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MEMS氣壓傳感器在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用
專欄:技術(shù)支持
發(fā)布日期:2018-11-26
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據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道,氣壓傳感器是一類非常有用的MEMS器件。壓力傳感器有多種不同的應(yīng)用,其中最常見(jiàn)的應(yīng)用是氣象監(jiān)測(cè)。傳感器可以讀取材料(形變)產(chǎn)生的電流變化,然后通過(guò)該電流讀數(shù)計(jì)算出施加到膜上的壓力。
據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道,氣壓傳感器是一類非常有用的MEMS器件。它們?cè)谖锫?lián)網(wǎng)(IoT)中有非常廣泛的應(yīng)用,從氣象監(jiān)測(cè)到室內(nèi)資產(chǎn)跟蹤。 壓力傳感器雖然不常被看見(jiàn),但它們的影響無(wú)處不在。壓力傳感器有多種不同的應(yīng)用,其中最常見(jiàn)的應(yīng)用是氣象監(jiān)測(cè)。壓力傳感器現(xiàn)在已非常普遍。它現(xiàn)在可能就存在你的口袋里!是的,在你的手機(jī)里就有一個(gè)。你的手機(jī)使用壓力傳感器來(lái)協(xié)助跟蹤,獲取你的高度,并幫助跟蹤計(jì)算。這些傳感器的工業(yè)應(yīng)用包括受控的實(shí)驗(yàn)室和制造環(huán)境。壓力傳感器對(duì)IoT應(yīng)用非常有用,由于其低成本、低功耗和小尺寸,它們可以很容易地集成到任何系統(tǒng)中。 壓力傳感器的工作原理 MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))氣壓傳感器的工作原理主要有兩種。第一種原理是壓電效應(yīng)。壓電材料可以產(chǎn)生電流。當(dāng)它們受到外力的作用時(shí),材料會(huì)產(chǎn)生形變,其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象,在形變的兩端出現(xiàn)正負(fù)等量的電荷,這個(gè)過(guò)程可以用兩個(gè)不同的方程式來(lái)計(jì)算。首先,電流可以用來(lái)計(jì)算材料的形變程度,然后材料的形變可以用來(lái)計(jì)算外力大小,因此探測(cè)電流就可以計(jì)算出外力大小。當(dāng)然,這些計(jì)算也可以反向執(zhí)行。 第二種原理是靜止系統(tǒng)的外力和為零。設(shè)想一個(gè)膨脹的氣球,當(dāng)這個(gè)氣球的收縮力等于氣球內(nèi)外的壓力差時(shí),就確定了這個(gè)氣球的大小。壓力是施加在一定區(qū)域上的力,換句話說(shuō),氣球周圍的力是相等的。你可以通過(guò)將氣球推入水中來(lái)迫使氣球變小,因?yàn)樵谒聲?huì)有更大的外部壓力。如果你爬上一座山,氣球會(huì)變大,因?yàn)橥獠繅毫?huì)變小。 這類MEMS壓力傳感器本質(zhì)上是一個(gè)空氣腔,其一側(cè)帶有類似氣球的柔性材料。當(dāng)傳感器位于氣壓較高的區(qū)域(例如低谷)時(shí),膜就會(huì)由于外界壓力變大而被推向腔內(nèi)。當(dāng)傳感器位于氣壓低的區(qū)域(例如山峰),膜會(huì)從腔體中凸出。在這層膜上附有敏感材料。傳感器可以讀取材料(形變)產(chǎn)生的電流變化,然后通過(guò)該電流讀數(shù)計(jì)算出施加到膜上的壓力。接下來(lái),因?yàn)榍粌?nèi)的壓力已知,那么傳感器就可以計(jì)算出外部壓力大小了。 IoT中的氣壓傳感器 MEMS氣壓傳感器因測(cè)量足夠精確,可用于各種應(yīng)用。其中之一是用于測(cè)量自行車的輪胎壓力,并在壓力變低時(shí)能發(fā)出通知。另一個(gè)應(yīng)用案例是將MEMS氣壓傳感器與濕度和溫度傳感器組合,“散布”于農(nóng)田區(qū)域,這主要是為了幫助農(nóng)民。該傳感器套件可用于收集天氣數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)高級(jí)機(jī)器學(xué)習(xí)算法可以極其準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)當(dāng)?shù)靥鞖?。天氣分析除了農(nóng)業(yè),還有很多其它應(yīng)用。例如,天氣會(huì)影響空中和海上的旅行。如果知道何時(shí)會(huì)發(fā)生極端天氣,可以對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行預(yù)防性保護(hù)。 氣壓傳感器對(duì)跟蹤非常有用。IoT解決方案開(kāi)發(fā)和應(yīng)用領(lǐng)先廠商Leverege的定位引擎可以從氣壓傳感器獲取數(shù)據(jù)以優(yōu)化算法。除了能夠根據(jù)相對(duì)氣壓區(qū)分建筑物的樓層之外,這些傳感器還具有足夠的響應(yīng)能力來(lái)計(jì)算z向速度。 在一些GPS信號(hào)不佳的場(chǎng)所,例如商場(chǎng)或體育場(chǎng)館中,許多地圖和跟蹤應(yīng)用結(jié)合了航位推算算法。因此,根據(jù)最后得知的GPS位置,航位推算利用傳感器確定的速度和航向信息可以計(jì)算出手機(jī)的位置。 氣壓傳感器可以為航位推算提供大量垂直方向(z軸方向)的運(yùn)動(dòng)信息。如果知道任意時(shí)刻的z向速度,可以將計(jì)算簡(jiǎn)化成一個(gè)水平的系統(tǒng)。除了提供z向信息,如果傳感器精度足夠,它可以用于臺(tái)階探測(cè)。 氣壓傳感器對(duì)IoT應(yīng)用極其有用。它們的價(jià)值源于低成本、低功耗和小尺寸。作為一種附加價(jià)值,氣壓傳感器很容易添加到任何IoT傳感器套件中。它們對(duì)普通人的日常生活最主要的影響是其在氣象監(jiān)測(cè)和室內(nèi)資產(chǎn)跟蹤方面的應(yīng)用。 上一頁(yè):淺談傾角傳感器在相關(guān)應(yīng)用中的可行性分析
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