剖析MEMS氣壓傳感器在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，氣壓傳感器是一類非常有用的MEMS器件。它們在物聯(lián)網(wǎng)（IoT）中有非常廣泛的應(yīng)用，從氣象監(jiān)測到室內(nèi)資產(chǎn)跟蹤。

壓力傳感器雖然不常被看見，但它們的影響無處不在。壓力傳感器有多種不同的應(yīng)用，其中最常見的應(yīng)用是氣象監(jiān)測。壓力傳感器現(xiàn)在已非常普遍。它現(xiàn)在可能就存在你的口袋里！是的，在你的手機(jī)里就有一個(gè)。你的手機(jī)使用壓力傳感器來協(xié)助跟蹤，獲取你的高度，并幫助跟蹤計(jì)算。這些傳感器的工業(yè)應(yīng)用包括受控的實(shí)驗(yàn)室和制造環(huán)境。壓力傳感器對IoT應(yīng)用非常有用，由于其低成本、低功耗和小尺寸，它們可以很容易地集成到任何系統(tǒng)中。

壓力傳感器的工作原理

MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）氣壓傳感器的工作原理主要有兩種。第一種原理是壓電效應(yīng)。壓電材料可以產(chǎn)生電流。當(dāng)它們受到外力的作用時(shí)，材料會(huì)產(chǎn)生形變，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象，在形變的兩端出現(xiàn)正負(fù)等量的電荷，這個(gè)過程可以用兩個(gè)不同的方程式來計(jì)算。首先，電流可以用來計(jì)算材料的形變程度，然后材料的形變可以用來計(jì)算外力大小，因此探測電流就可以計(jì)算出外力大小。當(dāng)然，這些計(jì)算也可以反向執(zhí)行。第二種原理是靜止系統(tǒng)的外力和為零。設(shè)想一個(gè)膨脹的氣球，當(dāng)這個(gè)氣球的收縮力等于氣球內(nèi)外的壓力差時(shí)，就確定了這個(gè)氣球的大小。壓力是施加在一定區(qū)域上的力，換句話說，氣球周圍的力是相等的。你可以通過將氣球推入水中來迫使氣球變小，因?yàn)樵谒聲?huì)有更大的外部壓力。如果你爬上一座山，氣球會(huì)變大，因?yàn)橥獠繅毫?huì)變小。這類MEMS壓力傳感器本質(zhì)上是一個(gè)空氣腔，其一側(cè)帶有類似氣球的柔性材料。當(dāng)傳感器位于氣壓較高的區(qū)域（例如低谷）時(shí)，膜就會(huì)由于外界壓力變大而被推向腔內(nèi)。當(dāng)傳感器位于氣壓低的區(qū)域（例如山峰），膜會(huì)從腔體中凸出。在這層膜上附有敏感材料。傳感器可以讀取材料（形變）產(chǎn)生的電流變化，然后通過該電流讀數(shù)計(jì)算出施加到膜上的壓力。接下來，因?yàn)榍粌?nèi)的壓力已知，那么傳感器就可以計(jì)算出外部壓力大小了。

IoT中的氣壓傳感器

MEMS氣壓傳感器因測量足夠精確，可用于各種應(yīng)用。其中之一是用于測量自行車的輪胎壓力，并在壓力變低時(shí)能發(fā)出通知。另一個(gè)應(yīng)用案例是將MEMS氣壓傳感器與濕度和溫度傳感器組合，“散布”于農(nóng)田區(qū)域，這主要是為了幫助農(nóng)民。該傳感器套件可用于收集天氣數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)經(jīng)過高級機(jī)器學(xué)習(xí)算法可以極其準(zhǔn)確地預(yù)測當(dāng)?shù)靥鞖?。天氣分析除了農(nóng)業(yè)，還有很多其它應(yīng)用。例如，天氣會(huì)影響空中和海上的旅行。如果知道何時(shí)會(huì)發(fā)生極端天氣，可以對基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行預(yù)防性保護(hù)。氣壓傳感器對跟蹤非常有用。

IoT解決方案開發(fā)和應(yīng)用領(lǐng)先廠商Leverege的定位引擎可以從氣壓傳感器獲取數(shù)據(jù)以優(yōu)化算法。除了能夠根據(jù)相對氣壓區(qū)分建筑物的樓層之外，這些傳感器還具有足夠的響應(yīng)能力來計(jì)算z向速度。在一些GPS信號不佳的場所，例如商場或體育場館中，許多地圖和跟蹤應(yīng)用結(jié)合了航位推算算法。因此，根據(jù)最后得知的GPS位置，航位推算利用傳感器確定的速度和航向信息可以計(jì)算出手機(jī)的位置。氣壓傳感器可以為航位推算提供大量垂直方向（z軸方向）的運(yùn)動(dòng)信息。如果知道任意時(shí)刻的z向速度，可以將計(jì)算簡化成一個(gè)水平的系統(tǒng)。除了提供z向信息，如果傳感器精度足夠，它可以用于臺(tái)階探測。

氣壓傳感器對IoT應(yīng)用極其有用。它們的價(jià)值源于低成本、低功耗和小尺寸。作為一種附加價(jià)值，氣壓傳感器很容易添加到任何IoT傳感器套件中。它們對普通人的日常生活最主要的影響是其在氣象監(jiān)測和室內(nèi)資產(chǎn)跟蹤方面的應(yīng)用。