新颖传感器 科技革命就靠它？你不知道的六大传感器

科技革命就靠它？你不知道的六大传感器

指纹识别，光线感应，测量步数、脉搏、体温.......越来越多的功能在手机、平板、笔记本等移动终端上体验。我们使用这些功能，体会着被科技怀抱的感觉。你可曾想过，在这些功能的背后，隐藏着多少科技以及故事。移动平台六大传感器，你造吗？

开篇简单说两句：

一个传感器加上使用它的创意能够获得什么？答案是一个革命性的产品。2007年，苹果发布iPhone。它重新定义了传统手机的使用方式。通过两手指的开合，便可以将屏幕上的图片放大缩小，这在当时就像魔法一样吸引着全世界的人去体验。而实现这一功能的，便是iPhone上的多点触摸传感器。

如今大热的智能穿戴设备，能够全天候的监测我们的步数、睡眠等信息。这些功能靠什么实现？各种传感器。

如今很多厂商意识到，搭载创新的传感器，能为产品带来或新颖或便捷或安全的功能，但想要发明一个创新的传感器却并不是一件容易的事情，需要耗费巨大的研发成本。所以很多研发实力相对较弱的厂商都是等到某款传感器上市并达到一定产量之后，才将其配备到自家产品上。这也是为什么指纹识别技术刚刚在手机上普及开来的原因。

如今困扰科技厂商的问题并不仅仅在于自己弄不到创新的传感器，而是就算产品搭载了这些传感器，但却无法实现他们想要的功能。

我们知道传感器本身，只是一个检测装置，它能够感受到被测量的信息，并将这些信息传递给设备进行处理，从而得出相应的结论或者给出应对措施。而这个处理的过程是需要设备制造商通过反复测量试验，最终写入程序中的。如果写入机身内的程序不准确，轻则影响产品体验，重则导致这项功能成为鸡肋，增加了产品成本，却遭到用户诟病。

指纹识别传感器：不止安全

随着iPhone以及iPad搭载Touch ID指纹识别传感器，拉动了越来越多厂商将指纹识别技术应用于自家产品上。这一功能已经不仅仅局限于解锁屏幕了，我们还可以用它进行掌上支付，令移动终端成为你的钱包。

对于指纹识别传感器，我们必须明白：

1.滑动式传感器因为每一次都会扫描较大面积指纹，所以安全性和识别率更高，但也牺牲了识别速度。

2.滑动式传感器相比按压式更节省空间。

3.按压式传感器拥有比滑动式相对较快的识别速度。

4.按压式传感器不管手指从哪个方向按压都能够识别，随意性更高。滑动式则只能上下滑动识别。

人的指纹有50亿分之一的重复概率，奠定了指纹识别技术极高的安全性。以前，这一技术仅仅应用于刑事侦查案件中，而如今普通大众也可使用搭载指纹识别技术的终端。 目前，应用于移动终端的指纹识别技术共有两大类，分别是滑动式与按压式，代表机型有三星S5和iPhone 6。滑动式需要用手指在传感器上滑动才能识别，而按压试只要手指放在传感器上便可以识别。

皮电传感器：知你性情

代表设备： 测谎仪，微软手环等。

相信不少朋友都有这样的经历，当你要从事一项非常重要的任务之前，你会觉得紧张、焦虑以至于手脚冒汗。这种心理反应转化成生理反应的过程，我们是可以通过皮电传感器探测出来。

对于皮电传感器，我们必须明白：

1.人体皮电反应受温度，人体活动以及心理反应三个因素影响，皮电传感器因此会收到影响，准确性有待检验。

2.人们一天会拥有众多情绪，每一天所产生情绪的时间、情绪类别皆不同，就算我们准确测量出皮电反应情况，归类整理这些数据并给出科学的建议依然是厂商最头痛的问题。

3.目前微软手环已经搭载该传感器，该项技术很快便会走入我们的生活中。

皮电传感器并不能测试出用户的喜怒哀乐，只能感受到用户心理状态是否变化，而通过这种变化，我们可以得到一些结论。例如通过测谎仪的皮电传感器感应被测者说话时的心理变化，从而断定是否说谎。

此外，如果通过皮电传感器检测我们几天的人体皮电反应水平，通过皮电波形高低，我们就可以得知自己每天哪一个时段的工作效率最高了。以此依据来安排我们的工作在状态最佳的时段。

光线传感器：贴心调节

代表设备： iPhone，iPad，MacBook Air，三星S系列等配备大屏的移动终端。

光线传感器是一种光敏元件，通过感受机身环境光的强度以及变化，从而调整机器屏幕的亮度，键盘背景灯亮度以及其它拓展功能。

对于光线传感器，我们必须明白 ：

1.它可以控制屏幕的亮度，令你在户外可以看清屏幕，室内也不会因为觉得刺眼。

2.如果你的移动终端有键盘，那么它还可以控制键盘背景灯的开关以及亮度

3.差的光线传感器降低移动终端的使用体验，例如会出现在黑暗的环境下，屏幕依然很亮；在光线条件变化较大的户外，屏幕亮度变化较为迟钝等现象。

4.光线传感器一般设计在机身顶部手不宜覆盖的部位，以防影响测量的准确性。

光线传感器早在十年前便已经应用于移动产品身上。它尽管功能相对单一，仅仅用于根据不同环境光线，调整屏幕亮度以及键盘背景灯开关，但由于功能实用，所以成为目前大屏手机以及平板电脑的必备元件。

心率传感器：告诉你心跳背后的秘密

代表设备： 微软手环，松拓 VECTOR HR运动腕表，三星Galaxy S5手机等。

心率监测是目前十分热门的功能。三星Galaxy S5，微软手环以及明年春季将会推出的苹果手表都具备这一功能。

对于心率传感器，我们必须明白：

1.单纯给出心率数值对你并没有太大意义，如果能够持续测量，并通过一段时间的心率数据给出睡眠质量／休息时间等健康建议则会对用户有很大帮助。

2.目前绝大部分移动终端用的都是光电心率传感器，相比电极式心率传感器误差几率较大。

3.电极式心率传感器目前还无法应用于较小的穿戴设备上，但目前已经有厂商在为此而努力了。相信未来会成为高端设备的标志配件。

作为个人健康设备的超级武器，该功能可以通过监测心率来追踪运动强度，不同的运动训练模式等，并可以针对这一数据推算睡眠周期等与之关联的健康行动数据。

目前心率传感器有两种，一种是通过光反射测量的光电心率传感器以及利用人体不同部位电势测量的电极式心率传感器。前者尽管测量准确度欠佳，但优势在于体积小，所以目前所有的移动终端都用该种方式测量。后者在医院中测量心电图的时候我们经常会看到，通过测量人体不同点的电势变化，从而测量出心率变化，该方法测量精准，但必须同时监测人体的两个部位，而我们平时用手机和手表的时候都是单手接触产品，所以无法做到持续监测。

气压计：感知你的高度

代表设备： LG G Watch R，iPhone 6／plus，三星Galaxy S3，Galaxy note 2等。

气压计是一个被埋没但非常实用的小东西。很久以前便已经有手机搭载，例如三星Galaxy S3，Galaxy note 2，而目前iPhone 6/plus也将其纳入怀中，为机器提供气压数据。气压计虽然仅能够测量气压数据，但通过该数据我们可以精确得知机器的海拔高度。如果监测一段时间内的气压变化，还能获得机器高度变化数据，从而为进一步的数据处理做准备。

对于气压计，我们必须明白：

1.既然是测量气压的元件，那么气压变化异常也势必会影响用户得到信息的有效性。例如在飞机飞行的时候，为了乘客舒适都会为机舱加压，此时飞机内部的气压值与外部不同，我们也就无法得到正确的高度信息了。

2.目前气压计已经广泛应用于移动终端中，但由于缺乏应用软件支持，它们经常被用户冷落。

3.气压计是非常实用的元件，我们登山时可以利用搭载它的设备读取海拔高度信息。

气压计到底通过测量出来的高度数据，能给用户带来什么好处呢？户外运动员可以直观的了解自己所在的高度；未来导航地图不仅可以知道我们所在的平面位置，甚至还能知道我们所在的楼层，而这绝对是未来导航发展的必然趋势。

图像传感器：像素太高未必好

代表设备： 目前市面上几乎所有手机，平板，笔电皆有配备，三星智能腕表

图像传感器是摄像头内部用于接收光学信号的元件。配合镜片组以及图像处理器（ISP）可以实现拍摄照片的功能。这三者共同决定成像质量的好坏。

对于图像传感器，我们必须明白：

1.并非像素越高越好。因为手机体积决定图像传感器不能设计过大，所以如果像素过高，单个像素面积便会减小。

2.除了像素，镜头同样可以影响画质，有些镜头带有镀膜，可以阻挡红外线干扰，降低炫光以及紫边等现象。

3.光学防抖可以通过延长曝光时间的方式提升暗光环境的拍摄能力，以及防止拍摄视频时抖动。

图像传感器上面拥有众多接收光线信号的像素点，它们将自己接收到的光线信号转换成电信号，并通过ISP转化成我们在屏幕中看到的照片。所以这些“小家伙”才是决定图像效果最重要的因素。如果图像传感器中集成了很多像素点，那么它拍出的照片将会存留更多信息，细节会更好。如果像素越大，那么每个像素接收光线的能力就越强，最大的好处就是降低了曝光时间，增加暗光环境拍摄成功率，色彩也会更丰富锐利。

不难发现，移动终端对传感器的应用已经达到难舍难分的地步，在如今配置流，价格战，拼外观已经无法再赚足眼球的年代，传感器成为厂商增加产品卖点的大救兵，而消费者则享受在它们悉心敏感的“关照”中。

但我们也必须意识到，决定传感器发展的壁垒并不在于传感器本身，而是如何用程序去分析传感器积累的数据，并为人所用。很多厂商都是花费数年研究才有所建树。

放眼未来，伴随着越来越多创新的传感器植入移动终端设备中，我们可以轻松掌握身体的状态，情绪以及能量消耗，这些数据将会助力我们的身体健康，调整情绪以及工作效率提升，如此设备难道不能称为科技革命吗？

盘点几款新颖的ToF传感器

新的飞行时间 (ToF) 传感器正在用于个人电脑、智能门锁面部识别、3D 图像传感等应用。

飞行时间 ToF 传感器的基本原理是测量光波从发射到返回所需的时间，从而测量出物体距离。最近出现了一批有趣的新型 ToF 传感器，用于人体存在检测、面部识别或其他技术。

ST推出用于人体存在检测的 ToF 传感器

ST上个月推出了其 FlightSense 产品线的最新 ToF 传感器 VL53L5CP。该设备旨在在 PC 中实现手势识别、入侵者警报和人员存在检测。

据 ST 称，新的 ToF 传感器改善了交互，增强了安全性，并为 PC 节省了摄像头功耗。自 ST 于 2020 年底发布首款 64 位多区 ToF 传感器以来，该公司的 FlightSense 产品组合已经取得了长足的进步。

VL53L5CP 首先以61度视野扫描绘制场景，在不使用相机或预先录制的图像的情况下收集情报。使用 ToF 技术，传感器可以检测和记录多个目标，测量 X/Y/Z 坐标，并跟踪 64 个区域内的多个目标。

新传感器配备 ST 的第三代 Presence Premium PLUS 软件。该软件具有专用算法，使 PC 设计人员能够创建自定义 AI 应用程序。 ST 表示，这种组合使他们能够实现智能电源管理、安全性和非接触式用户交互功能。

在硬件层面，VL53L5CP 具有嵌入式单光子雪崩二极管 (SPAD) 阵列、物理红外滤光片和衍射光学元件 (DOE)。每个组件都可以帮助摄像头反射/偏转光线，以获得各种环境光水平下的交互或手势。

这些技术使 VL53L5CP 非常适合在 PC 中进行人体存在检测。 ST 报道称，PC 制造商联想正在将 VL53L5CP 集成到其笔记本电脑中。

ADI推出用于 3D 深度感应的 ToF 模块

为了采用模块化方法，ADI推出了其 ADTF3175 ToF 传感器模块。该公司声称它是业界首款用于 3D 深度传感和视觉系统的高分辨率、工业质量、间接 ToF (iToF) 模块。该器件具备百万像素分辨率，它在 0.4 至 4 米的深度范围内提供 ± 3 毫米的深度精度。

ADTF3175 模块的核心是ADI的 ADSD3100 芯片，这是一款 1 兆像素 CMOS iToF 成像器。该模块还集成了用于成像器的镜头和光学带通滤波器，一个红外发射源。该源由光学器件、激光二极管、激光二极管驱动器和光电探测器、闪存和功率调节器组成。

ADI表示，该模块已在多种范围和分辨率模式下进行了全面校准。完成深度传感系统后，ADTF3175 的原始图像数据由主机系统处理器或深度 ISP 进行外部处理。

将 ADTF3175 的图像数据输出连接到主机系统是通过 4 通道 MIPI CSI-2 Tx 接口完成的。通过 4 线 SPI 和 I2C 串行接口完成编程和操作。ADTF3175 模块的尺寸为 42 mm × 31 mm × 15.1 mm，额定工作温度范围为 -20°C 至 65°C。

Toppan开发混合 3D ToF 传感器

Toppan和Brookman Technology 宣布合作创建一种混合 3D ToF 传感器，该传感器扫描距离长达 30 米，非常适合自主无人机和工业应用。

2021年，Toppan收购了专门从事先进CMOS图像传感器设计的公司Brookman Technology。

如图所示，光波从传感器和物体反射和偏转，以便 ToF 传感器确定他的距离（左）。 Toppan 的 ToF 混合传感器可同时支持多达 256 个摄像头（右）。

对于传感器产品，Toppan利用 Brookmans 的短脉冲调制来预测可能威胁自主无人机或工业设备的障碍物。Toppman 说，加上 Toppan 的消光功能，混合 ToF 传感器可以扫描区域并承受 100,000 勒克斯的照度，相当于最亮的一天。

相比之下，意法半导体的 FlightSense 可以达到 400 厘米（4 米）的范围，明显低于Toppan最新的 ToF 原型。然而，ST 的解决方案侧重于改进 PC 中的摄像头，它不需要物体（人）和摄像头之间太远。 Toppan的目标是为自主无人机和工业设备添加更智能的 3D 图像传感，这将需要比 ST 的模型更长的范围。

ToF 传感器为智能门锁添加面部识别功能

TDK InvenSense 在 6 月宣布其 CH201 ToF 传感器已集成到 Kaadas 的新型高端智能门锁设计中。 Kaadas K9-5F 是一款 3D 人脸识别推拉门锁。 TDK 表示，通过在 TDK 的 ToF 传感器中进行设计，Kaadas 提高了物体识别能力，同时延长了智能锁的电池寿命。

TDK InvenSense 的 SmartSonic 技术可在 Kaadas 最新的智能门锁中实现面部识别。

SmartSonic 传感器嵌入了 MEMS PMUT（压电微机械超声换能器），它由薄硅膜和压电层组成。

一旦在压电层上施加电场，产生横波，PMUT 将传输该波，该波偏转物体并反射回 PMUT。该波在 PMUT 的薄膜上产生应力，该压力作为用于计算距离的数据接收。

据 TDK 称，SmartSonic CH201 传感器确保 Kaadas 智能锁的低功耗，并在任何环境照明下提供最远 0.8 米远的面部识别。这为 Kaadas 的门锁增加了另一种形式的安全性，总共有多达 6 种不同的开门方式。

ToF 传感器提供更简单的成像方法

在某些方面，ToF 传感器可以被认为是复杂成像或视觉系统的替代品。 ToF 传感器仅检测所需的 3D 数据，无需捕获和处理图像相关数据，因此实现起来更加简便。

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