為了防止因人體靜電放電而損壞芯片,一些智能溫度傳感器還增加了靜電保護(hù)電路,一般可以承受1~4 kV的靜電放電電壓。
例如TCN75型智能溫度傳感器的串行接口端、中斷/比較信號(hào)輸出端和地址輸入端均可承受1 kV的靜電放電電壓。LM83型智能溫度傳感器則可承受4 kV的靜電放電電壓。
2.2 智能壓力傳感器
智能壓力傳感器是微處理器與壓力傳感器的結(jié)合,因此它們的實(shí)現(xiàn)途徑可以分為:非集成化智能壓力傳感器、集成化智能壓力傳感器和混合型智能壓力傳感器。
非集成化的智能壓力傳感器是把傳統(tǒng)的壓力傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、帶數(shù)字總線接口的微處理器組合成一體的智能壓力傳感器系統(tǒng)。
這種非集成化的壓力傳感器實(shí)際上是傳統(tǒng)壓力傳感器系統(tǒng)上增加了微處理器的連接。因此,這是一種實(shí)現(xiàn)智能壓力傳感器系統(tǒng)最快的途徑和方式。
集成化智能壓力傳感器是將壓力敏感元件與信號(hào)處理、校準(zhǔn)、補(bǔ)償、微控制器等進(jìn)行單片集成,主要采用微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)和大規(guī)模集成電路工藝技術(shù),利用硅作為基體材料制作敏感元件、信號(hào)調(diào)理電路、微處理單元,并集成在一塊芯片上。
隨著微電子技術(shù)的飛速發(fā)展以及微納米技術(shù)的應(yīng)用,由此制成的智能壓力傳感器具有微型化、結(jié)構(gòu)一體化、精度高、多功能、陣列式、全數(shù)字化、使用方便、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。
混合式智能壓力傳感器是根據(jù)需要與可能,將系統(tǒng)各個(gè)集成化環(huán)節(jié),如敏感單元、信號(hào)調(diào)理電路、微處理器單元、數(shù)字總線接口,以不同組合方式集成在2~3塊芯片上,并封裝在一個(gè)外殼中。
混合集成實(shí)現(xiàn)智能化是一種非常適合當(dāng)前技術(shù)發(fā)展的智能化途徑。在智能壓力傳感器系統(tǒng)中,微處理器能夠按照給定的程序?qū)鞲衅鲗?shí)現(xiàn)軟件控制,把傳感器從單一功能變?yōu)槎喙δ堋V悄軌毫鞲衅饕话憔哂幸韵禄竟δ?。
1)數(shù)據(jù)處理功能。智能壓力傳感器不僅對(duì)各個(gè)被測(cè)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量,而且根據(jù)已知被測(cè)量參數(shù),能夠自動(dòng)調(diào)零、自動(dòng)平衡、自動(dòng)補(bǔ)償?shù)取?
2)自動(dòng)診斷功能。這是智能壓力傳感器的主要功能,智能壓力傳感器通過其故障診斷軟件和自檢測(cè)軟件,自動(dòng)對(duì)傳感器和系統(tǒng)工作狀態(tài)進(jìn)行定期和不定期的檢測(cè)、測(cè)試,及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障,協(xié)助診斷發(fā)生故障的原因、位置,并給予操作提示。
3)軟件組態(tài)功能。智能壓力傳感器由于采用了微處理器,所以不僅有必要的硬件組成,例如檢測(cè)、放大、A/D、D/A、通信接口等,而且還有軟件資源用于控制和處理數(shù)據(jù)。在智能壓力傳感器中,設(shè)置有多模塊化的硬件和軟件,用戶可以通過微處理器發(fā)送命令,完成不同的功能,增加了傳感器的靈活性和可靠性。
2.3 智能慣性傳感器
慣性傳感器,是MEMS傳感器中得到最廣泛應(yīng)用的一類傳感器,包括加速度計(jì)、陀螺儀和方位傳感器。MEMS技術(shù)得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)了慣性傳感器的小型化并且降低了成本。
現(xiàn)在的慣性測(cè)量模塊(IMU)可以在 10 mm×10mm×4 mm的尺寸內(nèi),集成三軸加速度計(jì)、三軸陀螺儀和三軸磁強(qiáng)計(jì),而成本在1美元以內(nèi)。這種慣性測(cè)量模塊可應(yīng)用于智能手機(jī)、可穿戴設(shè)備上,實(shí)現(xiàn)包括步態(tài)監(jiān)測(cè)、步數(shù)統(tǒng)計(jì)、跌倒檢測(cè)、睡眠監(jiān)測(cè)、室內(nèi)導(dǎo)航等運(yùn)動(dòng)、健康方面的功能,同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)手勢(shì)識(shí)別、方向感知等娛樂方面的功能 。
1)更小、更靈活、更節(jié)能、高性能、高集成。
應(yīng)用于可穿戴設(shè)備上的智能慣性傳感器,需要具有更小的尺寸,更低的功耗,作為體域網(wǎng)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸,最終實(shí)現(xiàn)柔性化。
目前全球最小的三軸加速度計(jì)是博世公司在2014年發(fā)布的BMA355,采用晶圓級(jí)封裝,尺寸僅為1.2 mm×1.5 mm×0.8 mm,功耗極低,工作電流僅為130 μA,而在低功耗模式下,電流可降低到1/10。
此外,BMA355還具有強(qiáng)大的智能終端引擎,中斷模式包括數(shù)據(jù)就緒同步、運(yùn)動(dòng)喚醒、敲擊感測(cè)、方向識(shí)別、水平和豎直切換開關(guān)、低g值/高g值沖擊檢測(cè)、自由落體檢測(cè)、節(jié)電管理等,可用于健康追蹤器、計(jì)步器(智能手表和手環(huán))、珠寶首飾等可穿戴設(shè)備 。
除了可穿戴設(shè)備的應(yīng)用外,慣性傳感器在軍事領(lǐng)域也有著廣闊的應(yīng)用和發(fā)展前景,不同于可穿戴設(shè)備上的要求,軍事方面的應(yīng)用對(duì)傳感器精度、可靠性以及在極端條件下的穩(wěn)定性提出了更高的要求。