溫濕度傳感器發(fā)展
早期由于技術(shù)各方面的限制，傳感器并不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)測(cè)量溫度和濕度這兩個(gè)功能，所以在早期我們?yōu)榱藴y(cè)得溫度和濕度兩個(gè)重要參數(shù)，不得不同時(shí)使用溫度傳感器和濕度傳感器。
人類發(fā)明的最早期的就是溫度計(jì)，溫度計(jì)測(cè)溫的原理是利用液體受熱膨脹，利用液體柱的高度對(duì)應(yīng)溫度的刻度來衡量當(dāng)前溫度值，這種溫度計(jì)的缺點(diǎn)是量程有限、精度有限。早期的濕度傳感器有簡(jiǎn)單的濕敏電阻或者濕敏電容制作而成，濕敏電阻和濕敏電容測(cè)濕度的原理是由于濕敏電阻上面有覆蓋一層高分子膜，這層膜會(huì)隨著環(huán)境濕度的變化而影響濕敏電阻的電導(dǎo)值或者濕敏電容的電容值，正式利用這種特性來完成了早期濕度傳感器對(duì)環(huán)境相對(duì)濕度的測(cè)量。
隨著科技的慢慢發(fā)展。后來的溫度傳感器上升到了現(xiàn)在仍然廣泛被利用的DS18B20，他相對(duì)于簡(jiǎn)單的溫度計(jì)來說具有精度高，抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。此時(shí)的DS18B20溫度傳感器內(nèi)已經(jīng)內(nèi)置計(jì)數(shù)器、存儲(chǔ)器等現(xiàn)代先進(jìn)集成模塊。而這時(shí)的濕度傳感器也慢慢的走向集成化，比如SHT11濕度傳感器，此時(shí)的濕度傳感器分為線性電壓輸出式集成濕度傳感器、線性頻率輸出集成濕度傳感器、頻率/溫度輸出式集成濕度傳感器三大類。這個(gè)時(shí)期的溫度傳感器和濕度傳感器已經(jīng)算是技術(shù)發(fā)展的象征。
幾年前，國(guó)外的溫濕度傳感器已經(jīng)達(dá)到了巔峰水平，而我國(guó)由于科技的制約，只能使用進(jìn)口溫濕度傳感器去彌補(bǔ)我國(guó)大棚溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)中智能化程度的不足。但是使用進(jìn)口設(shè)備有很多局限性，且性價(jià)比不高。鑫芯電子科技有限公司在研究國(guó)外進(jìn)口溫濕度傳感器之后，利用先進(jìn)科學(xué)技術(shù)以及少部分進(jìn)口元器件，研發(fā)出了X2W850-H1無線溫濕度傳感器，不僅有效的解決了大棚溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)智能化的問題，并且能夠做到利用無線信號(hào)傳輸實(shí)時(shí)監(jiān)控信息，為推進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)大棚的發(fā)展貢獻(xiàn)了十足的動(dòng)力。
溫濕度傳感器發(fā)展趨勢(shì)
近年來，隨著智能手機(jī)、平板電腦等移動(dòng)設(shè)備的迅速發(fā)展，其中內(nèi)置的微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）的比例越來越高。 “目前，我們公司的傳感器每年的出貨量已經(jīng)超出了幾千萬片，全球業(yè)務(wù)增長(zhǎng)幅度近年來都在40%左右。”總部位于瑞士的深圳盛思銳（Sensirion）公司總經(jīng)理Paul Chia表示，作為全球領(lǐng)先的傳感器制造商，盛思銳公司早在八年前就已經(jīng)進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)，并向中國(guó)廠商推廣溫濕度傳感器。
“我們的產(chǎn)品在中國(guó)市場(chǎng)主要分三大應(yīng)用：第一是安防監(jiān)控；第二是節(jié)能，普遍應(yīng)用到家電，汽車等領(lǐng)域；第三則是舒適度，主要應(yīng)用于消費(fèi)類電子產(chǎn)品領(lǐng)域。”在2009年，盛思銳公司推出了一款當(dāng)時(shí)世界上最小的數(shù)字濕度和溫度傳感器——SHT21，引起市場(chǎng)廣泛關(guān)注。
一直以來，盛思銳在推廣溫濕度傳感器的過程中，都非常注重于宣傳舒適度概念。“之前的客戶只有溫度的概念，而沒有濕度概念。其實(shí)相對(duì)濕度是與溫度密切相關(guān)的，只有對(duì)同一測(cè)量點(diǎn)的濕度和溫度進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，才能保證相對(duì)濕度的準(zhǔn)確性。”Paul Chia表示，人體對(duì)空氣濕度的舒適感應(yīng)空間較窄，因此需要通過感應(yīng)器來感知濕度，隨時(shí)補(bǔ)充或降低水分。
在2009年，盛思銳公司推出了一款當(dāng)時(shí)世界上最小的數(shù)字濕度和溫度傳感器—SHT21，引起市場(chǎng)廣泛關(guān)注。 盛思銳是業(yè)內(nèi)第一家將溫、濕度傳感器集成到一起的廠商。“我們不僅僅是提供一個(gè)感應(yīng)器，而是把溫度補(bǔ)償和標(biāo)定數(shù)據(jù)都集成在一個(gè)電路里面。我們的溫濕度傳感器在出廠前都經(jīng)過完全標(biāo)定，客戶只需將其跟單片機(jī)通訊就可以直接采集到數(shù)據(jù)。
”據(jù)介紹，溫濕度傳感器作為電子技術(shù)和物理化學(xué)原理的復(fù)合技術(shù)，硬件因素只占其中50%，另一個(gè)重要因素則是標(biāo)定。如果要保證測(cè)出來的值是準(zhǔn)確的，則需要保證每次檢測(cè)的標(biāo)定值永遠(yuǎn)在一個(gè)固定范圍內(nèi)，這是非常難做到的。一般來說，由于標(biāo)定需要大量的數(shù)據(jù)來測(cè)試，只有產(chǎn)品出貨量越大，產(chǎn)品穩(wěn)定性才會(huì)越好。“由于一些小型IC廠商出貨量較小，所以很難保證測(cè)量數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和精準(zhǔn)度”。
據(jù)了解，溫濕度感應(yīng)器目前主要分為電阻式、電容式兩種，相對(duì)來說電容式的精準(zhǔn)度比較好，感應(yīng)速度非常快，但是在水分的侵蝕下容易氧化。由于盛思銳采用了獨(dú)特的的電極分布和鍍膜技術(shù)，使得感應(yīng)器不僅不會(huì)氧化，還能很快吸收水分子。“基本上每一個(gè)廠家的濕度傳感器都存在一個(gè)問題，進(jìn)水容易損壞。
我們的傳感器在水分蒸發(fā)后可以迅速還原，電阻式傳感器無法做到這一點(diǎn)。”針對(duì)手機(jī)市場(chǎng)，應(yīng)用匱乏成普及最大阻礙 Paul Chia認(rèn)為，未來的傳感器市場(chǎng)尤其是在消費(fèi)電子及物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域擁有廣闊前景。當(dāng)然在具體應(yīng)用中，也面臨一些需要解決的問題，“物聯(lián)網(wǎng)方面，客戶希望一塊紐扣電池可以為傳感器供電達(dá)4年之久，另外多種傳感器的組網(wǎng)和無線傳輸方式也是一個(gè)問題。”但在手機(jī)行業(yè)的市場(chǎng)推廣過程中，Paul Chia意識(shí)到，阻礙智能手機(jī)廠商采用溫濕度傳感器的主要原因，可能并非來自傳感器本身。 “我們的產(chǎn)品能提供溫濕度參數(shù)，但是怎樣使其轉(zhuǎn)化為手機(jī)用戶的有利信息？”在日本，針對(duì)溫濕度傳感器的應(yīng)用開發(fā)已經(jīng)走在了前列。
盛思銳的溫濕度傳感器已被應(yīng)用于日本某知名品牌手機(jī)當(dāng)中。筆者猜測(cè)，相關(guān)數(shù)據(jù)可能會(huì)被NTT、DOCOMO等運(yùn)營(yíng)商賣給氣象臺(tái)或商家來進(jìn)行分析。在中國(guó)，包括海爾、聯(lián)想在內(nèi)的手機(jī)廠商也開始了一些嘗試，針對(duì)農(nóng)村市場(chǎng)已經(jīng)推出了可以顯示溫濕度的手機(jī)，可以幫助農(nóng)民更便捷地了解氣候變化。“未來我們還可能在一些針對(duì)老人的手持設(shè)備中加入溫濕度傳感器，提醒他們及時(shí)補(bǔ)充水分和調(diào)節(jié)空間溫濕度。” 在消費(fèi)電子領(lǐng)域，溫濕度傳感器的傳統(tǒng)應(yīng)用是天氣預(yù)報(bào)以及室內(nèi)監(jiān)測(cè)，例如盛思銳三年前在香港做的“weather station”，通過一個(gè)顯示屏顯示日期、時(shí)間、溫度和濕度。手機(jī)中如果僅僅集成這種應(yīng)用，消費(fèi)者是否愿意為增加的成本買單？ “在接觸國(guó)內(nèi)手機(jī)客戶的過程中，他們對(duì)我們的產(chǎn)品其實(shí)很看好，唯一的疑問是手機(jī)還缺少相關(guān)應(yīng)用。
很遺憾的是，如果沒有大型國(guó)際品牌手機(jī)廠商先使用，國(guó)內(nèi)二、三線手機(jī)廠是不會(huì)貿(mào)然嘗試的。”Paul Chia透露，近段時(shí)間他基本上遍訪了國(guó)內(nèi)排名前十位的智能手機(jī)廠商及IDH公司，但是最終還是確定先與日韓和歐美的幾家國(guó)際品牌廠商開始合作。他同時(shí)表示，隨著Windows 8、Android 4.0增加了對(duì)于溫濕度傳感器的API支持，相關(guān)的第三方應(yīng)用開發(fā)者將可以在此基礎(chǔ)上開發(fā)大量的應(yīng)用軟件。而一旦幾家國(guó)際公司率先應(yīng)用，將很快在國(guó)內(nèi)形成更加完善的生態(tài)系統(tǒng)。
當(dāng)然，如果要針對(duì)中國(guó)手機(jī)市場(chǎng)，成本是不得不考慮的一個(gè)因素，目前溫濕度傳感器在成本上仍然過高。“我們也意識(shí)到手機(jī)行業(yè)很多時(shí)候‘興奮點(diǎn)’在1美金以下，而目前業(yè)界同樣產(chǎn)品的價(jià)格還達(dá)不到興奮點(diǎn)，所以我們也在研發(fā)一些體積較小、功耗較小、成本較低的產(chǎn)品。”Paul Chia表示，用于消費(fèi)類電子產(chǎn)品上的傳感器精度可能并不需要達(dá)到那么高，他認(rèn)為5%濕度精度、0.5℃溫度精度已經(jīng)可以滿足客戶需求。隨著傳感器價(jià)格的持續(xù)降低，相信未來不只是高端手機(jī)，包括中、低端的智能手機(jī)都會(huì)考慮加入這一功能。
溫濕度傳感器是傳感器網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的一種。2009年，當(dāng)時(shí)世界上最小的數(shù)字濕度和溫度傳感器，引起市場(chǎng)廣泛關(guān)注。不僅僅是提供一個(gè)感應(yīng)器，而是把溫度補(bǔ)償和標(biāo)定數(shù)據(jù)都集成在一個(gè)電路里面。溫濕度傳感器在出廠前都經(jīng)過完全標(biāo)定，客戶只需將其跟單片機(jī)通訊就可以直接采集到數(shù)據(jù)。而現(xiàn)在，溫濕度傳感器基本上都是以這樣的模式在市面上流通，追求更小更方便滿足集成電路是未來溫濕度傳感器廠家要研究的方向。
溫濕度傳感器作為電子技術(shù)和物理化學(xué)原理的復(fù)合技術(shù)，硬件因素只占其中50%，另一個(gè)重要因素則是標(biāo)定。如果要保證測(cè)出來的值是準(zhǔn)確的，則需要保證每次檢測(cè)的標(biāo)定值永遠(yuǎn)在一個(gè)固定范圍內(nèi)，這是非常難做到的。精度高，性能穩(wěn)定一直是溫濕度傳感器的硬性指標(biāo)。