此篇關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備尺寸不斷縮小，其內部傳感器不斷向微型化、低功率發展的趨勢。

 

據麥姆斯咨詢報道，傳感器的實際應用林林總總，幾乎覆蓋了全球每個行業。而且，隨著我們看到的，現在幾乎所有行業都在朝著更小器件尺寸的方向發展，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際應用的案例。

 

博世BMA400加速度計：可穿戴應用

 

BMA400是一款12位加速度計，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，同時能夠在25Hz到800Hz之間的用戶可選范圍內輸出數據。

 

結合這些規格，你會得到什么？一款非常適合移動和可穿戴設備的加速度計。

 

博世用于可穿戴設備的加速度計BMA400

 

該加速度計能夠測量X、Y、Z軸上的加速度，偏移量為±80mg，測量范圍為±2g、±4g、±8g和±16g，溫度系數為±1mg/K。同時，BMA400還具有許多內置功能，包括活動識別（跑步、步行等）、活動變化、方向、點擊/雙擊、兩個通用中斷控制器和1kB FIFO緩沖器。BMA400同時兼具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，非常適合物聯網和移動設備。

 

BMA400憑借其低電量消耗、嵌入式即插即用的計步與活動識別功能，大大延長了可穿戴設備（如智能腕表和健身記錄儀）的電池壽命。它可在檢測到運動時自動喚醒，并在運動結束后返回睡眠模式，從而避免喚醒主應用程序處理器。該功能可顯著降低電量消耗，延長充電間隔。

 

對智能家居中的室內氣候系統和安全系統等物聯網應用來說，BMA400的連續測量功能和始終明確的帶寬使其成為物聯網應用（如室內氣候環境系統和智能家居安全系統）無障礙使用的理想選擇。例如，它可以區分如碎玻璃之類的真實警報和隨機振動產生的虛假信號，從而避免誤報。

 

BMA400獲得了2018年消費電子展（CES）技術創新獎。因為其超低功耗，房主無需經常更換電池，非常適合家庭使用。

 

BMA400應用場景及優勢示意圖

 

工程師在選用加速度計時需要在低功耗和高性能之間做出取舍。現在，BMA400將超低功耗與卓越性能進行了完美結合。其內置計步器僅耗電4μA。總的來說，BMA400所需耗電量僅為當前市面上加速度計的十分之一。

 

通過其內置的電壓調節器，BMA400能在寬電源電壓范圍內提供穩定的性能，并實現對功耗、噪音和輸出數據速率（ODR）參數的靈活微調。在180μg/√Hz噪聲密度中連續測量，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步器使BMA400可輕松集成于新型可穿戴設備之中，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以生產全球最小氣體傳感器而著名，其生產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，其傳感器不僅尺寸非常小，而且能夠檢測多種氣體，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上能耗最低、工作時間內最穩定、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模開發的移動和物聯網（IoT）應用，而這些應用可以讓用戶通過智能手機更好地監控他們周圍的日常環境。

 

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對于工業應用中的工程師和工人來說具有顯著優勢，但是如果將此傳感器安裝到人們日常使用的智能手機中，相信將會對個人安全產生顛覆性的改變。如果主探測器出現故障，用戶則可以使用他們的智能手機作為備用煙霧探測器，或者作為氣體泄漏的便攜式報警裝置。

 

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研究人員研發的指甲傳感器（fingernail sensor），已開始利用人工智能（AI）和無線技術通過可穿戴設備（比如Apple Watch）來處理傳感器讀數。

 

指尖握力的強弱對于帕金森等疾病來說是比較實用的指標，而此類疾病也是IBM的主要研究領域，經過進一步的研究，IBM意識到指尖握力強度還可以用于其它測量，包括心臟健康和認知能力。為了測量指尖的強度，研究人員先將小型應變儀連接到手指的指甲上，然后應變儀的讀數就可以通過無線傳輸到蘋果智能手表端，最后AI軟件再從手表端處理數據以確定相關性。

 

指甲上的傳感器可以檢測手指活動

 

據IBM稱，在皮膚上安裝電子設備，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，一般需要進行握力監測的對象通常為老年人，他們的皮膚狀態都比較脆弱，使用傳感器有時會引發皮膚感染等問題），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，通常比皮膚結實得多，也不會四處移動，而且由于指甲不會脫落，也不會長得太快，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主要優點是，像帕金森這樣的疾病幾乎都是出現在老年人身上，而他們的皮膚狀態都比較脆弱，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，還可以識別傳感器佩戴者的個人環境。通過與人工智能的結合，傳感器數據可用于有效地評估帕金森病的典型癥狀，包括運動震顫和遲緩。這種新型傳感器收集的數據有助于醫生更好地監測患者的健康狀況，以便使用新療法或藥物進行治療。同時，這項研究也為使用指尖結構作為模型的新設備提供了靈感。

 

年復一年，生產“最小的XX傳感器”的愿景在各個元器件之間傳遞。制造商們也在不斷研究新的半導體材料、封裝和編程環境，以使傳感器越來越小，從而適應行業趨勢。

 

 

推薦閱讀：