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微型传感器市场再添新成员

时间：2019-02-13 11:40来源：MEMS

摘要：据麦姆斯咨询报道，传感器的实际应用林林总总，几乎覆盖了全球每个行业。而且，随着我们看到的，现在几乎所有行业都在朝着更小器件尺寸的方向发展，随之而来的传感器尺寸也在缩小。本文中，我们将介绍三款微型传感器及其实际应用的案例。

此篇关于微型传感器的综述中，我们将介绍三款不同的传感器，分别展示了如今电子设备尺寸不断缩小，其内部传感器不断向微型化、低功率发展的趋势。

据麦姆斯咨询报道，传感器的实际应用林林总总，几乎覆盖了全球每个行业。而且，随着我们看到的，现在几乎所有行业都在朝着更小器件尺寸的方向发展，随之而来的传感器尺寸也在缩小。本文中，我们将介绍三款微型传感器及其实际应用的案例。

博世BMA400加速度计：可穿戴应用
BMA400是一款12位加速度计，尺寸仅为2mm x 2mm x 0.95 mm。凭借低噪声性能，BMA400在睡眠模式下（800nA）功耗极低，同时能够在25Hz到800Hz之间的用户可选范围内输出数据。
结合这些规格，你会得到什么？一款非常适合移动和可穿戴设备的加速度计。

 
博世用于可穿戴设备的加速度计BMA400
 
该加速度计能够测量X、Y、Z轴上的加速度，偏移量为±80mg，测量范围为±2g、±4g、±8g和±16g，温度系数为±1mg/K。同时，BMA400还具有许多内置功能，包括活动识别（跑步、步行等）、活动变化、方向、点击/双击、两个通用中断控制器和1kB FIFO缓冲器。BMA400同时兼具SPI和I2C串行接口，工作电压介于1.7V至3.6V之间，具有低功耗性能、微型12引脚LGA封装和许多嵌入式功能，非常适合物联网和移动设备。

BMA400凭借其低电量消耗、嵌入式即插即用的计步与活动识别功能，大大延长了可穿戴设备（如智能腕表和健身记录仪）的电池寿命。它可在检测到运动时自动唤醒，并在运动结束后返回睡眠模式，从而避免唤醒主应用程序处理器。该功能可显著降低电量消耗，延长充电间隔。

对智能家居中的室内气候系统和安全系统等物联网应用来说，BMA400的连续测量功能和始终明确的带宽使其成为物联网应用（如室内气候环境系统和智能家居安全系统）无障碍使用的理想选择。例如，它可以区分如碎玻璃之类的真实警报和随机振动产生的虚假信号，从而避免误报。

BMA400获得了2018年消费电子展（CES）技术创新奖。因为其超低功耗，房主无需经常更换电池，非常适合家庭使用。

 
BMA400应用场景及优势示意图
 
工程师在选用加速度计时需要在低功耗和高性能之间做出取舍。现在，BMA400将超低功耗与卓越性能进行了完美结合。其内置计步器仅耗电4μA。总的来说，BMA400所需耗电量仅为当前市面上加速度计的十分之一。

通过其内置的电压调节器，BMA400能在宽电源电压范围内提供稳定的性能，并实现对功耗、噪音和输出数据速率（ODR）参数的灵活微调。在180μg/√Hz噪声密度中连续测量，BMA400的耗电量最佳值约为14μA。

尺寸仅为2.0 x 2.0 x 0.95mm的小巧体积与集成即插即用计步器使BMA400可轻松集成于新型可穿戴设备之中，如普通腕表和珠宝。

来自Nanoz的“全球最小”气体传感器
说到气体传感器，Nanoz以生产全球最小气体传感器而著名，其生产的气体传感器尺寸仅为1.8mm x 1.8mm，厚度只有0.45mm。

基于金属氧化物制备技术，其传感器不仅尺寸非常小，而且能够检测多种气体，包括但不限于CO2、CO、CH4、BTEX和NO2等。

Nanoz声称，气体传感器是目前市场上能耗最低、工作时间内最稳定、制造成本最低的金属氧化物器件。这些特性使得Nanoz传感器尤其适用于大规模开发的移动和物联网（IoT）应用，而这些应用可以让用户通过智能手机更好地监控他们周围的日常环境。

 
Nanoz的全球最小气体传感器尺寸为1.8mm x 1.8mm x 0.45mm
 
虽然这种传感器集成技术对于工业应用中的工程师和工人来说具有显著优势，但是如果将此传感器安装到人们日常使用的智能手机中，相信将会对个人安全产生颠覆性的改变。如果主探测器出现故障，用户则可以使用他们的智能手机作为备用烟雾探测器，或者作为气体泄漏的便携式报警装置。

来自IBM的指甲传感器
虽然如今许多传感器的尺寸已经小型化（比如硅基材料器件遵循的摩尔定律），但是其它传感器，比如IBM研究人员研发的指甲传感器（fingernail sensor），已开始利用人工智能（AI）和无线技术通过可穿戴设备（比如Apple Watch）来处理传感器读数。

指尖握力的强弱对于帕金森等疾病来说是比较实用的指标，而此类疾病也是IBM的主要研究领域，经过进一步的研究，IBM意识到指尖握力强度还可以用于其它测量，包括心脏健康和认知能力。为了测量指尖的强度，研究人员先将小型应变仪连接到手指的指甲上，然后应变仪的读数就可以通过无线传输到苹果智能手表端，最后AI软件再从手表端处理数据以确定相关性。

 
指甲上的传感器可以检测手指活动
 
据IBM称，在皮肤上安装电子设备，其最大障碍是粘附性差（出于多种原因，将传感器黏附在皮肤上是不合适的。例如，一般需要进行握力监测的对象通常为老年人，他们的皮肤状态都比较脆弱，使用传感器有时会引发皮肤感染等问题），但是使用指甲传感器则可以克服这些问题。与皮肤不同，指甲是固体，通常比皮肤结实得多，也不会四处移动，而且由于指甲不会脱落，也不会长得太快，因此可以提供更持久的解决方案。用指甲代替皮肤的另一个主要优点是，像帕金森这样的疾病几乎都是出现在老年人身上，而他们的皮肤状态都比较脆弱，无法可靠安装传感器。人工智能的使用使得传感器不仅可以记录信息，还可以识别传感器佩戴者的个人环境。通过与人工智能的结合，传感器数据可用于有效地评估帕金森病的典型症状，包括运动震颤和迟缓。这种新型传感器收集的数据有助于医生更好地监测患者的健康状况，以便使用新疗法或药物进行治疗。同时，这项研究也为使用指尖结构作为模型的新设备提供了灵感。

年复一年，生产“最小的XX传感器”的愿景在各个元器件之间传递。制造商们也在不断研究新的半导体材料、封装和编程环境，以使传感器越来越小，从而适应行业趋势。
 
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