傳感器在物聯(lián)網(wǎng)和智能產品領域的技術支持中發(fā)揮關鍵作用

據(jù)麥姆斯咨詢報道，在過去的十年里，智能技術和物聯(lián)網(wǎng)（IoT）經(jīng)歷了舉世矚目的進步，并對工業(yè)和人們的日常生活產生了巨大影響，這很大程度上得益于越來越精密的傳感器不斷發(fā)展。如今，電子傳感器和探測器在汽車、制造設備、消費產品和家庭等領域實現(xiàn)了前所未有的自動化功能。移動設備的普及和與其相關的計算能力、專用應用以及無形互聯(lián)等因素，均正在推動著消費者對更綜合、更智能電子產品的需求提升，從而使其日常生活的各個方面更加自動化。

IoT正推動著智能家居技術領域的快速增長，并要求更智能的紅外傳感器技術來支持日益增長的智能家居互聯(lián)創(chuàng)新（圖片來源：Excelitas Technologies）

為了刺激消費需求，快速創(chuàng)新帶來了新一代可以快速、自動處理日常運行的智能設備。同時在不斷進步的接口技術的幫助下，這些設備可以啟用、禁用和預編程各項功能。功能越復雜、越自動化，就越要求電子設備能夠從其運行環(huán)境中獲得更多的感知數(shù)據(jù)，例如溫度、動作和人員存在等信息，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)運行和交互。

紅外探測

舉例說明，空調和供暖系統(tǒng)是家庭用電中最耗電的部分。使用紅外傳感器的智能恒溫器可以根據(jù)人員動作和是否出現(xiàn)來進行控制，以節(jié)省能源并保持氣溫舒適。先進的暖通系統(tǒng)（HVAC systems）可以利用紅外傳感器來掃描房間，產生熱圖并控制空氣溫度。紅外傳感器通過提供實時的環(huán)境必要信息來自動激活和控制恒溫器。通過提供房間詳細的熱信息，即使是穿透窗戶的陽光的熱量也可計算在內，以精確地計算出房間的冷熱需求。

運動檢測是智能家居產品和系統(tǒng)中的關鍵組成部分（圖片來源：Excelitas Technologies）

紅外熱傳感器憑借多功能、易于集成、成本相對低廉且對人類熱量敏感等特性，因此它們特別適于人機界面應用。紅外傳感技術領域的重大進展有助于簡化系統(tǒng)集成，以滿足消費類產品所需的高競爭力和快速上市周期。

紅外運動熱探測是入侵警報和家庭安全系統(tǒng)中傳感器技術的重要組成部分（圖片來源：Excelitas Technologies）

隨著產品應用的擴展，為了滿足智能設備日益增長的感知需求，提出了許多迫切需求，包括微型化、軟件控制的靈活性、能效、增強的靈敏度，以及易于集成的產品設計。在許多情況下，這些改進可以相互作用，相互促進。

微型化

消費者的需求趨向于對更緊湊且方便的智能設備的持續(xù)迭代，即更小的尺寸和更低的存在感。因此，隨著智能技術在家庭和個人設備中的實用性能越來越高，原始設備制造商（OEM）正在尋找將更多技術和功能封裝在更小器件中的方法。這意味著需要既緊湊又足夠實用的更小的傳感器元件和設計，以使智能系統(tǒng)本身幾乎無形的存在于我們的身邊。其目標是盡可能地節(jié)省空間，將盡可能多的器件集成到其應用環(huán)境中。與傳統(tǒng)集成透鏡的晶體管封裝（TO封裝）設計相比， Excelitas的SMD（表面貼裝器件）紅外熱探測器等新型封裝可顯著地縮小尺寸，從而提高了空間效率。

SMD封裝支持機器組裝型生產，因而，更適于滿足快速增長的消費類細分市場所需求的高效生產線。

SMD封裝傳感器的尺寸更小，因此每平方毫米可以容納更多的微型傳感器，以支持日益緊湊的電子主機設備設計。與更小尺寸相一致的是需要縮小光學系統(tǒng)，使其盡可能地小。傳統(tǒng)上用于提供遠程探測應用所需性能的Fresnel（菲涅爾）塑料透鏡，相當龐大。為了實現(xiàn)微尺寸器件而縮小這些透鏡時，紅外傳感器必須通過更高的靈敏度來進行補償。

專有傳感器襯底設計的進步和發(fā)展，正在大幅提升傳感器面積，這意味著靈敏度的提高（如更快速地觸發(fā)較弱的事件信號）和有效傳感范圍的擴展。如今最新的SMD傳感器設計完全能夠無需笨重的放大鏡或窗口，在三米范圍內有效的進行事件檢測，從而在主機系統(tǒng)設計中進一步提升空間效率。

改進的信號處理

微型化、增強的傳感器靈活性和軟件控制功能，促進了智能產品設計的空間利用和多功能性。先進的專用集成電路（ASIC）和改進的數(shù)字紅外傳感器技術的信號處理，現(xiàn)在可使紅外傳感器監(jiān)測和探測多個因素，并區(qū)分動作探測事件與存在監(jiān)測。這可以簡化在主機系統(tǒng)網(wǎng)格網(wǎng)絡中使用各類傳感器點的能力，并將來自不同位置的專用數(shù)據(jù)傳遞到主機系統(tǒng)的中央控制區(qū)。

舉例來說，在智能家居的暖通空調控制系統(tǒng)（HVAC control system）中，傳感器網(wǎng)絡可以通過探測人類的進入使系統(tǒng)從“待機”模式中激活，在特定激活區(qū)域監(jiān)控人類是否存在，當人們進入智能家庭的其他區(qū)域時探測到運動、并最終監(jiān)控／報告整個家庭的環(huán)境溫度，且將如日照移動、夜幕降臨或者天氣波動等變量的影響都計算在內。正是此類網(wǎng)絡的集成將持續(xù)推動數(shù)字傳感器的發(fā)展，并擴展紅外傳感技術在消費領域的應用。

延長的電源效率

優(yōu)化傳感器的能源需求，不僅延長了遠程及移動智能設備的使用壽命，而且，它還將通過顯著降低電力需求來減小設備的尺寸。鋰電池極大地提高了設備的可移動性，起先是智能手機使用小型高效的可充電電池，目前市面上還有電動汽車和電動自行車等其他產品在使用。在家用設備中，鋰電池驅動的智能產品和系統(tǒng)正在減少對硬連線設施的需求。電燈開關、電話、門鈴和互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）攝像頭只是其中的幾個例子。

Excelitas的低功耗DigiPyro 1500系列傳感器經(jīng)過改進可利用1．8伏電源運行，以延長其現(xiàn)場使用壽命，并降低了智能家居和便攜式電子設備的電力需求，提高了空間經(jīng)濟性（圖片來源：Excelitas Technologies）

對于這些設備，充電前的可運行時間成為一項重要指標。例如，IP攝像頭可安裝在不影響用戶日常充電的位置上進行充電。這使得鋰電池能夠提供數(shù)月或數(shù)年的電池運行時間。為了使電池驅動型設備充分利用低電壓優(yōu)勢，許多微處理器現(xiàn)已支持1．8伏運行。低電流消耗可使整體電力預算減少，因此可實現(xiàn)長期運行。這就要求開發(fā)“支持1．8伏運行且需要更少電流的”新型傳感器，最近才在該技術上取得突破進展。

更高的靈敏度

電源效率和性能的一個重要方面就是無源傳感器在“睡眠”模式下的運行能力，不僅需要在待機狀態(tài)下能耗盡可能低，而且要求具有快如閃電的喚醒功能來激活主機智能設備。

例如，對于安全或家庭監(jiān)控攝像頭來說，這可以使應用效果大不相同——如攝像頭可被設置從待機模式“喚醒”，并快速自動對焦，從而在視野范圍內捕捉到有意義的動作圖像。由于設備只有在探測到人的存在時才使用全功率，因此這樣既可延長設備的使用壽命，也可減少設備所需能耗。

即使當設備處于睡眠模式時，為達到必要的喚醒和快速激活，也需要精確的靈敏度。通常情況下，這些應用使用的使熱釋電探測器和傳感器。它們可為遠程運動探測提供高靈敏度和高頻率響應。將運動信號直接傳送給微處理器，實現(xiàn)最好的響應和靈敏度，然后可以用基于環(huán)境條件和設置的軟件程序來處理。

智能產品領域節(jié)湊快且多變。OEM在短時間內開發(fā)和推出產品的能力，對產品的成敗有很大影響。

OEM設計工程師需要易于集成的傳感器來實現(xiàn)更短的產品設計周期。開發(fā)時間可以通過利用帶有現(xiàn)成設計模塊的電子設備來進行集成，由于當今大多數(shù)電子設備都專注于數(shù)字技術，因此最好就是數(shù)字技術。這就意味著各種各樣的傳感器都需要數(shù)字化，并且能與周圍電子設備進行通信。

在日常生活中，智能設備將繼續(xù)不斷增長，并獲得越來越多的角色。電池驅動的開關、IP攝像頭和安全燈提升了生活和工作環(huán)境的總體安全性和便利性，同時也提高了能源效率。當通過IoT連接時，整個性能將變得更加智能和方便。

更重要的是，基于存在和運動的環(huán)境適應將成為一種商品。在新應用中對更復雜的交互式需求將推動包括上述傳感器技術創(chuàng)新在內的各類技術的持續(xù)發(fā)展。傳感器，尤其是紅外傳感器，無疑將繼續(xù)在IoT和智能產品領域的技術支持中發(fā)揮關鍵作用。