)開始迅猛發(fā)展。
運動傳感器與應(yīng)用技術(shù)
應(yīng)用日益擴(kuò)大的MEMS運動傳感器
加速度傳感器在智能手機(jī)等移動設(shè)備中已廣為普及,近年來,三軸陀螺儀傳感器和地磁傳感器相結(jié)合、稱為“6軸”、“9軸”的運動傳感器也開始應(yīng)用。可作為游戲和應(yīng)用的用戶界面檢測手勢;可與GPS位置信息和運動傳感器的信息相結(jié)合實現(xiàn)導(dǎo)航和運動跟蹤等。不僅如此,Bluetooth®等近距離無線技術(shù)和CPU信號處理技術(shù)等的價格越來越低廉且易于使用,作為利用各種傳感器的信息進(jìn)行功能定義的傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)迅速普及。
一個突出的例子是利用可穿戴式設(shè)備進(jìn)行的活動量監(jiān)測。運動傳感器檢測人的移動,通過解析該信息判別人是在步行、跑步或睡覺并測量活動量。隨著傳感技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)的成熟,比如旨在根據(jù)脈搏檢測睡眠質(zhì)量、甚至疾病等的預(yù)兆的應(yīng)用開發(fā)逐漸盛行。另外一個例子是工業(yè)設(shè)備等的機(jī)器運行狀況監(jiān)測。通過傳感器捕捉裝置的故障預(yù)兆并采取相應(yīng)措施以防患于未然,充分運用各種傳感器的信息管理整個生產(chǎn)體系的想法已經(jīng)成為現(xiàn)實。
運動傳感器在這類應(yīng)用中的應(yīng)用,需要旨在數(shù)據(jù)積累和算法開發(fā)的解析工作。在傳感器的選型過程中,不僅僅關(guān)注靈敏度和特性等性能指標(biāo),這類應(yīng)用開發(fā)所要求的易用性和支持也尤為重要。
Kionix公司的加速度傳感器與應(yīng)用
其產(chǎn)品在加速度傳感器的設(shè)計和性能相關(guān)的成熟可靠的專業(yè)知識基礎(chǔ)上,提供點擊檢測、畫面旋轉(zhuǎn)、手勢識別以及活動監(jiān)測等內(nèi)置算法的附加值,因而以移動市場為中心被廣為采用。
小型高精度的三軸加速度傳感器 KX122-1037
Kionix公司的KX122-1037是實現(xiàn)了2.0mm×2.0mm×0.9mm的薄型/小型封裝,高靈敏度、高精度、低功耗的三軸加速度傳感器(圖1)。該產(chǎn)品內(nèi)置運動檢測算法,可在傳感器內(nèi)檢測出點擊等手勢、自由下落、設(shè)備的姿態(tài)等。另外,為了支持機(jī)器狀況監(jiān)測等新應(yīng)用,KX122-1037還可將加速度信息以高達(dá)25.6kHz的數(shù)據(jù)傳輸速率進(jìn)行輸出(High ODR功能)。例如,要想根據(jù)電機(jī)運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的的振動檢測出故障預(yù)兆,需要在更寬的頻段分析加速度的成分。為應(yīng)對數(shù)據(jù)量的增加,還搭載了2kByte的FIFO。
圖1:Kionix 3軸加速度傳感器KX122-1037
另外,用戶基于內(nèi)置狀態(tài)機(jī)很容易實現(xiàn)功能,Kionix為了使產(chǎn)品支持多樣化的應(yīng)用,特別加強了對可穿戴性、健康監(jiān)測、機(jī)器狀況監(jiān)測等的支持。
不僅如此,Kionix還正在開發(fā)實現(xiàn)2.0mm×2.0mm×0.6mm業(yè)界最薄封裝尺寸的KX112-1042。實現(xiàn)薄型化的同時,內(nèi)置運動檢測算法,還支持High ODR。Kionix正在不斷擴(kuò)充滿足市場廣泛需求的加速度傳感器產(chǎn)品陣容。
擴(kuò)展應(yīng)用的可能性的組合傳感器產(chǎn)品陣容
集成多個傳感器的組合傳感器,在元器件安裝空間要求苛刻的移動應(yīng)用中,使應(yīng)用的功能擴(kuò)展變得更容易。Kionix一直在擴(kuò)大組合傳感器的產(chǎn)品陣容。KXG03集成三軸加速度傳感器和三軸陀螺儀,實現(xiàn)了3.0mm×3.0mm×0.9mm的小型封裝。而KMX62-1031則是集成三軸加速度傳感器和三軸地磁傳感器的六軸組合傳感器。
KXG03不僅擁有先進(jìn)的低功耗結(jié)構(gòu)、I2C/SPI數(shù)字接口、用來控制外部傳感器的外部輸入總線,還擁有先進(jìn)的緩沖性能、電源管理以及同步性能。優(yōu)化了功耗與噪音性能之間的平衡,確保針對溫度變化也具有優(yōu)異的偏置穩(wěn)定性。
KMX62-1031是集成加速度傳感器與地磁傳感器的六軸組合傳感器,可通過低功耗實現(xiàn)自主導(dǎo)航等功能。
MEMS 陀螺儀在廣泛的消費電子設(shè)備領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展非常迅猛,不同的應(yīng)用對靈敏度、精度、功耗等的規(guī)格要求也不同。Kionix一直在進(jìn)行相關(guān)產(chǎn)品的開發(fā)并完善服務(wù)支持,以滿足多樣化的應(yīng)用要求。
色彩傳感器的原理與應(yīng)用
何謂色彩傳感器
色彩傳感器是測量光的三原色成分(紅、藍(lán)、綠)各自照度的傳感器。液晶顯示屏等顯示圖像時,即使同一圖像,因周圍的光照度和色溫不同視覺效果也不同。使用色彩傳感器可測量環(huán)境光,將圖像輸出的亮度、色溫與周圍環(huán)境相結(jié)合進(jìn)行調(diào)整,從而可以表現(xiàn)出不受環(huán)境光照度和色溫影響的始終合適且美麗的色彩。色彩傳感器在室外等多樣化的環(huán)境下使用的智能手機(jī)和平板電腦等移動設(shè)備領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。
ROHM的色彩傳感器 BH1745NUC
ROHM的色彩傳感器BU1745NUC擁有高靈敏度和寬動態(tài)范圍,可高精度測量環(huán)境光的照度與色溫(圖2)。通過I2C接口進(jìn)行數(shù)字輸出,因此無需模擬電路設(shè)計即可輕松使用。該產(chǎn)品實現(xiàn)了0.005lx(LSB)的靈敏度、130μA(typ.)的工作電流以及2.1mm×2.0mm×0.6mm的小型封裝。
圖2:ROHM色彩傳感器BH1745NUC外觀
BH1745NUC通過在IC上形成光譜靈敏度特性卓越的濾波器,使傳感器對RGB各波長的干涉更?。▓D3)。與一般產(chǎn)品相比,利用優(yōu)異的光譜靈敏度特性,可實現(xiàn)不受光源種類影響的高精度測量(圖4)。
圖3:BU1745NUC光譜靈敏度特性圖
圖4:BH1745NUC 照度檢測特性
色彩傳感器的應(yīng)用擴(kuò)展
基于BH1745NUC可高精度測量照度與色溫的特點,新的應(yīng)用正在日益擴(kuò)大。在攝像機(jī)應(yīng)用中,可測量周圍的環(huán)境光并調(diào)整成像色調(diào)。另外,在植物工廠中也已經(jīng)開始應(yīng)用色彩傳感器。為促進(jìn)植物的生長,一般使用LED等光源,而色彩傳感器可用來將光源調(diào)節(jié)到更適合植物繁殖的波長。另外,通過人眼很難精確辨識光的細(xì)微色差,但運用色彩傳感器可實現(xiàn)數(shù)值化管理,因而在IoT領(lǐng)域的應(yīng)用有望更加廣泛。
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