传感器技术的未来

白皮书

设计微型传感器的重要技巧

在设计像瓢虫一样小的传感器时,有一些独特的设计挑战应该是不足为奇的。

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最初与 FierceElectronics 合作发布的内容

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随着设计工程师不断寻求将更多功能打包到更小的空间中,传感器的尺寸不断缩小。物联网 (IoT) 的崛起正在加速这一趋势,它增加了一系列设备的智能性和连接性,并刺激了新应用的发展。

 

在物联网应用领域,人们需要使用越来越多的传感器从系统、流程和事件中收集重要信息及数据,而设计这些产品的工程师有一个共同点:他们都在寻找将更多功能打包到更小空间中的方法。

 

这导致了微型传感器创新,包括开发多传感器模块,以及使用具有机械强度和结构完整性的轻质材料,而小封装尺寸需要承受最严苛环境的严峻考验。

 

微型传感器比大型传感器具有更多优点。但是,为了让它们在应用中成功运行,它们的体积必须小巧,这就要求工程师在设计它们时要注意几个方面。

 

对于一些工程师来说,这些观点听起来不过是常识。事实上,由于设计人员没有考虑到所有这些问题,有很多产品在市场上失败,或者没有达到应有的效率。

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1.确保传感器实际测量它应该测量的物体。

许多(不是大多数)设计都需要微型传感器占用空间小,这意味着每个元件彼此需要非常靠近。因此,工程师必须格外小心,以确保能够实际进行预期的测量。在可行的情况下,传感器应该直接连接到目标,否则传感器将只从它恰好最接近的物体进行测量。在某些情况下(例如自动调温器中的传感器设计为测量空气温度),所安装的传感器可能需要与 PCB 上的其他元件保持合理的距离。一种方法可能是在传感器周围挖一条由低导电性材料制成的壕沟,并在机柜中创建开口,使空气流通。

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2.要特别注意传感器预期在哪种环境中工作,并确保其受到充分保护。

传感器封装材料的创新持续不断,这使得微型传感器在许多不同的条件下具有所需的稳健性。但是物联网的出现使得在对电子设备更不友好的位置安装传感器成为可能。了解和规划传感器预期运行的环境类型和条件有助于防止以后出现问题。天气闷热,环境脏乱、潮湿或者道路泥泞?颠簸、振动和冲击呢?会有人不小心把设备掉到马桶里吗?在某些应用领域,微型传感器可能需要一些额外的保护,只要提前规划好,这种保护就可行。还要记住,传感器领域并没那么简单。传感器必须连接到两个截然不同的环境 - 它必须连接到电气环境,并且必须连接到物理环境,以在其中测量物理参数。这两个环境可能非常不同,甚至存在需要满足的相互矛盾的要求。

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3.通过挖掘传感器和设计中其他元件承担双重任务的机会,节省空间。

多传感器模块能否完成工作?传感器制造商在压缩空间和增加可测量参数的数量方面取得了长足的进步,通过将多个传感器组合到单个多传感器模块中,所需的空间比使用单个传感器要小。例如,在使用两个传感器测量相对湿度和温度的模块中,还可以计算露点,从而可从两个传感器测量三个参数,而它们全部在一个封装中。为了减少某些电子设备所需的开销,还有一种趋势,即由传感器本身来满足系统的计算需求。我们期待看到更多的智能传感器进入市场,这些传感器能够分析信号并根据结果做出本地决策。某些传感器目前正处于现场测试阶段。在某些情况下,包装或许能够执行双重任务,从而节省宝贵的空间。例如,如果电子元件需要电磁屏蔽,则可以使用同时提供结构完整性和屏蔽功能的材料制作包装物。

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