“智能、微型、多功能”将引领智能手表传感器新趋势

编辑 / 旭日大数据

智能传感技术是智能制造和物联网的先进技术，作为一种前端传感工具，具有重要意义。为了实现对环境的感知和信号转换功能，传感器需要各种功能，特别是在智能可穿戴领域，将更加依赖传感器，并要求传感器朝着智能、微型和多功能方向发展。

一、传感器的工作原理

传感器的工作原理是将测量信号量的各种微小变化转换为电信号。信号处理单元转换为数字或模拟信号，然后交给执行器处理。

例如，首先向传感器提供光电、温度等传感器±15V激磁电路中的晶体振荡器产生400Hz方波通过功率放大器产生交流激磁功率电源，通过能源环变压器从静止的主线圈传输到旋转的次线圈。高精度稳压电源由基准电源和双运输组成±4.5V精密直流电源。当弹性轴受扭时，应变桥检测得到的mV级的应变信号通过仪表放大器放大成1.5v±1v再次通过的强信号V/F转换器转换为频率信号，通过信号环变压器从旋转的主线圈传输到静止的次线圈，然后通过外壳上的信号处理电路过滤和整形手术获得与弹性轴承扭矩成正比的频率信号，可提供给专用二次仪表或频率计显示，也可直接送电脑处理。

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二、传感器的特性

1.传感器的静态特性

静态特性是指静态输入信号、传感器输出与输入之间的相互关系。传感器的静态特性可以用无时间变量的代数方程或输入量作为水平坐标来描述相应的输出量作为垂直坐标的特性曲线。表示传感器静态特性的主要参数有：线性度、灵敏度、滞后、重复性、漂移等。

2.传感器的动态特性

所谓的动态特性是指传感器在输入变化时的输出特性。在实际工作中，传感器的动态特性通常用它对某些标准输入信号的响应来表示。最常用的标准输入信号是阶跃信号和正弦信号，因此传感器的动态特性也通过阶跃响应和频率响应来表示。

三、传感器类型

根据被检测信号的来源类型，可分为物理传感器和化学传感器。物理传感器采用压电效应、磁膨胀、离化、极化、热电、光电、磁电等物理效应。化学传感器的应用包括化学吸附、电化学反应等因果关系信号。

有些传感器既不能分为物理类，也不能分为化学类，但大多数传感器都是基于物理原理运行的。化学传感器有许多技术问题，如可靠性、大规模生产的可能性、价格等。如果这些问题得到解决，化学传感器的应用将大幅增长。

四、智能手表领域传感器的类型及应用场景

1.健康监测

(1)光学心率传感器:每分钟检测心跳次数。

（2）SpO监视器：血液中的氧气含量可以测量。

(3)生物阻抗传感器:可测量呼吸频率和睡眠。

（4）ECG心电传感器：每次心跳时检测心脏的微小电脉冲。

(5)紫外线传感器:可测量有害阳光下的暴露。

(6)皮肤电活动或EDA传感器：它与心率跟踪器，ECG用皮肤温度传感器测量压力水平。

(7)皮肤温度传感器:检测温度的轻微变化，以了解你是否会像发烧一样生病或者检测月经开始。

(8)血糖传感器:用试剂与皮肤上的葡萄糖分子发生电化学反应，产生电流来测量体内的血糖含量。

2.体育支持类

(1)三轴加速度计:检测运动并跟踪方向。

(2)高度计:可以检测你的爬升高度。

(3)指南针:帮助方向和地图。

（4）GPS全球定位系统：它可以帮助您检测跑步量、可穿戴设备的位置和跟踪您的活动，也有助于指导Map应用程序。

(5)陀螺仪:测量运动角速度，并在旅途中准确跟踪。

(6)磁力计:和GPS与指南针一起确定您位置的确切坐标。

3.其他辅助类

(1)环境光传感器:显示亮度可调，也有助于节省电池寿命。

(2)接近传感器:必要时节省电池并唤醒显示器。

(3)手势传感器:检测手腕运动。

智能手表需要最多的功能:

老年人在慢性病管理中最需要的是血压、血糖、心率和血氧的监测数据，这需要相关的专用传感器。数据君至少需要76%的调查。

音乐、支付、身份识别、运动支持等功能是成年人最需要的功能，这需要蓝牙NFC、GPS、对指南针、陀螺仪、心率、加速度等传感器的需求至少为80%。

儿童最重要的功能需求是定位、视频通话和社交，涉及的传感器包括GPS、陀螺仪、高度计、磁力计、指南针、射频、蓝牙和NFC。至少95%的数据君调查需求。

一些国内传感器相关企业和产品方向介绍：

五、智能穿戴传感器技术发展趋势

1.智能化

智能传感器是指在传感器中内置微处理器，具有自动检测、自动补偿、数据存储、逻辑判断等交互功能。随着居民消费水平和智能可穿戴产品智能体验的不断提高，智能可穿戴设备领域的传感器功能要求也不可避免地提高。例如，传感器具有保密性高、传输速度快、距离长、抗干扰性强、自适应性强、通信功能强等特点。这就要求传感器功能越来越智能化和完善。

2.微型化

传统传感器体积大，应用领域有限，不能应用于便携设备、可穿戴设备等领域。精密加工、微电子、集成电路等技术和新材料的开发和应用，将传感器中的电子元件从毫米级转变为微米级甚至纳米级，促进传感器的微型化趋势。全球智能可穿戴设备行业发展迅速，对微型和超小型传感器的便携性需求将继续上升，这将刺激传感器行业向微型化发展。

3.多功能化

单个传感器只能完成单个测量任务，通常需要在实际应用中同时测量各种被测变量，以充分准确地反映客观事物和环境。因此，多功能化是当前传感器技术发展的重要研究方向。随着传感器应用领域的不断增加，可以借助半导体的蒸发、扩散、光刻、精密微加工和组装技术，在同一基板上集成各种敏感元件。目前，已开发的多功能传感器应用较少。传感器的功能是同时检测温度和湿度，或同时检测压差、静压和温度。此外，仿生传感器检测触感、刺激和试听辨别。一些研究成果已经出来，未来将开发出更多的多功能传感器。

总结：

传感器作为智能可穿戴设备不可缺少的核心部件，决定了各种智能功能的有效性和准确性。没有前端智能感知的质量保证，后续软件的信号处理也是徒劳的。以智能手表为代表的智能可穿戴设备对智能功能的改进和传感器技术的进步提出了更高的要求，为传感器的发展明确了新的方向。