微型傳感器是智能穿戴設備不可或缺的核心部件

智能傳感技術是智能制造和物聯(lián)網(wǎng)的先行技術，作為前端感知工具，具有非常重要的意義。要想實現(xiàn)對環(huán)境的感知和信號轉換功能，就需要各種功能的傳感器，尤其在智能穿戴領域對微型傳感器的依賴將更加強烈，并會要求傳感器朝著智能化、微型化和多功能化方向發(fā)展。

一、傳感器的工作原理

至少在76%原理為將各種被測信號量的微小變化都給轉換成電信號。后續(xù)由信號處理單元轉變成數(shù)字或者模擬信號交給執(zhí)行器處理。

例如光電、溫度等傳感器，首先向傳感器提供±15V電源，激磁電路中的晶體振蕩器產(chǎn)生400Hz的方波，經(jīng)過功率放大器即產(chǎn)生交流激磁功率電源，通過能源環(huán)形變壓器從靜止的初級線圈傳遞至旋轉的次級線圈。由基準電源與雙運放組成的高精度穩(wěn)壓電源產(chǎn)生±4.5V的精密直流電源。當彈性軸受扭時，應變橋檢測得到的mV級的應變信號通過儀表放大器放大成1.5v±1v的強信號，再通過V/F轉換器變換成頻率信號，通過信號環(huán)形變壓器從旋轉的初級線圈傳遞至靜止次級線圈，再經(jīng)過外殼上的信號處理電路濾波、整形即可得到與彈性軸承受的扭矩成正比的頻率信號，既可提供給專用二次儀表或頻率計顯示也可直接送計算機處理。

二、傳感器的特性

1.傳感器的靜態(tài)特性

靜態(tài)特性是指對靜態(tài)的輸入信號，傳感器的輸出量與輸入量之間具有相互關系。傳感器的靜態(tài)特性可用一個不含時間變量的代數(shù)方程，或以輸入量作橫坐標，把與其對應的輸出量作縱坐標而畫出的特性曲線來描述。表征傳感器靜態(tài)特性的主要參數(shù)有：線性度、靈敏度、遲滯、重復性、漂移等。

2.傳感器動態(tài)特性

所謂動態(tài)特性，是指傳感器在輸入變化時，它的輸出的特性。在實際工作中，傳感器的動態(tài)特性常用它對某些標準輸入信號的響應來表示。最常用的標準輸入信號有階躍信號和正弦信號兩種，所以傳感器的動態(tài)特性也常用階躍響應和頻率響應來表示。

三、傳感器的種類

按照被檢測信號的來源類型可以分為物理傳感器和化學傳感器，物理傳感器應用的是物理效應，諸如壓電效應，磁致伸縮現(xiàn)象，離化、極化、熱電、光電、磁電等效應?；瘜W傳感器應用包括以化學吸附、電化學反應等現(xiàn)象為因果關系的信號。

有些傳感器既不能劃分到物理類，也不能劃分為化學類但大多數(shù)傳感器是以物理原理為基礎運作的?；瘜W傳感器技術問題較多，例如可靠性問題，規(guī)模生產(chǎn)的可能性，價格問題等，解決了這類難題，化學傳感器的應用將會有巨大增長。

四、智能手表領域傳感器的種類和應用場景

1.健康監(jiān)測類

（1）光學心率傳感器：可檢測每分鐘的心跳次數(shù)。

（2）SpO2監(jiān)視器：可測量血液中的氧氣含有量。

（3）生物阻抗傳感器：可測量呼吸頻率和睡眠等情況。

（4）ECG心電傳感器：檢測你的心臟在每次心跳時發(fā)出的微小電脈沖。

（5）紫外線傳感器：可測量在有害陽光下的暴露情況。

（6）皮膚電活動或EDA傳感器：它與心率追蹤器，ECG和皮膚溫度傳感器一起測量壓力水平。

（7）皮膚溫度傳感器：檢測溫度的輕微變化，以了解您是否會像發(fā)燒一樣生病或檢測到月經(jīng)期開始。

（8）血糖傳感器：用試劑與皮膚上的葡萄糖分子發(fā)生電化學反應產(chǎn)生電流來測量體內(nèi)的血糖含量。

2.運動支持類

（1）三軸加速度計：檢測運動并跟蹤方向。

（2）高度計：可檢測您的爬升高度。

（3）指南針：幫助方向和地圖。

（4）GPS全球定位系統(tǒng)：可幫助您檢測跑步量，可穿戴設備的位置并跟蹤您的活動，它還有助于指導Map應用程序。

（5）陀螺儀：測量用于檢測運動的角速度，并在旅途中準確跟蹤它們。

（6）磁力計：與GPS和指南針一起確定您所在位置的確切坐標。

3.其他輔助類

（1）環(huán)境光傳感器：可調(diào)節(jié)顯示亮度，這也有助于節(jié)省電池壽命。

（2）接近傳感器：可節(jié)省電池并在需要時喚醒顯示。

（3）手勢傳感器：檢測手腕運動。

智能手表需求最多的功能：

老年人對慢性病管理最需要用到的就是血壓、血糖、心率和血氧等的監(jiān)測數(shù)據(jù)，這就需要相關的專用傳感器。數(shù)據(jù)君調(diào)查這方面的需求量至少在76%以上。

對成人最需要用到的功能就是音樂、支付、身份識別、運動支持等功能，這就要用到藍牙、NFC、GPS、指南針、陀螺儀、心率、加速度方面的傳感器，數(shù)據(jù)君調(diào)查這方面的需求量至少在80%以上。

兒童最重要的功能需求就是定位、視頻通話和社交，涉及的傳感器包括GPS、陀螺儀、高度計、磁力計、指南針、射頻、藍牙和NFC。數(shù)據(jù)君調(diào)查這方面的需求量至少在95%以上。

五、智能穿戴傳感器的技術發(fā)展趨勢

1.智能化

傳感器的智能化是指在傳感器中內(nèi)置微處理器，使其具有自動檢測、自動補償、數(shù)據(jù)存儲、邏輯判斷等交互功能。隨著居民消費水平和對智能穿戴產(chǎn)品智能化體驗的不斷提升，必然對智能穿戴設備領域的傳感器功能要求也隨之提升。例如對傳感器要求具有保密性高、傳輸速度快距離遠、抗干擾性強、自適應性強、通信功能強等特點。這就要求所用傳感器功能必須越來越智能化和完善。

2.微型化

傳統(tǒng)的傳感器體積較大，應用領域受限，無法應用于便攜設備、可穿戴設備等領域。精密加工、微電子、集成電路等技術、新材料的發(fā)展及應用，將使傳感器中電子元器件由毫米級轉向微米級甚至納米級，推動傳感器的微型化趨勢。全球智能可穿戴設備行業(yè)發(fā)展迅速，設備的便攜性需求將對微型和超小型傳感器需求不斷上漲，這就刺激傳感器行業(yè)必定向微型化發(fā)展。

3.多功能化

兒童最重要的功能需求就是定位、視頻通話和社交，涉及的傳感器包括GPS、陀螺儀、高度計、磁力計、指南針、射頻、藍牙和NFC。數(shù)據(jù)君調(diào)查這方面的需求量至少在95%以上。

總結：

傳感器作為智能穿戴設備不可或缺的核心部件，決定著各種智慧化功能的有效性和精確度，沒有最前端智能感知方面的質量保證，后續(xù)軟件的信號處理也顯得徒勞無功。以智能手表為代表的智能穿戴設備對智慧功能的完善和傳感器技術的進步提出了更高的要求，這些都給傳感器的發(fā)展明確了新的方向。