深入了解磁傳感器和加速度傳感器

何謂傳感器（Sensor）？

傳感器（Sensor）是指將收集到的信息轉(zhuǎn)換成設(shè)備能處理的信號(hào)的元件或裝置。

人類(lèi)會(huì)基于視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)、觸覺(jué)獲得的信息進(jìn)行行動(dòng)，設(shè)備也一樣，根據(jù)傳感器獲得的信息進(jìn)行控制或處理。

傳感器收集轉(zhuǎn)換的信號(hào)（物理量）有溫度、光、顏色、氣壓、磁力、速度、加速度等。

這些利用了半導(dǎo)體的物質(zhì)變化，除此之外，還有利用酶和微生物等生物物質(zhì)的生物傳感器。

IoT與傳感器

所有物體都連接互聯(lián)網(wǎng)的IoT（Internet of Things：物聯(lián)網(wǎng)）。

不僅智能手機(jī)、個(gè)人電腦等通信設(shè)備，還包括醫(yī)療設(shè)備、可穿戴式設(shè)備、車(chē)載、自然環(huán)境、基礎(chǔ)設(shè)施等，所有物體都能聯(lián)網(wǎng)共享信息，從而創(chuàng)造更便利、更安心、更安全的社會(huì)。

實(shí)現(xiàn)這些所不可缺少的是檢測(cè)狀態(tài)的“傳感器”。

【IoT有關(guān)的術(shù)語(yǔ)定義】

IoT: Internet of Things（"物體"的互聯(lián)網(wǎng)），指?jìng)鞲衅髑度氲街車(chē)矬w中，進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，從而物體之間，物體與人之間可以相互通信的狀態(tài)。

德國(guó)?工業(yè)4.0:? 是德國(guó)政府提出的旨在提升制造業(yè)智能化水平的概念，也是工業(yè)、政府、學(xué)術(shù)界共同推進(jìn)的國(guó)家項(xiàng)目。推出新的概念，旨在通過(guò)工廠物聯(lián)網(wǎng)，創(chuàng)造新的價(jià)值。

M2M: Machine to Machine: 指不以人為媒介，通過(guò)物體之間聯(lián)網(wǎng)，直接通信。＜P2M: People to Machine ??人向物體通信＞，＜M2P: Machine to People ??物體向人通信＞

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng): GE（Generel Electric Company）為中心提倡的工業(yè)IoT戰(zhàn)略。

地磁傳感器

地球被磁場(chǎng)磁力所包圍，這被稱(chēng)為地磁。

地磁傳感器是檢測(cè)地球磁力的傳感器，也被稱(chēng)為“電子羅盤(pán)”。

地磁傳感器可以通過(guò)檢測(cè)地磁來(lái)檢測(cè)方向。

【圍繞地球的地磁】

地磁傳感器有X和Y兩軸型以及添加了Z的三軸型，并測(cè)量各方向上的磁力值。

如果不考慮諸如簡(jiǎn)單羅盤(pán)之類(lèi)的傾斜，則僅使用X軸和Y軸的值。當(dāng)考慮傾斜時(shí)，需要將地磁傳感器的3軸值與加速度傳感器相結(jié)合，將其校正到正確的方向。

下圖顯示了地磁傳感器水平旋轉(zhuǎn)時(shí)X和Y值的分布。

如果地磁傳感器水平旋轉(zhuǎn)，在不受周?chē)艌?chǎng)影響的理想情況下，輸出分布圖的圓心變?yōu)榱恪?/p>

然而，實(shí)際上中心因環(huán)境磁場(chǎng)的影響而移動(dòng)，因此需要進(jìn)行調(diào)整以將圓心移動(dòng)到零。

地磁傳感器導(dǎo)出的北極稱(chēng)為磁北（略偏離北極）。通過(guò)上述方程式計(jì)算該磁北的角度，可以容易知道方向。

各類(lèi)磁傳感器

磁傳感器是一種旨在測(cè)量磁場(chǎng)的大小和方向的傳感器。

根據(jù)目的不同有多種傳感器，以下列舉典型的傳感器。

檢測(cè)方法	霍爾	MR	MI
構(gòu)成	?	?	?
抗噪聲 （靈敏度）	×	△	◎
消耗電流	×	△	◎
響應(yīng)速度	×	△	◎

?

?

霍爾傳感器

基于霍爾效應(yīng)測(cè)量磁通密度的傳感器，輸出與磁通密度成比例的電壓。

它易于使用，主要用于非接觸式開(kāi)關(guān)應(yīng)用，例如門(mén)和筆記本電腦等物體的打開(kāi)和關(guān)閉檢測(cè)。

MR傳感器

MR（Magneto Resistance）傳感器也被稱(chēng)為磁阻效應(yīng)傳感器，利用物體電阻因磁場(chǎng)變化來(lái)測(cè)量地磁大小的傳感器。

靈敏度高于霍爾傳感器，功耗更低，因此是一種使用更廣泛的磁傳感器。除了電子羅盤(pán)等地磁檢測(cè)應(yīng)用外，它還用于電機(jī)旋轉(zhuǎn)和位置檢測(cè)應(yīng)用。

MI傳感器

MI（Magneto Impedance）傳感器是下一代磁傳感器，采用特殊的非晶絲并應(yīng)用了磁阻抗效應(yīng)。

它的靈敏度比霍爾傳感器高出10,000倍以上，并且可以高精度地測(cè)量地磁的微小變化。

可以應(yīng)用于超低消耗電流的方位檢測(cè)（電子羅盤(pán)），還可應(yīng)用于室內(nèi)定位、金屬異物檢測(cè)等高靈敏度特性的應(yīng)用。

加速度傳感器

加速度是指單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的速度，測(cè)量加速度的IC就叫加速度傳感器。

通過(guò)測(cè)量加速度，可以測(cè)得物體的傾斜、振動(dòng)等信息。

加速度單位為m/s2（※國(guó)際單位制SI）。

另外，單位G是以※標(biāo)準(zhǔn)重力（1 G = 9.806 65m/s2）為基準(zhǔn)的加速度值。

還有用于檢測(cè)地震震動(dòng)的加速度的單位※Gal（CGS單位制）。

※ 國(guó)際單位制SI（法語(yǔ)：Système international d'unités）

由長(zhǎng)度m、重量kg、時(shí)間s （MKS單位）組合而成的國(guó)際單位。

※ 標(biāo)準(zhǔn)重力

物體在重力作用下產(chǎn)生的加速度。物體在自由落體時(shí)，物體每單位時(shí)間內(nèi)增加的速度值（9.806 65m/s2）。

※ Gal

CGS（長(zhǎng)度cm、重量g、時(shí)間s為基準(zhǔn)）單位制的加速度單位。被定義為SI單位制的1/100（1Gal=0.01 m/s2 ）。

加速度傳感器一般分為低G加速度傳感器和高G加速度傳感器，如下圖所示。

電容式加速度傳感器

羅姆集團(tuán)加速度傳感器是采用MEMS技術(shù)的電容式加速度傳感器。

傳感器元件由Si制成的固定電極、可動(dòng)電極和彈簧構(gòu)成。未施加加速度的狀態(tài)下，固定電極和可動(dòng)電極間的距離相同。施加加速度，則可動(dòng)電極移位。由此與固定電極的位置關(guān)系發(fā)生變化，電極間容量發(fā)生變化。容量的變化通過(guò)※ASIC轉(zhuǎn)化為電壓，算出加速度。