微型傳感器是智能穿戴設(shè)備不可或缺的核心部件

智能傳感技術(shù)是智能制造和物聯(lián)網(wǎng)的先行技術(shù)，作為前端感知工具，具有非常重要的意義。要想實現(xiàn)對環(huán)境的感知和信號轉(zhuǎn)換功能，就需要各種功能的傳感器，尤其在智能穿戴領(lǐng)域?qū)?a href="http://www.rzse.cn" target="_self" title="微型傳感器">微型傳感器的依賴將更加強烈，并會要求傳感器朝著智能化、微型化和多功能化方向發(fā)展。

一、傳感器的工作原理

至少在76%原理為將各種被測信號量的微小變化都給轉(zhuǎn)換成電信號。后續(xù)由信號處理單元轉(zhuǎn)變成數(shù)字或者模擬信號交給執(zhí)行器處理。

例如光電、溫度等傳感器，首先向傳感器提供±15V電源，激磁電路中的晶體振蕩器產(chǎn)生400Hz的方波，經(jīng)過功率放大器即產(chǎn)生交流激磁功率電源，通過能源環(huán)形變壓器從靜止的初級線圈傳遞至旋轉(zhuǎn)的次級線圈。由基準(zhǔn)電源與雙運放組成的高精度穩(wěn)壓電源產(chǎn)生±4.5V的精密直流電源。當(dāng)彈性軸受扭時，應(yīng)變橋檢測得到的mV級的應(yīng)變信號通過儀表放大器放大成1.5v±1v的強信號，再通過V/F轉(zhuǎn)換器變換成頻率信號，通過信號環(huán)形變壓器從旋轉(zhuǎn)的初級線圈傳遞至靜止次級線圈，再經(jīng)過外殼上的信號處理電路濾波、整形即可得到與彈性軸承受的扭矩成正比的頻率信號，既可提供給專用二次儀表或頻率計顯示也可直接送計算機處理。

二、傳感器的特性

1.傳感器的靜態(tài)特性

靜態(tài)特性是指對靜態(tài)的輸入信號，傳感器的輸出量與輸入量之間具有相互關(guān)系。傳感器的靜態(tài)特性可用一個不含時間變量的代數(shù)方程，或以輸入量作橫坐標(biāo)，把與其對應(yīng)的輸出量作縱坐標(biāo)而畫出的特性曲線來描述。表征傳感器靜態(tài)特性的主要參數(shù)有：線性度、靈敏度、遲滯、重復(fù)性、漂移等。

2.傳感器動態(tài)特性

所謂動態(tài)特性，是指傳感器在輸入變化時，它的輸出的特性。在實際工作中，傳感器的動態(tài)特性常用它對某些標(biāo)準(zhǔn)輸入信號的響應(yīng)來表示。最常用的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號有階躍信號和正弦信號兩種，所以傳感器的動態(tài)特性也常用階躍響應(yīng)和頻率響應(yīng)來表示。

三、傳感器的種類

按照被檢測信號的來源類型可以分為物理傳感器和化學(xué)傳感器，物理傳感器應(yīng)用的是物理效應(yīng)，諸如壓電效應(yīng)，磁致伸縮現(xiàn)象，離化、極化、熱電、光電、磁電等效應(yīng)。化學(xué)傳感器應(yīng)用包括以化學(xué)吸附、電化學(xué)反應(yīng)等現(xiàn)象為因果關(guān)系的信號。

有些傳感器既不能劃分到物理類，也不能劃分為化學(xué)類但大多數(shù)傳感器是以物理原理為基礎(chǔ)運作的?；瘜W(xué)傳感器技術(shù)問題較多，例如可靠性問題，規(guī)模生產(chǎn)的可能性，價格問題等，解決了這類難題，化學(xué)傳感器的應(yīng)用將會有巨大增長。

四、智能手表領(lǐng)域傳感器的種類和應(yīng)用場景

1.健康監(jiān)測類

（1）光學(xué)心率傳感器：可檢測每分鐘的心跳次數(shù)。

（2）SpO2監(jiān)視器：可測量血液中的氧氣含有量。

（3）生物阻抗傳感器：可測量呼吸頻率和睡眠等情況。

（4）ECG心電傳感器：檢測你的心臟在每次心跳時發(fā)出的微小電脈沖。

（5）紫外線傳感器：可測量在有害陽光下的暴露情況。

（6）皮膚電活動或EDA傳感器：它與心率追蹤器，ECG和皮膚溫度傳感器一起測量壓力水平。

（7）皮膚溫度傳感器：檢測溫度的輕微變化，以了解您是否會像發(fā)燒一樣生病或檢測到月經(jīng)期開始。

（8）血糖傳感器：用試劑與皮膚上的葡萄糖分子發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電流來測量體內(nèi)的血糖含量。

2.運動支持類

（1）三軸加速度計：檢測運動并跟蹤方向。

（2）高度計：可檢測您的爬升高度。

（3）指南針：幫助方向和地圖。

（4）GPS全球定位系統(tǒng)：可幫助您檢測跑步量，可穿戴設(shè)備的位置并跟蹤您的活動，它還有助于指導(dǎo)Map應(yīng)用程序。

（5）陀螺儀：測量用于檢測運動的角速度，并在旅途中準(zhǔn)確跟蹤它們。

（6）磁力計：與GPS和指南針一起確定您所在位置的確切坐標(biāo)。

3.其他輔助類

（1）環(huán)境光傳感器：可調(diào)節(jié)顯示亮度，這也有助于節(jié)省電池壽命。

（2）接近傳感器：可節(jié)省電池并在需要時喚醒顯示。

（3）手勢傳感器：檢測手腕運動。

智能手表需求最多的功能：

老年人對慢性病管理最需要用到的就是血壓、血糖、心率和血氧等的監(jiān)測數(shù)據(jù)，這就需要相關(guān)的專用傳感器。數(shù)據(jù)君調(diào)查這方面的需求量至少在76%以上。

對成人最需要用到的功能就是音樂、支付、身份識別、運動支持等功能，這就要用到藍(lán)牙、NFC、GPS、指南針、陀螺儀、心率、加速度方面的傳感器，數(shù)據(jù)君調(diào)查這方面的需求量至少在80%以上。

兒童最重要的功能需求就是定位、視頻通話和社交，涉及的傳感器包括GPS、陀螺儀、高度計、磁力計、指南針、射頻、藍(lán)牙和NFC。數(shù)據(jù)君調(diào)查這方面的需求量至少在95%以上。

五、智能穿戴傳感器的技術(shù)發(fā)展趨勢

1.智能化

傳感器的智能化是指在傳感器中內(nèi)置微處理器，使其具有自動檢測、自動補償、數(shù)據(jù)存儲、邏輯判斷等交互功能。隨著居民消費水平和對智能穿戴產(chǎn)品智能化體驗的不斷提升，必然對智能穿戴設(shè)備領(lǐng)域的傳感器功能要求也隨之提升。例如對傳感器要求具有保密性高、傳輸速度快距離遠(yuǎn)、抗干擾性強、自適應(yīng)性強、通信功能強等特點。這就要求所用傳感器功能必須越來越智能化和完善。

2.微型化

傳統(tǒng)的傳感器體積較大，應(yīng)用領(lǐng)域受限，無法應(yīng)用于便攜設(shè)備、可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域。精密加工、微電子、集成電路等技術(shù)、新材料的發(fā)展及應(yīng)用，將使傳感器中電子元器件由毫米級轉(zhuǎn)向微米級甚至納米級，推動傳感器的微型化趨勢。全球智能可穿戴設(shè)備行業(yè)發(fā)展迅速，設(shè)備的便攜性需求將對微型和超小型傳感器需求不斷上漲，這就刺激傳感器行業(yè)必定向微型化發(fā)展。

3.多功能化

兒童最重要的功能需求就是定位、視頻通話和社交，涉及的傳感器包括GPS、陀螺儀、高度計、磁力計、指南針、射頻、藍(lán)牙和NFC。數(shù)據(jù)君調(diào)查這方面的需求量至少在95%以上。

總結(jié)：

傳感器作為智能穿戴設(shè)備不可或缺的核心部件，決定著各種智慧化功能的有效性和精確度，沒有最前端智能感知方面的質(zhì)量保證，后續(xù)軟件的信號處理也顯得徒勞無功。以智能手表為代表的智能穿戴設(shè)備對智慧功能的完善和傳感器技術(shù)的進步提出了更高的要求，這些都給傳感器的發(fā)展明確了新的方向。