进步创建易于使用的传感器

比尔·施韦伯(Bill Schweber)为慕斯电子(Mouser Electronics)撰写

在提供高性能，低成本，易于使用的传感器方面取得了重大进展，以实现各种物理现象，经常基于微机电系统（MEMS）技术。

一直以来，人们都广泛需要能够处理各种物理现象的电子传感器，比如光、压力、声音和温度，这是最广泛被感知的参数。好消息是，在为这些参数提供高性能、低成本、易于使用的传感器方面已经取得了重大进展，这些进展通常基于微机电系统(MEMS)技术。例如，位置和运动的感知——这两个密切相关的物理属性传统上是最难测量的，但现在几乎变得微不足道，因为微型硅基加速度计和陀螺仪被广泛应用于无人机导航和汽车安全。

固态传感技术的进步导致了更小，低成本，低功耗，高效的MEMS传感器解决方案，用于测量气流速率，许多医疗，工业和仪表应用中的关键参数。

长期以来一直长期开发高性能，低成本，低功耗传感器的一个传感区域：蒸气和气体（气味）感测。我们仍然是长途犬甚至人类的敏感，普通气味嗅探的鼻子。气体的传感器，挥发性有机化合物（VOC），甚至湿度尤其具有挑战性，并且它们更加难以使用，校准，并且集成而不是温度传感器。此外，每个气体传感器通常具有不同的模拟输出格式：缩放，电压与电流，定时和其他变化（图1）。

当需要在一个地方测量多个不同的变量时，问题就会加剧。简单而成功地与各种可用的传感解决方案接口需要限制传感器选择，添加适配器电路以产生单一输出格式，或与多种输出格式接口。

然而，在过去的十年中，随着MEMS和相关半导体从根本上改变了这种情况，并为特定气体提供低功耗、低成本的传感器，我们取得了重大进展。这些进步并非始于气体传感;相反，他们开始使用特定应用的冲击压力传感器来触发气囊。这项研究、开发和商业化为压力、挥发性有机物和一氧化碳的MEMS传感器的发展开辟了道路₂（二氧化碳）。结果一直是基于微芯片的设备的可用性，用于气体和液体的基本感测，以及校准，额外的集成功能以及更多嵌入式功能。

单点趋势，多因素感应

随着传感器在基本性能、易互连性、成本和电力需求方面的进步，在每个位置传感多个参数的趋势也相应出现。这与以前的架构不同，以前的架构只在一个位置感知温度(可能还有湿度)以及VOCs和CO₂例如，另一个。通过更新的传感器，它是可行的，实际上是有意义的，在每个站点上集成一整套传感器，具有单路径（有线或无线）连接。

这样做提供了各种应用程序，这些应用程序需要多个参数的传感器数据。其中包括照明控制，楼宇自动化，安全和运动/存在感应，智能家庭，连接的家庭，空气质量监控和能源管理。此外，通过将所需传感器的完整名册组合成单个设备，系统设计人员，项目，甚至最终用户甚至最终用户的效果从降低到市场，更少的设计“惊喜”和降低的安装成本，因为设计师不再拥有处理单个传感器和接口（除非他们需要或想要这样做）。这使得能够在工业，商业，机构和住宅设置中的多功能环境传感器节点的低成本，方便地放置。

利用这种新的多传感器机会，供应商开发了小型板和模块，提供了一系列常用的传感功能，作为这些应用的完整、高度集成、校准和易于使用的解决方案。

下面的示例演示了如何对包括天然气的综合感测的变化，包括燃气基础，非常简化挑战，并开辟新的机会：

示例1：TE连接（TE）氛围传感器模块MS4系列

来自TE Connectivity的这个单元目标是固定的原地装置，如建筑物，并封装在一个PC板上，测量仅仅16毫米× 30毫米(0.63“x 1.2”)(图2）.它通过PIR（无源红外）检测器，光，温度和湿度提供了感应众所周知的环境和存在的运动参数。它还提供可选的基于麦克风的声音检测，VOC感测环境空气质量和危险条件，以及CO₂传感(图3.）.

这氛围传感器模块从单个3.3V操作_DC.电源(额定，最小3.1V)，只需要10mA (33mA与VOC/CO₂传感选项)低耗散，高可靠性，长使用寿命的本地电池。温度读数的准确度为±0.3°C，从+5°C到+50°C，而湿度读数超过5%至95% RH范围的准确度为2%。温度和湿度传感器的更新速度都是1秒。

对于气体传感功能，该装置可以处理浓度从0ppb到1187ppb(十亿分之一)和CO的VOCs₂读数从400ppm到8192ppm（百万分之）;两种有关的读数都有60秒的收购期。

可以通过其100kbaud（千obaud）我随时查询模块²C接口，它还包括用于运动和声级检测的中断驱动的事件引脚，响应时间为0.5秒。音频报警输出在-25dbv和-19dbv之间具有100Hz至10kHz的频率范围的灵敏度。在此提供简要的产品概述页，更详细的是在这里。

示例2：Bosch Sense Connect Detect（SCD）模块具有蓝牙连接

技术进步与用户需求的趋势进行了趋势，为所谓的方式提供了显着的推动力行业4.0或工业互联网（IIT）。对于工业传感器，它意味着在单个易于使用的包装中包含多种传感器类型（因此消除了单独集成它们的需要）并包括必要的无缝无线连接。例如，Bosch Sense Connect Detect（SCD）模块使公司能够与行业4.0轻松开始。此即插即用传感器提供有关机器性能和响应的基本级别，以及用于进一步处理的原始数据（图4.）.不需要编程来启动和运行它。

通过将工业机器的四个关键物理变量——加速度、磁场、温度和光强度——的传感整合到一个内置连接的单一包中，建立一个单元、初始化它和获取数据的时间和众所周知的挫折就减少到一个琐碎的练习。这种具有成本效益，可靠，易于安装的传感器设备通过一个简单的条连接到几乎任何机器和组件。数据采集可以立即开始与无线蓝牙低能量为基础的链接，报告每四个测量变量。该装置提供了广泛的动态范围，并具有与工业应用相当的绝对精度(表格1）.

此外，由于许多现实世界的应用程序更关心读取分辨率而不是准确性，Bosch SCD模块提供了高分辨率和适当的采样率，以匹配每个感知变量的需求(表2.和表3分别)。

当然，要完成工业4.0，对多个物理变量的感知只是故事的一部分。数据采集模块需要轻松地将数据传输到“外部世界”，并且最小的连接问题，因此SCD BLE低功耗链路的范围可达40米(取决于外部影响)。

故事的最后一部分是利用所获取的数据。为此，该单元通过移动应用程序支持简单的数据可视化（图5.）.

包装，电力和环境规范也是有效物联网展示率和性能的关键因素。SCD采用小型，IP67额定封装，测量仅为70.9mm×62mm×113mm，重21克。它被评为-20°C至+ 85°C的操作，以及从0％RH到100％RH的相对湿度。低功耗设计从不可充电的情况下支持长达两年的操作CR24503V Li / MnO2按钮单元（490mAh）。

有关此模块的更多信息概述页面以及数据表。

示例3:Honeywell AWM700系列气流传感器

尽管我们对气流有直观的了解，但要在一个有用的范围内准确地测量它并非一项简单的挑战，也许除了风速，旋转杯风速计是众所周知的解决方案。对于工业或医疗管道中的气流，这显然不是一个选择。

相反，流动传感器如HONEYWELL AWM730B5.是一个非常有吸引力的选择。该基于MEMS的气流传感器提供了具有专门设计的旁路流动壳体的线流量测量。

该装置测量从每分钟300个标准升（SLPM）（3.0MBar [毫巴] / 300PA [Pascal]）的流量，同时诱导典型的压降仅为1“（H.₂O). AWM730B5在小封装中具有高流量范围的能力，以及10ms的响应时间。该单元需要5V电压_DC.供应并消耗60MW的电力。

该传感器非常适用于需要恒定测量和气流的许多医疗应用，包括氧气集中器，呼吸器和呼吸机，雾化器，连续正气道压力（CPAP）系统和麻醉机。在仪表侧，质量流量控制器，环境气候控制，燃料电池控制甚至激光系统控制需要气流测量。

其模拟输出具有高度稳定的空和满量程值，低滞后和重复性误差（读数的0.35％），以及内部放大和温度补偿，所有这些都有助于长期准确性和稳定性而无需校准（在许多情况下对流量的艰难挑战）。表4.显示模拟输出与流量之间的关系以及公差范围。

压缩包,流管大约3.25“(82.5毫米)长,0.9”宽(22毫米)(加上安装凸耳和连接器)意味着这些流量传感器在最终产品中占据更少的空间,所以它的外壳尺寸可以减少更容易融入比重,空间受限安装。此外，物理布线是简单的，因为只有三个有源连接(V-， + 5v_DC.和V._出)，很容易通过标准的4针，管理单元，AMP 103956-3提供的传感器完成。

提供此传感器的更多细节和规格在这里在数据表上。

结论

不再需要原始设备制造商来识别，购买，机械和电气集成，以及来自不同来源的多个传感器。高度集成的MEMS和半导体器件使得可以在单个微小的低功率包装中为不同的物理变量提供多个传感器。甚至是传感VOCS和CO的挑战₂，以及医疗和仪器相关的气流，由于这些技术进步，已经在很大程度上被克服了。传感器和系统性能是有保证的和已知的，因为这些设备都有详细的规格。电路接口大大简化，通过软件驱动程序和工具实现了系统集成。

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了下:传感器提示
标记:Mouserelectronics.

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