磁传感器和加速度传感器原理

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何谓传感器（Sensor）？

传感器（Sensor）是指将收集到的信息转换成设备能处理的信号的元件或装置。
人类会基于视觉、听觉、嗅觉、触觉获得的信息进行行动，设备也一样，根据传感器获得的信息进行控制或处理。
传感器收集转换的信号（物理量）有温度、光、颜色、气压、磁力、速度、加速度等。
这些利用了半导体的物质变化，除此之外，还有利用酶和微生物等生物物质的生物传感器。

IoT与传感器
所有物体都连接互联网的IoT（Internet of Things：物联网）。
不仅智能手机、个人电脑等通信设备，还包括医疗设备、可穿戴式设备、车载、自然环境、基础设施等，所有物体都能联网共享信息，从而创造更便利、更安心、更安全的社会。
实现这些所不可缺少的是检测状态的“传感器”。

【IoT有关的术语定义】
IoT: Internet of Things（"物体"的互联网），指传感器嵌入到周围物体中，进行联网，从而物体之间，物体与人之间可以相互通信的状态。
德国・工业4.0:  是德国政府提出的旨在提升制造业智能化水平的概念，也是工业、政府、学术界共同推进的国家项目。推出新的概念，旨在通过工厂物联网，创造新的价值。
M2M: Machine to Machine: 指不以人为媒介，通过物体之间联网，直接通信。＜P2M: People to Machine   人向物体通信＞，＜M2P: Machine to People   物体向人通信＞
工业互联网: GE（Generel Electric Company）为中心提倡的工业IoT战略。
 

 

地磁传感器

地球被磁场磁力所包围，这被称为地磁。
地磁传感器是检测地球磁力的传感器，也被称为“电子罗盘”。
地磁传感器可以通过检测地磁来检测方向。
【围绕地球的地磁】

 

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地磁传感器有X和Y两轴型以及添加了Z的三轴型，并测量各方向上的磁力值。
如果不考虑诸如简单罗盘之类的倾斜，则仅使用X轴和Y轴的值。当考虑倾斜时，需要将地磁传感器的3轴值与加速度传感器相结合，将其校正到正确的方向。

下图显示了地磁传感器水平旋转时X和Y值的分布。

 

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如果地磁传感器水平旋转，在不受周围磁场影响的理想情况下，输出分布图的圆心变为零。

然而，实际上中心因环境磁场的影响而移动，因此需要进行调整以将圆心移动到零。
地磁传感器导出的北极称为磁北（略偏离北极）。通过上述方程式计算该磁北的角度，可以容易知道方向。

各类磁传感器
磁传感器是一种旨在测量磁场的大小和方向的传感器。
根据目的不同有多种传感器，以下列举典型的传感器。

 

检测方法	霍尔	MR	MI
构成	​	​	​
抗噪声                         （灵敏度）	×	△	◎
消耗电流	×	△	◎
响应速度	×	△	◎

 

霍尔传感器

基于霍尔效应测量磁通密度的传感器，输出与磁通密度成比例的电压。

它易于使用，主要用于非接触式开关应用，例如门和笔记本电脑等物体的打开和关闭检测。

MR传感器

MR（Magneto Resistance）传感器也被称为磁阻效应传感器，利用物体电阻因磁场变化来测量地磁大小的传感器。

灵敏度高于霍尔传感器，功耗更低，因此是一种使用更广泛的磁传感器。除了电子罗盘等地磁检测应用外，它还用于电机旋转和位置检测应用。

MI传感器

MI（Magneto Impedance）传感器是下一代磁传感器，采用特殊的非晶丝并应用了磁阻抗效应。

它的灵敏度比霍尔传感器高出10,000倍以上，并且可以高精度地测量地磁的微小变化。
可以应用于超低消耗电流的方位检测（电子罗盘），还可应用于室内定位、金属异物检测等高灵敏度特性的应用。

 

加速度传感器

加速度是指单位时间内产生的速度，测量加速度的IC就叫加速度传感器。
通过测量加速度，可以测得物体的倾斜、振动等信息。
加速度单位为m/s2（※国际单位制SI）。
另外，单位G是以※标准重力（1 G = 9.806 65m/s2）为基准的加速度值。
还有用于检测地震震动的加速度的单位※Gal（CGS单位制）。

※ 国际单位制SI（法语：Système international d'unités）
由长度m、重量kg、时间s （MKS单位）组合而成的国际单位。

※ 标准重力
物体在重力作用下产生的加速度。物体在自由落体时，物体每单位时间内增加的速度值（9.806 65m/s2）。

※ Gal
CGS（长度cm、重量g、时间s为基准）单位制的加速度单位。被定义为SI单位制的1/100（1Gal=0.01 m/s2 ）。

加速度传感器一般分为低G加速度传感器和高G加速度传感器，如下图所示。

 

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电容式加速度传感器

罗姆集团加速度传感器是采用MEMS技术的电容式加速度传感器。
传感器元件由Si制成的固定电极、可动电极和弹簧构成。未施加加速度的状态下，固定电极和可动电极间的距离相同。施加加速度，则可动电极移位。由此与固定电极的位置关系发生变化，电极间容量发生变化。容量的变化通过※ASIC转化为电压，算出加速度。

 

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【电容式原理】

※ ASIC
Application Specific Integrated Circuit（专用集成电路）
指将特定用途的多个电路功能集成到一起的集成电路。

 

 

 

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