在汽车快速向智能化迈进的进程中，传感器尤为关键。而智能无源传感器为无处不在的感测带来了新的选择，可以监测压力、温度、湿度或距离，消除了体积、功耗和成本等传统的智能传感器考虑的问题。相较现有传感器，智能无源传感器有诸多优势：现有传感器需在每个PCB上放置检测传感器、电源、控制及通信芯片、单片机等，因而体积尺寸大，成本高，需要维护;而智能无源传感器的每个节点为被动发现智能标签电源，单片机及数据处理都放在独立的阅读器上，无需电池，尺寸小，像胶带一样薄，每个阅读器可支持多个标签，因而成本低，无需维护。此外，设备设计人员现在可以将智能系统和物联网扩展到过去难以接近的区域和应用中，而不受尺寸的限制或价格的制约。

对先进技术和物联网(IoT)的日益依赖，推动了对传感器的需求，这些传感器可方便地从少量到大量部署，并且提供低扩展成本和免维护。

技术的进步使许多不同类型设备之间的互联成为可能。始于智能手机的互联已经演变成温控器、家电、车辆和其它被称为物联网(IoT)设备的联网。物联网由通过各种接口来回传输数据的许多设备组成，无线云接口是最常见的接口。随着互连设备数量不断增长，对更多数据的需求也随之增长。

产生数据的来源很多，电子传感器通常用于收集互联设备的数据。传感器是一种将物理或环境特性如温度和湿度转换成电信号的器件。
对数据的需求推动了不同类型传感器市场的增长，如为系统提供工作所需数据的温度、湿度、压力和距离传感器。由于物联网以前所未有的动能处理来自不同渠道的的数据，电子传感器将更加普及。据 Markets and Markets研究，全球传感器市场预计将在2022年超过380亿美元。从更多地点获取更多传感器数据的需求将推动新型传感器的开发，这些传感器体积更小、功耗和成本更低，并且易于大量和在狭小空间部署。

电子传感器结构

传统的电子传感器无论设计怎样，都包含相同的功能模块。传感器的核心模块是实际的感测元件。感测元件是传感器的一部分，它对传感器环境作出响应，并将环境条件转换为电参数。除了感测元件，传感器还需要电源用于传感器内部的电子元件和数据处理及互联电路。大部分电子传感器包括感测元件、电源模块和位于每个感测节点的数据处理模块。随着需要更多的感测数据，扩展到多个感测节点所需的成本成为一些应用的障碍。传感器电源和通信模块所需器件的物理尺寸限制了小尺寸传感器的选用，而由电池供电的传感器涉及维护和环境问题，这也限制了传感器在某些应用中的部署。传统的电子传感器的成本和尺寸限制了传感器网络的扩展或进行智能感测的多传感器系统或一次性传感器的部署，阻碍了物联网的进一步发展。

所以需要一种替代方法，最理想的是不用依赖笨重又昂贵的电池、微控制单元(MCU)及相关电路。许多连接的传感器大部分时间都处于待机或睡眠模式以延长电池使用时间，仅在被唤醒与主机系统交换小数据包期间，才需要电源和智能。如果传感器可以暂时由外部电源供电，并且大部分数据处理都在外部完成，便可实现具性价比的传感器网络的扩展，并使多感测传感器或一次性传感器等创新在经济上可行。

有一种技术可以提供解决方案：无线无源传感器已经可由存储器加载，通过无线阅读器询问或重写，并由阅读器传输的RF场中的能量激活。传统的RFID通信标准已得到验证，是稳定可靠的，提供了将感测功能与传统电子传感器所需的电源和控制电路分开的、开发新的智能无源传感器的强大平台。

智能无源传感器 智能无源传感器可以更大地发挥RFID技术和标准所具的潜力，以支持便利和高能效的无线数据交换。图1显示了智能无源传感器的关键功能元件，包括天线、刺激检测器和传感器块控制IC，通过集成一个印制天线和刺激检测回路及一个射频IC来实现无源传感器标签功能。

智能无源传感器使用行业标准UHF Gen 2协议进行通信，并且可以用合适的RFID阅读器读取。一些固定或手持式商用阅读器已经通过了标签和功能验证。安森美半导体的智能无源传感器生态系统提供了一种电池供电的便携式阅读器，内置天线、图形用户接口和物联网互联功能，可作为收集传感器标签数据的中枢。

当阅读器启动通信时，自调节传感器IC通过测量刺激回路中的阻抗变化来检测湿度或压力，并将这些数据以及来自片上温度传感器的数字化温度数据发送给阅读器。传感器监测几个参数，包括检测距离、运动或存在的接收信号强度（RSSI）以及温度和湿度。每个传感器还有一个可编程的EPC代码作为唯一的识别标识。RFID前端自动补偿环境变化，以感测湿度、压力和其它参数。

图1：智能无源传感器将RFID技术与无源、无MCU的先进感测块结合起来。

典型应用

低成本或一次性无源传感器可使大量重要的应用受益。例如，通过监测数据中心服务器机架内或工业电源开关内高功率断路器连接处多个位置的温度，可以监控温度变化趋势，快速检测异常升高的温度，以便进行预防性维护或采取纠正措施。智能无源传感器直接连接到金属外壳、器件封装或散热片等部件，可对所有传感器射频范围内的阅读器发出的周期性询问作出响应。

图2所示的监控策略基于智能无源传感器和连接到云的RFID阅读器/收发器，可以提供比人工测温或热成像等其它方法更即时、更具性价比的保护设备的方法。

图2：多个智能无源传感器可以高性价比地监测几个地点的温度。

无源智能传感器标签也适用于数字农业应用，例如在牲畜监测应用中可以检查牲畜疾病或验证牲畜排卵周期。农民还使用RFID标签进行动物识别和跟踪，可注射标签的行业标准已经确立。通过在设备或系统方面增加投资，智能无源传感器帮助进一步改善动物健康、提高养殖业产量。

同样，使用智能无源传感器进行湿度或压力检测已在医疗、工业测试以及汽车舒适性和安全性等方面得到应用。在医疗领域，湿度传感器可以不显眼地附着在医院床单上来检测病人的入住率和床位余量，非侵入式温度传感器可以连接到病人的皮肤（图3），并使用附近的阅读器无线监测。

图3：无线体温传感器标签快速启用，舒适又方便。

更多的应用包括汽车行业中的漏水测试：在漏水测试开始前将一组智能无源传感器快速、高效地安装在汽车中，免除了费力的人工探测，同时简化了数据收集和分析。
此外，一个智能无源传感器阅读器可读取上千个传感信息，所以在车上仅需要一个阅读器配以多个天线就可满足很多传感需求，如液位检测、胎压监测(TPMS)、温度检测、座椅检测、雨刮、室内空气及前大灯湿度/漏液检测等。

图4：一个阅读器满足无限车载传感器应用需求

座椅检测

座椅检测是通过传感器来实现保障乘员安全的系统。常用的座椅检测系统基于重量或压力进行判断，任何物体如一袋食品杂货，也会触发安全带警告，误判率比较高。
安森美半导体新推出的智能无源传感器方案中，无线传感器标签被嵌入座椅内(湿度传感器标签嵌入椅背，压力传感器标签嵌入座垫)。湿度标签通过人体检测元素可确定座椅上是否有人，消除物品触发安全带警示的麻烦，提升可靠性;压力标签通过体重检测确定乘客的体型大小，并可将乘员坐姿反馈至智能安全气囊控制单元以优化气囊释放角度来增强安全性。该方案可检测车内剩余座位数，可扩展到对后排座椅和儿童安全座椅的检测，并且多个座椅共用一个控制单元(阅读器)进行控制，嵌入式无源湿度传感器无需任何线束和接插件。

图5：座椅检测传统方案(左) vs.智能无源方案(右)

 液位检测

汽车液位检测包括对燃油箱油量、机油液位、制动液液位及酸性液体液位等的检测。市场上当前的汽车液位检测系统需要连接电线到水槽内部。

而安森美半导体的智能无源传感器可使水槽中没有任何引线及电气问题：用流体的介电常数进行液位检测，可以检测多种液体包括水、煤气、汽油、机油、溶剂酸等等 ，贴合式的湿度传感器放置在水槽的外部，传感器标签最长不超过4英寸，长距离测量可使用多个标签，通过检测连通管道可实现精确测量，两个传感器分别安装在上端和下端，通过介电常数的变化进行检测(例如气体混合物)。

图6：液位检测市场当前方案(左) vs. 智能无源传感器方案(右)

雨量传感器 - 自动雨刮启动控制

当前汽车使用的雨刮控制系统基于阳光折射，易受干扰而触发误动作。而创新的智能无源传感器使用湿度检测，可覆盖挡风玻璃更宽的区域，可将多个湿度传感器标签贴于挡风玻璃上不同位置，检测挡风玻璃上高介电常数的水，挡风玻璃上传感器的数量可以通过标定确定，光感可以不同的传感器进行检测。下一代产品可将天线内嵌到玻璃内部进行安装，利用两脚之间的传感器引擎检测电阻抗变化，实现仅需一个传感器的智能雨刮控制。

图7：智能雨刮

区域无线温度监控

当用于区域无线温度监控时，现有的温度传感器都是有引线的、有源的，且安装位置受限制。创新的智能无源传感器能用于多个区域无线温度监控，唯一的RFID识别码支持自动识别，阅读器与车内网关相连，自动空调系统可实时读取数据进行自动高精度控制，内建 -40 ℃至 +85 ℃ (+/- 1 ℃精度) 测量范围，下一代产品将支持125℃以上的温度。

总结

智能无源传感器为无处不在的感测带来了新的选择，可以监测压力、温度、湿度或距离，消除了体积、功耗和成本等传统的智能传感器考虑的问题。设备设计人员现在可以将智能系统和物联网扩展到过去难以接近的区域和应用中，而不受尺寸的限制或价格的制约。

关键词:智能无源 传感器 测量

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编辑：仪商网

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