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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(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的感知和信號(hào)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)鞲衅鞯囊蕾噷⒏訌?qiáng)烈，并會(huì)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
傳感器的工作原理為將各種被測(cè)信號(hào)量的微小變化都給轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。后續(xù)由信號(hào)處理單元轉(zhuǎn)變成數(shù)字或者模擬信號(hào)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(guò)功率放大器即產(chǎn)生交流激磁功率電源，通過(guò)能源環(huán)形變壓器從靜止的初級(jí)線圈傳遞至旋轉(zhuǎn)的次級(jí)線圈。由基準(zhǔn)電源與雙運(yùn)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(shí)，應(yīng)變橋檢測(cè)得到的mV級(jí)的應(yīng)變信號(hào)通過(guò)儀表放大器放大成1.5v±1v的強(qiáng)信號(hào)，再通過(guò)V/F轉(zhuǎn)換器變換成頻率信號(hào)，通過(guò)信號(hào)環(huán)形變壓器從旋轉(zhuǎn)的初級(jí)線圈傳遞至靜止次級(jí)線圈，再經(jīng)過(guò)外殼上的信號(hào)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(hào)，既可提供給專用二次儀表或頻率計(jì)顯示也可直接送計(jì)算機(jī)處理。
圖片來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)公開資料
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(duì)靜態(tài)的輸入信號(hào)，傳感器的輸出量與輸入量之間所具有相互關(guān)系。傳感器的靜態(tài)特性可用一個(gè)不含時(shí)間變量的代數(shù)方程，或以輸入量作橫坐標(biāo)，把與其對(duì)應(yīng)的輸出量作縱坐標(biāo)而畫出的特性曲線來(lái)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(dòng)態(tài)特性
所謂動(dòng)態(tài)特性，是指?jìng)鞲衅髟谳斎胱兓瘯r(shí)，它的輸出的特性。在實(shí)際工作中，傳感器的動(dòng)態(tài)特性常用它對(duì)某些標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)來(lái)表示。最常用的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)有階躍信號(hào)和正弦信號(hào)兩種，所以傳感器的動(dòng)態(tài)特性也常用階躍響應(yīng)和頻率響應(yīng)來(lái)表示。
三、傳感器的種類
按照被檢測(cè)信號(hào)的來(lái)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)?；瘜W(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(hào)。
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(yùn)作的?；瘜W(xué)傳感器技術(shù)問(wèn)題較多，例如可靠性問(wèn)題，規(guī)模生產(chǎn)的可能性，價(jià)格問(wèn)題等，解決了這類難題，化學(xué)傳感器的應(yīng)用將會(huì)有巨大增長(zhǎng)。
四、智能手表領(lǐng)域傳感器的種類和應(yīng)用場(chǎng)景
1.健康監(jiān)測(cè)類
?。?）光學(xué)心率傳感器：可檢測(cè)每分鐘的心跳次數(shù)。
?。?）SpO2監(jiān)視器：可測(cè)量血液中的氧氣含有量。
（3）生物阻抗傳感器：可測(cè)量呼吸頻率和睡眠等情況。
?。?）ECG心電傳感器：檢測(cè)你的心臟在每次心跳時(shí)發(fā)出的微小電脈沖。
?。?）紫外線傳感器：可測(cè)量在有害陽(yáng)光下的暴露情況。
?。?）皮膚電活動(dòng)或EDA傳感器：它與心率追蹤器，ECG和皮膚溫度傳感器一起測(cè)量壓力水平。
?。?）皮膚溫度傳感器：檢測(cè)溫度的輕微變化，以了解您是否會(huì)像發(fā)燒一樣生病或檢測(cè)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(lái)測(cè)量體內(nèi)的血糖含量。
2.運(yùn)動(dòng)支持類
?。?）三軸加速度計(jì)：檢測(cè)運(yùn)動(dòng)并跟蹤方向。
（2）高度計(jì)：可檢測(cè)您的爬升高度。
（3）指南針：幫助方向和地圖。
?。?）GPS全球定位系統(tǒng)：可幫助您檢測(cè)跑步量，可穿戴設(shè)備的位置并跟蹤您的活動(dòng)，它還有助于指導(dǎo)Map應(yīng)用程序。
?。?）陀螺儀：測(cè)量用于檢測(cè)運(yùn)動(dòng)的角速度，并在旅途中準(zhǔn)確跟蹤它們。
?。?）磁力計(jì)：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
?。?）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(shí)喚醒顯示。
（3）手勢(shì)傳感器：檢測(cè)手腕運(yùn)動(dòng)。
智能手表需求最多的功能：
老年人對(duì)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(cè)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(duì)成人最需要用到的功能就是音樂(lè)、支付、身份識(shí)別、運(yùn)動(dòng)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，涉及到的傳感器包括GPS、陀螺儀、高度計(jì)、磁力計(jì)、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。
部分國(guó)內(nèi)傳感器相關(guān)企業(yè)及產(chǎn)品方向介紹：
五、智能穿戴傳感器的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
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(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)補(bǔ)償、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、邏輯判斷等交互功能。隨著居民消費(fèi)水平和對(duì)智能穿戴產(chǎn)品智能化體驗(yàn)的不斷提升，必然對(duì)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(duì)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(qiáng)、自適應(yīng)性強(qiáng)、通信功能強(qiáng)等特點(diǎn)。這就要求所用傳感器功能必須越來(lái)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(wú)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(jí)轉(zhuǎn)向微米級(jí)甚至納米級(jí)，推動(dòng)傳感器的微型化趨勢(shì)。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(duì)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
單個(gè)傳感器僅能完成單一測(cè)量任務(wù)，在實(shí)際應(yīng)用通常需要同時(shí)測(cè)量多種被測(cè)變量，以全面、準(zhǔn)確地反映客觀事物和環(huán)境。因此實(shí)現(xiàn)多功能化是當(dāng)前傳感器技術(shù)發(fā)展中一個(gè)重要的研究方向。伴隨傳感器應(yīng)用領(lǐng)城的不斷增加，借助半導(dǎo)體的蒸鍍、擴(kuò)散、光刻、精密微加工及組裝等技術(shù)，將多種敏感元件整合在同一基板上成為可能。目前已研制出的多功能傳感器應(yīng)用較少，傳感器功能為溫度與濕度同時(shí)檢測(cè)，或是壓差、靜壓和溫度同時(shí)檢測(cè)。此外，仿生傳感器將觸感、刺激和試聽(tīng)辨別檢測(cè)。已有部分研究成果問(wèn)世，未來(lái)還將有更多的多功能傳感器將被研發(fā)出來(lái)。
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(méi)有最前端智能感知方面的質(zhì)量保證，后續(xù)軟件的信號(hào)處理也顯得徒勞無(wú)功。以智能手表為代表的智能穿戴設(shè)備對(duì)智慧功能的完善和傳感器技術(shù)的進(jìn)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。
01月07日 18:14
