【導讀】幾乎所有輔助人類(lèi)日?；顒?dòng)的電子設備都離不開(kāi)傳感器。傳感器可監測人體重要體征，并檢測異常情況。在汽車(chē)領(lǐng)域，傳感器可用于識別交通標志、探測障礙物和警告車(chē)道偏離，助力實(shí)現自動(dòng)駕駛。未來(lái)，用戶(hù)與所有智能設備的簡(jiǎn)單交互都可通過(guò)傳感器實(shí)現。本文將深入分析傳感器在汽車(chē)、醫療保健和工業(yè)機器人等領(lǐng)域的新興趨勢和未來(lái)應用方向，以及在操作和安全方面取得的進(jìn)展。
配備傳感器的現代設備無(wú)需手動(dòng)按鍵，可根據傳感器輸入的信息自動(dòng)運行。
幾乎所有輔助人類(lèi)日?；顒?dòng)的電子設備都離不開(kāi)傳感器。傳感器可監測人體重要體征，并檢測異常情況。在汽車(chē)領(lǐng)域，傳感器可用于識別交通標志、探測障礙物和警告車(chē)道偏離，助力實(shí)現自動(dòng)駕駛。未來(lái)，用戶(hù)與所有智能設備的簡(jiǎn)單交互都可通過(guò)傳感器實(shí)現。本文將深入分析傳感器在汽車(chē)、醫療保健和工業(yè)機器人等領(lǐng)域的新興趨勢和未來(lái)應用方向，以及在操作和安全方面取得的進(jìn)展。
傳感器感知功能類(lèi)似于人類(lèi)感官
設計人員通過(guò)創(chuàng )建傳感解決方案簡(jiǎn)化人類(lèi)與設備的交互。不同傳感器結合先進(jìn)軟件，就能形成對真實(shí)世界的感知。傳感解決方案將多個(gè)智能傳感器整合到統一的智能系統中，讓人們能夠輕松與設備互動(dòng)。
圖 1：模擬人類(lèi)感官的傳感解決方案
智能耳朵/麥克風(fēng)
人耳能夠分辨多達 40 萬(wàn)種聲音、10 個(gè)八度音和 7,000 個(gè)音調。MEMS 麥克風(fēng)為音頻和聲控設備提供了“智能耳朵”。新一代麥克風(fēng)具備一系列優(yōu)勢，包括超低自噪聲（高 SNR）、即使在高聲壓級 (SPL) 下也具有極低的失真 (THD)、部件間相位和靈敏度高度匹配、具有低 LFRO（低頻滾降）的平坦頻率響應以及超低群延遲。新一代麥克風(fēng)可選擇功率模式，并且封裝尺寸極小。
嗅覺(jué)/CO2（二氧化碳）傳感器
人體具有 400 多個(gè)嗅覺(jué)感受器，能夠分辨 10,000 多種香味和氣味。二氧化碳傳感器采用光聲光譜 (PAS) 技術(shù)，令設備結構緊湊且功能齊全，解決了現有二氧化碳氣體檢測器所面臨的技術(shù)難題。PAS 二氧化碳傳感器模塊將 PAS 傳感器、微控制器和 MOSFET 集成在電路板上 。
視覺(jué)（ToF 3D 圖像傳感器/雷達傳感器）
借助飛行時(shí)間 (ToF) 圖像傳感器，電子設備能夠獲取設備前方場(chǎng)景的精確 3D 地圖。周遭環(huán)境、物體和人物都會(huì )實(shí)時(shí)轉化為數字空間。算法利用這些數據來(lái)測量距離和尺寸、跟蹤運動(dòng)，并將物體形狀轉換為 3D 模型。設計人員開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品可無(wú)縫集成到最微型的 3D ToF 相機模塊中，以最低功耗精確測量短距離和長(cháng)距離深度。
與被動(dòng)紅外 (PIR) 技術(shù)相比，雷達傳感器在運動(dòng)檢測應用中具有許多優(yōu)勢。其中包括精度更高，以及能夠精確測量探測對象，為新的速度探測和運動(dòng)傳感功能奠定基礎。雷達傳感器可以在雨、雪、霧、灰塵等惡劣環(huán)境條件下正常運行。一些先進(jìn)的雷達傳感器靈敏度極高，能夠捕捉呼吸和心跳，感知生命體征的存在。
觸覺(jué)（觸摸傳感器）
觸摸傳感器使用多種技術(shù)，如電阻膜、電容、紅外線(xiàn)、超聲波表面聲波和電磁感應。觸控面板由輸入設備（觸控面板）和輸出設備（顯示器）共同組成。了解e絡(luò )盟根據不同需求量身定制的各種傳感器產(chǎn)品，包括麥克風(fēng)、流量傳感器、ToF 3D 圖像傳感器、雷達傳感器和觸摸傳感器。
用于確保安全駕駛的汽車(chē)傳感器
制造商通常會(huì )在現代汽車(chē)上裝配多種傳感器。汽車(chē)傳感器獲取胎壓、油量和發(fā)動(dòng)機溫度等信息，并在儀表盤(pán)上顯示。另有一些傳感器旨在維持車(chē)輛高效運轉，包括監測發(fā)動(dòng)機部件位置，監測車(chē)輪速度，以控制牽引力或防抱死制動(dòng)系統，監測車(chē)內外空氣溫度，保持車(chē)內舒適。制造商可將多個(gè)傳感器集成到車(chē)輛設計中，使汽車(chē)更安全可靠、高效舒適。
如今的傳感器還能提供詳細的數據信息。越來(lái)越多自動(dòng)駕駛解決方案開(kāi)始采用基于視覺(jué)的技術(shù)。為了確保安全性和響應速度，這些技術(shù)需要高帶寬和快速響應時(shí)間?，F代汽車(chē)集成多項新興技術(shù)，能夠實(shí)現更智能的駕駛體驗。這些技術(shù)包括：
激光雷達（激光測距儀）
激光雷達掃描儀是自動(dòng)駕駛車(chē)輛原型系統中的關(guān)鍵組件，廣泛應用于自適應巡航控制 (ACC)、防碰撞系統、交通標志識別、盲點(diǎn)檢測和車(chē)道偏離預警等現有系統中?；诩す饫走_的系統可以在沒(méi)有傳感器的情況下正常工作，充當系統的“眼睛”。
圖 2：激光雷達技術(shù)傳感器在汽車(chē)領(lǐng)域的應用
如圖 2 所示，激光雷達技術(shù)需要獨立的傳感器系統，這些系統必須配備安全和環(huán)境適應功能。例如，傳感器單元應能在 -40 至 125 °C（-40 至 257 °F）的溫度范圍內運行，以應對其他系統組件和外部環(huán)境的熱量影響。傳感器必須具備最佳信噪比，以便在各種干擾背景中準確檢測到信號。由于光學(xué)檢測器需要應對不同的環(huán)境光水平，其內部傳感器應覆蓋廣泛的動(dòng)態(tài)范圍。
用于實(shí)現電動(dòng)垂直起降 (VTOL) 飛機自主導航的傳感器
電池供電的電動(dòng)垂直起降飛機是一種新型飛行器，如圖 3 所示。這種飛行器結合電動(dòng)乘用車(chē)與超大型無(wú)人機的功能，內部設計類(lèi)似于豪華汽車(chē)。航空專(zhuān)家表示，電動(dòng)垂直起降飛機能像直升機一樣飛行，并且配備傳感器控制系統，經(jīng)驗豐富的飛行員能夠輕松上手。飛行器配備慣性傳感器，用于監控原型機的飛行控制和飛行特性，如俯仰、翻滾和角速度值。傳感器還可用于測量螺旋槳推力、振動(dòng)、應變和負載特性。
產(chǎn)品類(lèi)別：慣性傳感器、加速度計、陀螺測試儀
圖 3：電動(dòng)垂直起降 (eVTOL) 飛機
用于實(shí)現工業(yè)機器人自動(dòng)化和確保人類(lèi)安全的傳感器
機器人應用需要將精確的傳感元件集成到設備中，以有效應對各種挑戰。例如，傳感系統必須能夠識別出人類(lèi)的存在，從而在協(xié)作應用中防止機器人與附近工人發(fā)生碰撞。先進(jìn)的傳感器技術(shù)是實(shí)現這一目標的關(guān)鍵。扭矩傳感器可測量協(xié)作機器人 (cobot) 旋轉關(guān)節處的機械扭矩，檢測故障或過(guò)載情況，防止人員受傷和潛在的協(xié)作機器人故障。此外，傳感器還可用于光幕等設備，當人進(jìn)入關(guān)鍵區域時(shí)停止機器運作，數字環(huán)境光和接近傳感器 (APD) 則可作為激光掃描儀的“人工眼”。傳感器還可用于監控機器人周?chē)h(huán)境，包括物體檢測、負載能力和抓取力測量，從而確保工作場(chǎng)所的安全、可靠和高效運行。熱釋電紅外運動(dòng)傳感器是一種獨特的設計理念，具有結構緊湊、靈敏度高的特點(diǎn)，采用集成電路封裝，提供多種鏡頭選擇，并有低功耗類(lèi)型可選。通過(guò)在機器人中集成更多傳感器，可延長(cháng)正常運行時(shí)間，優(yōu)化維護計劃。了解有關(guān)工業(yè)傳感器的更多信息，請點(diǎn)擊此處。
產(chǎn)品類(lèi)別：扭矩傳感器、數字環(huán)境光和接近傳感器 (APD)、熱釋電紅外運動(dòng)傳感器
圖 4：配備機器人和傳感器的工業(yè)自動(dòng)化裝置
在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，基本傳感器負責監控機器運作等常規任務(wù)。與此同時(shí)，現代制造業(yè)還運用一些復雜的傳感器（位置和速度、ToF 和雷達、壓力、CMOS 圖像和電流傳感器或 MEMS 麥克風(fēng)）來(lái)簡(jiǎn)化生產(chǎn)流程。智能工廠(chǎng)的裝配線(xiàn)可以檢測待制造物體的多種特性，如距離、大小、形狀、成分和表面，并精確跟蹤其移動(dòng)和運動(dòng)。盡管低成本傳感器具有一定優(yōu)勢，但同時(shí)監控所有傳感器極具挑戰性，沒(méi)必要將各種傳感器集成到機器人中以監測其健康狀況。如果出現溫度升高、運動(dòng)抖動(dòng)或功耗增加，可能預示著(zhù)軸承或齒輪箱出現故障。傳感器能夠監測電力消耗，并觸發(fā)相應措施，從而提高工廠(chǎng)能效。如果設備因短路而發(fā)生電氣故障，就會(huì )觸發(fā)供電中斷，避免對工廠(chǎng)造成損害。
推進(jìn)汽車(chē)圖像傳感技術(shù)
現代汽車(chē)系統可在各種情況下提醒駕駛員，如偏離車(chē)道、探測到附近物體或盲區車(chē)輛，以及在高速巡航模式下保持車(chē)速和車(chē)距。汽車(chē)圖像傳感器使這些安全功能得以實(shí)現。
許多傳感器設計采用雙增益像素技術(shù)，并在高動(dòng)態(tài)范圍 (HDR) 下工作，以增強汽車(chē)應用中的高級駕駛輔助系統 (ADAS) 功能?，F代圖像傳感器采用基于大小不同子像素的分割像素技術(shù)來(lái)生成高動(dòng)態(tài)范圍 (HDR) 圖像。其中，分配給單個(gè)像素的傳感器區域被分為兩部分，大部分區域由較大的光電二極管覆蓋，而較小的光電二極管占據剩余區域。然而，分割像素可能會(huì )導致圖像質(zhì)量下降、暗噪聲增大、性能降低等問(wèn)題，溫度較高時(shí)尤其明顯。
圖 5：分割像素與多重曝光技術(shù)比較
分割像素方法的替代方案是多重曝光技術(shù)，即為像素分配額外的空間，以容納大信號或電荷的潛在溢出。這種方法類(lèi)似于使用水桶來(lái)接雨水，但水桶附帶一個(gè)更大的水槽，可在水桶滿(mǎn)溢時(shí)接住多余的雨水?！八啊毙盘柨奢p松讀取，并且精度極高，因此可以實(shí)現出色的弱光性能，溢出“水槽”則能容納溢出的所有信號，從而擴大動(dòng)態(tài)范圍，并能捕捉明亮物體和場(chǎng)景的真實(shí)色彩。圖 5 比較了這兩種曝光技術(shù)。
產(chǎn)品類(lèi)別：圖像傳感器
結語(yǔ)
傳感器將徹底改變測量設備，使其具備各種智能功能，包括自我監測、向操作系統傳輸狀態(tài)診斷，以及創(chuàng )建可靠的測量和校準數據網(wǎng)絡(luò )。受此影響，機器和設備的預測性維護將變得越來(lái)越高效、便捷且經(jīng)濟，從而提升正常運行時(shí)間。未來(lái)，維護工作將依賴(lài)傳感器執行，而不再由人力資源部門(mén)根據需求時(shí)間表來(lái)安排。飛行器將實(shí)現自主導航，具備遠程無(wú)線(xiàn)連接功能，并內置電源系統。傳感器將在整個(gè)生命周期內自我學(xué)習，無(wú)需人工維護、修改或校準。傳感器還將更深入地洞察人類(lèi)行為，進(jìn)而影響人們對空氣質(zhì)量、出行、汽車(chē)保養、生活方式、保險、能耗等方面的預期。新型激光雷達系統將為自動(dòng)駕駛車(chē)輛提供真正的“視力”。
（作者: e絡(luò )盟技術(shù)團隊）
免責聲明：本文為轉載文章，轉載此文目的在于傳遞更多信息，版權歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權問(wèn)題，請聯(lián)系小編進(jìn)行處理。
推薦閱讀：
Honda（本田）與瑞薩簽署協(xié)議，共同開(kāi)發(fā)用于軟件定義汽車(chē)的高性能SoC
基于SiC的高電壓電池斷開(kāi)開(kāi)關(guān)的設計注意事項
