最新传感器技术发展趋势 传感器, 技术

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传感器技术在生活中各种场合的应用迅速普及。捕捉环境和移动信息的高性能传感器技术的开发日益增强，而且可使用小型电池长时间工作的无线通信技术和信号处理技术、以及可进行各种信息的存储与解析的云计算技术也日益普及。与此同时，各种设备所搭载的传感器种类与数量越来越多，将传感器获取的多种信息相组合并赋予新的功能意义等的应用技术发展非常迅速。这些技术在从移动设备到汽车、工业设备领域，以及积极的生物体信息获取和医疗保健领域的运用等已经开始迅猛发展。

在此，从ROHM的传感器产品开发业绩中，选取被客户广为采用的Kionix公司的运动传感器产品阵容和具有独特功能并在IoT领域应用日益广泛的色彩传感器，向大家进行介绍。

＜运动传感器与应用技术＞
・应用日益扩大的MEMS运动传感器
加速度传感器在智能手机等移动设备中已广为普及，近年来，三轴陀螺仪传感器和地磁传感器相结合、称为“6轴”、“9轴”的运动传感器也开始应用。可作为游戏和应用的用户界面检测手势；可与GPS位置信息和运动传感器的信息相结合实现导航和运动跟踪等。不仅如此，Bluetooth等近距离无线技术和CPU信号处理技术等的价格越来越低廉且易于使用，作为利用各种传感器的信息进行功能定义的传感器网络技术迅速普及。

一个突出的例子是利用可穿戴式设备进行的活动量监测。运动传感器检测人的移动，通过解析该信息判别人是在步行、跑步或睡觉并测量活动量。随着传感技术和应用技术的成熟，比如旨在根据脉搏检测睡眠质量、甚至疾病等的预兆的应用开发逐渐盛行。另外一个例子是工业设备等的机器运行状况监测。通过传感器捕捉装置的故障预兆并采取相应措施以防患于未然，充分运用各种传感器的信息管理整个生产体系的想法已经成为现实。

运动传感器在这类应用中的应用，需要旨在数据积累和算法开发的解析工作。在传感器的选型过程中，不仅仅关注灵敏度和特性等性能指标，这类应用开发所要求的易用性和支持也尤为重要。

・Kionix公司的加速度传感器与应用
ROHM集团旗下公司、总部位于美国纽约州伊萨卡市的MEMS传感器的领军公司Kionix，通过独有的MEMS设计与制造技术，在消费电子设备、工业、健康与保健以及汽车领域的应用中，持续提供领先业界的性能与品质。

其产品在加速度传感器的设计和性能相关的成熟可靠的专业知识基础上，提供点击检测、画面旋转、手势识别以及活动监测等内置算法的附加值，因而以移动市场为中心被广为采用。

・小型高精度的三轴加速度传感器　KX122-1037
Kionix公司的KX122-1037是实现了2.0mm×2.0mm×0.9mm的薄型/小型封装，高灵敏度、高精度、低功耗的三轴加速度传感器（图1）。该产品内置运动检测算法，可在传感器内检测出点击等手势、自由下落、设备的姿态等。另外，为了支持机器状况监测等新应用，KX122-1037还可将加速度信息以高达25.6kHz的数据传输速率进行输出（High ODR功能）。例如，要想根据电机运转时产生的的振动检测出故障预兆，需要在更宽的频段分析加速度的成分。为应对数据量的增加，还搭载了2kByte的FIFO。


图1：Kionix 3轴加速度传感器KX122-1037

另外，用户基于内置状态机很容易实现功能，Kionix为了使产品支持多样化的应用，特别加强了对可穿戴性、健康监测、机器状况监测等的支持。

不仅如此，Kionix还正在开发实现2.0mm×2.0mm×0.6mm业界最薄封装尺寸的KX112-1042。实现薄型化的同时，内置运动检测算法，还支持High ODR。Kionix正在不断扩充满足市场广泛需求的加速度传感器产品阵容。

扩展应用的可能性的组合传感器产品阵容
集成多个传感器的组合传感器，在元器件安装空间要求苛刻的移动应用中，使应用的功能扩展变得更容易。Kionix一直在扩大组合传感器的产品阵容。KXG03集成三轴加速度传感器和三轴陀螺仪，实现了3.0mm×3.0mm×0.9mm的小型封装。而KMX62-1031则是集成三轴加速度传感器和三轴地磁传感器的六轴组合传感器。

KXG03不仅拥有先进的低功耗结构、I2C/SPI数字接口、用来控制外部传感器的外部输入总线，还拥有先进的缓冲性能、电源管理以及同步性能。优化了功耗与噪音性能之间的平衡，确保针对温度变化也具有优异的偏置稳定性。

KMX62-1031是集成加速度传感器与地磁传感器的六轴组合传感器，可通过低功耗实现自主导航等功能。

MEMS 陀螺仪在广泛的消费电子设备领域的应用发展非常迅猛，不同的应用对灵敏度、精度、功耗等的规格要求也不同。Kionix一直在进行相关产品的开发并完善服务支持，以满足多样化的应用要求。

＜色彩传感器的原理与应用＞
・何谓色彩传感器
色彩传感器是测量光的三原色成分（红、蓝、绿）各自照度的传感器。液晶显示屏等显示图像时，即使同一图像，因周围的光照度和色温不同视觉效果也不同。使用色彩传感器可测量环境光，将图像输出的亮度、色温与周围环境相结合进行调整，从而可以表现出不受环境光照度和色温影响的始终合适且美丽的色彩。色彩传感器在室外等多样化的环境下使用的智能手机和平板电脑等移动设备领域应用广泛。

・ROHM的色彩传感器　BH1745NUC
ROHM的色彩传感器BU1745NUC拥有高灵敏度和宽动态范围，可高精度测量环境光的照度与色温（图2）。通过I2C接口进行数字输出，因此无需模拟电路设计即可轻松使用。该产品实现了0.005lx（LSB）的灵敏度、130μA(typ.)的工作电流以及2.1mm×2.0mm×0.6mm的小型封装。


图2：ROHM色彩传感器BH1745NUC外观

BH1745NUC通过在IC上形成光谱灵敏度特性卓越的滤波器，使传感器对RGB各波长的干涉更小（图3）。与一般产品相比，利用优异的光谱灵敏度特性，可实现不受光源种类影响的高精度测量（图4）。


图3：BU1745NUC光谱灵敏度特性图

图4：BH1745NUC　照度检测特性

・色彩传感器的应用扩展
基于BH1745NUC可高精度测量照度与色温的特点，新的应用正在日益扩大。在摄像机应用中，可测量周围的环境光并调整成像色调。另外，在植物工厂中也已经开始应用色彩传感器。为促进植物的生长，一般使用LED等光源，而色彩传感器可用来将光源调节到更适合植物繁殖的波长。另外，通过人眼很难精确辨识光的细微色差，但运用色彩传感器可实现数值化管理，因而在IoT领域的应用有望更加广泛。

＜支持日益发展的传感器应用的ROHM集团＞
ROHM集团拥有引以为豪的种类众多的环境传感器和运动传感器的丰富产品阵容。为了帮助客户充分发挥这些传感器的特点，ROHM一直在努力加强开发支持。2014年12月，为了强化传感解决方案业务的设计、开发支持功能，ROHM开设了芬兰软件研发中心。另外，还大力提供评估环境。“Sensor Platform Evaluation Kit”就是使各种传感器的评估和应用开发更容易的一款评估套件。另外，面向可穿戴式应用，还提供集成了控制多个传感器用微控制器与近距离无线通信的参考设计（图5）。


图5：传感器、近距离无线、微控制器的参考设计例