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大氣壓傳感器原理：6大常用傳感器工作原理(角速度傳感器、距離傳感器、氣壓傳感器等)

描述
前言
現實世界就是一個模擬信號的世界，人通過視覺、觸覺等方式來感知世界。在物聯網時代，傳感器肩負起了“五官”的使命感知萬物，萬物互聯賦予人類生活無邊的想象。
可以說，當前傳感器發展處于多領域全面開花狀態。其細分產品之多，之繁雜，就連全部羅列出來都不是件容易的事。今天就來說說，在消費領域常用的6款傳感器。
1.溫度傳感器
溫度傳感器使用范圍廣，數量多，居各種傳感器之首。溫度傳感器的發展大致經歷了以下三個階段，分別是傳統的分立式、模擬集成及新型的智能溫度傳感器。新型溫度傳感器正向智能化及網絡化的方向發展。
溫度傳感器按傳感器與被測介質的接觸方式可分為兩大類：一類是接觸式溫度傳感器，一類是非接觸式溫度傳感器。
傳統溫度計原理
接觸式溫度傳感器的測溫元件與被測對象要有良好的熱接觸，通過熱傳導及對流原理達到熱平衡，這時的示值即為被測對象的溫度。這種測溫方法精度比較高，并可測量物體內部的溫度分布。但對于運動的、熱容量比較小的及對感溫元件有腐蝕作用的對象，這種方法將會產生很大的誤差。
非接觸測溫的測溫元件與被測對象互不接觸。常用的是輻射熱交換原理。 此種測溫方法的主要特點是可測量運動狀態的小目標及熱容量小或變化迅速的對象，也可測溫度場的溫度分布，但受環境的影響比較大。
舊蘋果加裝溫度傳感器
凡是需要對溫度進行持續監控、達到一定要求的地方都需要溫度傳感器。在消費領域，溫度傳感器常用于探測室內溫度變化。它能感受溫度并轉換成可用輸出信號。當溫度高時，空調開端制冷，當溫度低時，空調開端制熱。
好基友：實際使用過程中，使用到溫度傳感器的地方也經常會使用到濕度傳感器，同時裝2個很不方便也很占地方，所以兩者經常集成在一起，形成溫濕度傳感器。
2.脈搏傳感器
脈搏傳感器，指的是用來檢測類似心率的機器，一般常見的類型主要是以光電為主，有分立式和一體式兩種，發射部份有采用可見光和紅外光。
常用的脈搏傳感器主要利用特定波長的紅外線對血液變化的敏感性原理。由于心臟的周期性跳動，引起被測血管中的血液在流速和容積上的規律性變化，經過信號的降噪和放大處理，計算出當前的心跳次數。
值得一提的是，根據不同人的膚色深淺不同，同一款心律傳感器發出的紅外線穿透皮膚和經皮膚反射的強弱也不同，這造成了測量結果方面一定的誤差。通常情況下一個人的膚色越深，則紅外線就越難從血管反射回來，從而對測量誤差的影響就越大。
所以大多數手環和手表測出的心率基本都不是完全準確的，但基本能正確地反映出心率變化趨勢，對于普通人的運動心率監測來說已經夠用。
脈搏傳感器主要應用在各種可穿戴設備和智能醫療器械上。典型應用是iWatch。
3.煙霧傳感器
煙霧傳感器就是通過監測煙霧的濃度來實現火災防范的，是一種技術先進，工作穩定可靠的傳感器，被成熟運用到各種消防報警系統中。
煙霧傳感器根據探測原理的不同，常用的有化學探測和光學探測兩種。前者利用了放射性镅241元素，在電離狀態下產生的正、負離子在電場作用下定向運動產生穩定的電壓和電流。一旦有煙霧進入傳感器，影響了正、負離子的正常運動，使電壓和電流產生了相應變化，通過計算就能判斷煙霧的強弱。
后者通過光敏材料，正常情況下光線能完全照射在光敏材料上，產生穩定的電壓和電流。而一旦有煙霧進入傳感器，則會影響光線的正常照射，從而產生波動的電壓和電流，通過計算也能判斷出煙霧的強弱。
光電煙霧傳感器原理
煙霧傳感器廣泛應用在火情報警和安全探測等領域。主要與弱電控制系統配合使用，也是智能家居和安防主機的最佳配備產品。比如小米推出的煙霧傳感器就是一個單品。
4.角速度傳感器
對于角速度傳感器，很多人可能會比較陌生，不過，如果提到它的另一個名字——陀螺儀，相信有不少人知道。
陀螺儀，是一種用來感測與維持方向的裝置，基于角動量不滅的理論設計出來的。陀螺儀一旦開始旋轉，由于輪子的角動量，陀螺儀有抗拒方向改變的趨向。
角速度傳感器的原理通俗地說，一個旋轉物體的旋轉軸所指的方向在不受外力影響時，是不會改變的。大家如果玩過陀螺就會知道，旋轉的陀螺遇到外力時，它的軸的方向是不會隨著外力的方向發生改變的。我們騎自行車其實也是利用了這個原理。輪子轉得越快越不容易倒，因為車軸有一股保持水平的力量。

三軸陀螺儀動態展示圖
人們根據這個道理，用它來保持方向，制造出來的東西就叫做陀螺儀，然后再用多種方法讀取軸所指示的方向，并自動將數據信號傳給控制系統。
單軸的角速度傳感器只能測量單一方向的改變，因此一般的系統要測量 X、Y、Z 軸三個方向的改變，就需要三個單軸的角速度傳感器。目前通用的一個 3 軸角速度傳感器就能替代三個單軸的，而且還有體積小、重量輕、結構簡單、可靠性好等諸多優點，因此各種形態的 3 軸角速度傳感器是目前主要的發展趨勢。
最常見的角速度傳感器使用場景就是手機，如賽車類手游就是通過角速度傳感器的作用產生汽車左右搖擺的交互模式。除了手機，角速度傳感器還被廣泛應用在 AR／VR 以及無人機領域。
如果說溫濕度是一對好基友，那么角速度跟加速度就是同胞兄弟。加速度傳感器有兩種：一種是角加速度傳感器，是由陀螺儀（角速度傳感器）的改進的。另一種是線加速度傳感器。在要求相對不高的場合，一個基于陀螺儀的傳感器，可以做到既能測量傾角，也可以測量加速度。
5.距離傳感器
距離傳感器有多種結構原理，即使用途相同的距離傳感器也有多種不同的構造和原理。常用的測量方法叫做飛行時間法。
飛行時間（flying time）原理
通過發射并測量特定的能量波束從發射到被物體反射回來的時間，并由這個時間間隔來推算與物體之間的距離。這個特定的能量波束可以是超聲波，激光，紅外光、雷達等。這種傳感器的測量精度很高，可以精確測量距離。
距離傳感器自投放使用以來，在社會各個應用方面都得到普及，從防盜安防產品到工業物位料位檢測，汽車防追尾預警、霧天防撞，機場空中飛鳥探測驅趕、智能化控制等。
將紅外距離傳感器技術應用在監控攝像機上，可以實現各種檢測功能，如入侵檢測，通過視頻分析還可以實現無數的其他應用程序，如違規停車，機動巡邏對象，圍欄攀爬，交行，走錯了方向等。
6.氣壓傳感器
氣壓傳感器是一種能夠測量絕對大氣壓強的元件，主要是通過將敏感元件大氣壓轉換可被電路處理的電量值。大氣層就如同裹在地球表面上的“被子”，大氣壓是由空氣的重力產生的，在不同的海拔高度時，大氣壓強也會隨之發生變化。氣壓傳感器除了直接測量氣壓的大小外，另外一個作用就是間接地對海拔高度進行測量。
空氣壓縮機的氣壓傳感器主要的傳感元件是一個對氣壓傳感器內的強弱敏感的薄膜和一個頂針開控制，電路方面它連接了一個柔性電阻器。當被測氣體的壓力降低或升高時，這個薄膜變形帶動頂針，同時該電阻器的阻值將會改變。電阻器的阻值發生變化。從傳感元件取得0-5V的信號電壓，經過A/D轉換由數據采集器接受，然后數據采集器以適當的形式把結果傳送給計算機。
擴散硅式壓力傳感器
很多空氣的氣壓傳感器的主要部件為變容式硅膜盒。當該變容硅膜盒外界大氣壓力發生變化時頂針動作，單晶硅膜盒隨著發生彈性變形，從而引起硅膜盒平行板電容器電容量的變化來控制氣壓傳感器。
在應用方面，氣壓傳感器不論是在室內還是室外環境中能夠使無人機、智能手機、可穿戴設備以及其他移動設備精準地識別高度變化。
另外，氣壓傳感器內部集成了一些高度算法可以做高度計算。最典型的應用是在三維GPS導航里面。現在很多城市都有高架，那你在高架上還是高架下，氣壓傳感器精度在30cm內很容易解決這個問題。
結語
正如開頭所說，除了上述提到的傳感器還有很多。它們的工作原理雖然各有不同，但最基本的原理都是上述提到的，即通過光、聲、化學等原理將待測量轉化為電學量，只不過大多都根據特定的領域在一般原理的基礎上做了升級和擴展。
自從工業時代被發明以來，傳感器就在生產控制和探測計量等領域發揮著至關重要的作用。在物聯網的帶動下，傳感器正迎來它的第三個春天。
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大氣壓傳感器原理：大氣壓傳感器

功能說明
TP-HP01大氣壓傳感器是一款具有自動海拔與溫度校準的智能型大氣壓力傳感器，有兩個因素會影響大氣壓傳感器的讀數：①氣象采集系統本身；②傳感器所處的海拔位置。無論使用任何氣象采集系統，大氣壓力均是隨著海拔的升高而不斷降低。
技術參數
工作電源： DC 5V～14V；
工作電流： 2mA；
重    量： 50g；
尺寸（長×寬×高）： 26mm×84mm×16mm；
環境溫度： -40℃～80℃；
相對濕度： ≤95%；
測量精度：         ±1hPa；
測量范圍：    300.0hPa～1100.0hPa；

大氣壓傳感器原理：氣壓傳感器

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氣壓傳感器
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氣壓傳感器是用于測量氣體的絕對壓強的儀器，主要適用于與氣體壓強相關的物理實驗，如氣體定律等，也可以在生物和化學實驗中測量干燥、無腐蝕性的氣體壓強。
中文名
氣壓傳感器
用    途
測量氣體的絕對壓強
適用對象
與氣體壓強相關的物理實驗
供電電壓
24VDC(9～36VDC)
目錄
1
工作原理
2
基本定義
3
相關信息
4
概況
5
應用實例
6
技術參數
7
同類產品
氣壓傳感器工作原理
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空氣壓縮機的氣壓傳感器主要的傳感元件是一個對氣壓的強弱敏感的薄膜和一個頂針開控制，電路方面它連接了一個柔性電阻器。當被測氣體的壓力降低或升高時，這個薄膜變形帶動頂針，同時該電阻器的阻值將會改變。電阻器的阻值發生變化。從傳感元件取得0-5V的信號電壓，經過A/D轉換由數據采集器接受，然后數據采集器以適當的形式把結果傳送給計算機。
氣壓傳感器DATA-52系列
很多空氣的氣壓傳感器的主要部件為變容式硅膜盒。當該變容硅膜盒外界大氣壓力發生變化時頂針動作，單晶硅膜盒隨著發生彈性變形，從而引起硅膜盒平行板電容器電容量的變化來控制氣壓傳感器。
氣壓傳感器基本定義
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國家標準GB7665-87對傳感器下的定義是：“能感受規定的被測量并按照一定的規律轉換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉換元件組成”。氣壓傳感器是由一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現自動化檢測和控制的首要環節。
氣壓傳感器相關信息
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數字氣壓傳感器
各類數字氣壓傳感器(5張)
高精度氣壓傳感器一般是利用MEMS技術在單晶硅片上加工出真空腔體和惠斯登電橋，惠斯登電橋橋臂兩端的輸出電壓與施加的壓力成正比，經過溫度補償和校準后具有體積小，精度高，響應速度快，不受溫度變化影響的特點。輸出方式一般為模擬電壓輸出和數字信號輸出兩種，其中數字信號輸出方式由于和單片機連接方便，是市場上的主流。
氣壓傳感器概況
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氣壓傳感器主要用來測量氣體的壓強大小，其中一個大氣壓量程的氣壓傳感器通常用來測量天氣的變化和利用氣壓和海拔高度的對應關系用于海拔高度的測量。雖然GPS接收機上很少見到氣壓傳感器的身影，但其實高精度氣壓傳感器GPS接收機上可以有很廣泛的應用。
氣壓傳感器應用實例
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手機GPS測海拔高度氣壓傳感器首次在智能手機上使用是在Galaxy Nexus上，而之后推出的一些Android旗艦手機里也包含了這一傳感器，像Galaxy SIII、Galaxy Note2也都有。
[1]
對于喜歡登山的人來說，都會非常關心自己所處的高度。海拔高度的測量方法，一般常用的有2種方式，一是通過GPS全球定位系統，二是通過測出大氣壓，然后根據氣壓值計算出海拔高度。由于受到技術和其它方面原因的限制，GPS計算海拔高度一般誤差都會有十米左右，而如果在樹林里或者是在懸崖下面時，有時候甚至接收不到GPS衛星信號。而氣壓的方式可選擇的范圍會廣些，而且可以把成本可以控制在比較低的水平。另外像Galaxy Nexus等手機的氣壓傳感器還包括溫度傳感器，它可以捕捉到溫度來對結果進行修正，以增加測量結果的精度。所以在手機原有GPS的基礎上再增加氣壓傳感器的功能，可以讓的三維定位更加精準。在智能手機中的應用我們用的智能機都使用了氣壓傳感器，很多用戶不知道氣壓傳感器是什么東西，認識比較陌生，對于氣壓傳感器有什么樣的用途，下面是傳感器交易網為您整理的。
[2]
對于愛登高的人來說如何知道自己所處的海拔呢?你可能會說，通過GPS全球定位系統來計算表海拔，但是由于存在十米左右的較大誤差，以及GPS衛星信號接收不能夠保障等問題。因此這種方法會帶給人們很多不便，那么不妨試試你手機中的壓力傳感器吧。你可以通過壓力傳感器里測量大氣壓，進而根據氣壓值計算出海拔高度，同時還能夠根據溫度傳感器數據來結果進行修正，以得到更精確的數據，同時成本會更低。如果說用壓力傳感器來計算海拔算是一項不錯的應用，那么利用壓力傳感器來輔助導航，你是不是會覺得驚訝呢?由于導航儀市場較為混亂，產品質量良莠不齊，因此經常會出現導航儀瞎指揮的現狀。如你在高架橋上時GPS卻可能會指揮你轉彎，但其實并沒有轉彎出口。這往往是由于GPS存在誤差，不能夠判斷車子在高架橋上還是橋下所致。但如果再加上氣壓傳感器，測量出所處的高度，就能夠將誤差降低到1米左右，隨著精度提升導航也將變得更加精確。同時當用戶處于樓宇內時，內置感應器可能會無法接收到GPS信號，從而不能夠識別地理位置。配合氣壓傳感器、加速計、陀螺儀等就能夠實現精確定位。這樣當你在商場購物時，你能夠更好找到目標商品。
氣壓傳感器技術參數
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量 程： -0.1～0～1～150(MPa) 量程可選綜合精度： 0.1%FS、0.25%FS、0.5%FS輸出信號： 4～20mA(二線制)、0～5V、1～5V、0～10V(三線制) 、RS485(數字信號)供電電壓： 24VDC(9～36VDC)介質溫度： -20～85℃(常溫型) -20～200℃(中溫型) -20～600℃(高溫型)環境溫度： 常溫(-20～85℃)零點溫漂移： ≤±0.05%FS℃量程溫度漂移： ≤±0.05%FS℃補償溫度： 0~70℃安全過載： 150%FS極限過載： 200%FS響應時間： 5 mS(上升到90%FS)負載電阻： 電流輸出型：最大800Ω；電壓輸出型：大于5KΩ絕緣電阻： 大于2000MΩ (100VDC)密封等級： IP65長期穩定性能： 0.1%FS/年振動影響： 在機械振動頻率20Hz～1000Hz內，輸出變化小于0.1%FS電氣接口(信號接口)： 赫斯曼接頭+四芯屏蔽線機械連接(螺紋接口)： M20×1.5等，其它螺紋可依據客戶要求設計
氣壓傳感器同類產品
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氣壓傳感器除了模擬輸出的產品外，數字輸出產品在市場上也占有了很大市場。一般數字輸出的產品多為貼片式、微小型、模塊化產品（例如BA5803、BP5607、BT5611等）。數字輸出的產品在使用中無需在進行放大電路、溫補電路、標定零點等處理，使用起來更為方便。
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氣壓傳感器在很多產品中都有運用到，所以今天我們就來跟大家聊一下氣壓傳感器。空氣壓縮機的氣壓傳感器主要的傳感元件是一個對氣壓傳感器內的強弱敏感的薄膜和一個頂針開控制，電路方面它連接了一個柔性電阻器。當被測氣體的壓力降低或升高時，這個薄膜變形帶動頂針，同時該電阻器的阻值將會改變...
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參考資料
1.

氣壓傳感器應用于手機GPS可測量海拔高度
．中國移動物聯網[引用日期2013-04-15]
2.

氣壓傳感器在智能手機中的應用
．傳感器交易網[引用日期2012-11-14]

大氣壓傳感器原理：氣壓傳感器工作原理

你正在使用的便攜式電子產品(手機、手表、手環、耳機等)中，很可能隱藏著一顆不為你所知的傳感“精靈”——氣壓計。它能精確靈敏地感知你所處位置的氣壓，讓你及時掌握環境信息。配合相應的軟件算法處理，它還能在運動、健身、出行、導航、休閑、娛樂等諸多方面提升用戶體驗、提高效率，甚至幫助減少意外對你人身和財產的侵害。
是什么樣的一個小精靈竟有如此大的能耐，它長什么樣，是如何工作的？
現如今的氣壓計的器件尺寸已經小到不足半個大米粒大小了，例如Bosch Sensortec的新一代產品BMP380封裝大小只有2mm*2mm*0.75mm，可以輕松集成進任何消費類電子產品中。
消費類電子產品里使用的氣壓計，通常都是使用MEMS工藝在毫米級的硅材料上構造出微米級別的機械結構，這個機械結構會隨外界氣壓的變化而發生不同的形變，附著在機械結構上的電阻或電容的電氣特性也相應變化。氣壓計的電路部分（ASIC）會對這個電阻或電容值做轉換處理，最終提供給用戶的就是它所處環境的氣壓值。

人們日常生活中習慣于關注大氣溫度和濕度，而很少談及氣壓。可能是因為人體對大氣溫濕度的容忍度比較低，而對大氣壓的變化有較強的適應能力。其實，大氣壓與人體生理和心理健康關系尤其密切。關注大氣壓，就是在關注你的身心健康。
大氣壓會隨海拔高度變化呈指數變化，我們可以近似認為海拔高度每上升8.43米，大氣壓相應降低1百帕。利用這一自然現象，你可以使用氣壓計輕松測量絕對海拔高度、相對海拔高度或者海拔高度變化。大氣壓和天氣的關系密切，正是大氣壓的變化造成大氣流動進而形成陰、晴、云、雨天氣變化。利用下表中的規律，通過氣壓計持續監測氣壓變化，你就可以實時掌握身邊的未來短時間內的天氣狀況。

大氣壓和天氣的關系密切，正是大氣壓的變化造成大氣流動進而形成陰、晴、云、雨天氣變化。利用下表中的規律，通過氣壓計持續監測氣壓變化，你就可以實時掌握身邊的未來短時間內的天氣狀況。
相信你對氣壓計的工作原理以及影響氣壓的因素已經有了一個初步的了解。下一期，將會討論下氣壓計的應用。
（參考資料，圖片和視頻均來自bosch）