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LPS33HW压力传感器是如何做到防水功能的

三星 Gear Fit2 Pro 是 Gear Fit 系列中第一款防水等级为 5 ATM 的设备,这部分归功于 ST 的新型 LPS33HW 压力传感器。Gear Fit2 Pro 受到媒体的好评,因为它继承了 2016 年推出的 Gear Fit2 的每个人都喜欢的东西,并通过添加游泳追踪器、持续心脏监测和带更安全扣的新表带等功能对其进行了改进,在许多其他人中。它也是为数不多的具有明亮 AMOLED 屏幕和内置 GPS 的腕带追踪器之一,事实证明这对于慢跑爱好者来说是必不可少的。

2017 年对于健身追踪器来说是具有里程碑意义的一年,因为专家们终于认识到了他们测量的精确性和可靠性。例如, 《消费者报告》承认“健身追踪器比以往任何时候都更准确” ,斯坦福大学医学院得出的结论是,他们的心率监测非常可靠。这些众多突破之所以成为可能,是因为传感器不断变得更加精确和强大。这一趋势的一个很好的例子是 LPS33HW,这是 ST 的气压计,它使用防水封装来确保新的应用,如跟踪游泳池中的划水和圈数,成为可能。

LPS33HW是如何防水的?

直到最近,压力传感器的结构还阻止它们在水下运行。这些设备测量大气压力以确定用户的高度,并计算该人是在爬楼梯还是从楼梯上下来,这对于活动跟踪器来说是必不可少的。为此,MEMS(微机电系统)气压计使用位于封装内部的薄膜,该薄膜会根据压力变化向上和向下弯曲。然而,为了使这样的系统成为可能,必须有一个通风孔让空气通过。事实上,完全密封的组件无法准确检测压力变化。

这种设计的问题在于,即使系统的其余部分是防水的,通风口也会让水进入封装,破坏薄膜并对下面的 IC 造成严重破坏。LPS33HW 以凝胶的形式巧妙地解决了这个问题。事实上,这种物质完全充满了气压计的内部,以防止水进入设备,但它不会对膜的运动产生负面影响,从而确保精确的测量。它还覆盖了将传感元件连接到 IC 的导线,保护它们免受环境影响,以保证传输信息的完整性。

为什么 LPS33HW 更强大?

然而,当工程师设计日常使用的健身追踪器时,仅对压力传感器进行防水是不够的。人们与恶劣的环境、严酷的温度和可能损坏保护压力传感器的涂层的化学物质接触。在许多竞争设备中,凝胶不能真正容忍外国代理在很长一段时间内的这些攻击。这些装置内的粘合剂软化,凝胶不再密封结构,导致寿命缩短、维护成本增加和性能下降。

为了避免这些问题,三星在其 Gear Fit2 Pro 中使用了 ST 的 LPS33HW。MEMS 中的凝胶耐氯、溴、盐水、肥皂和清洁剂。因此,使用 Gear Fit2 Pro 在公共游泳池或海上游泳,或者只是每天洗澡都不会影响其完整性或使用寿命。ST 自己的测试证明,当传感器暴露在这些化学物质中时,其性能绝对不会随着时间的推移而退化或退化。事实上,LPS33HW 非常可靠,它也适用于工业应用,例如燃气表。此外,由于该组件在 –40 ºC 至 +85 ºC 的温度范围内运行,Gear Fit2 Pro 用户真的没有什么好担心的。

为什么 LPS33HW 更准确?

精度也是 MEMS 气压计的一个基本方面,但并非所有设备都相同。正如我们所见,放置在 IC 顶部的薄膜会根据大气压的变化而弯曲。为了量化元件的变形,制造商在这个膜片上放置了一个惠斯通电桥,当它向上或向下移动时,系统会检测电阻的正负变化以确定压力变化。同样重要的是,该设备集成了一个温度计来监测有时在不同海拔处可能发生的温度变化,这将用于补偿初始读数并提供更准确的结果,这要归功于 LPS33HW 的嵌入式补偿算法。

LPS33HW 提供了极高的精度,因为与其他竞争设备不同,它使用能够感应电阻最轻微变化的压敏电阻,从而提供令人难以置信的更精确的结果。这就解释了为什么该设备的压力范围很宽,从 260 hPa 到 1,260 hPa。事实上,ST 的气压计经常出现在我们之前在 Life.Augmented 博客中介绍的多运动 PIQ 传感器等设备中,因为该公司的压阻式结构提供了出色的精度。此外,LPS33HW 的 IC 能够输出 24 位值并达到 75 Hz 的输出数据速率 (ODR),这意味着应用程序将有连续的精确数据流来做出关键决策并计算将塑造用户的结果经验。

三星和您的 ST 优势

规格只是拼图的一部分。他们不会告诉您的是 ST 如何设计其产品以促进工程师和制造商的生活,无论他们生产的数量和设备如何。例如,制造过程将在焊接过程中将压力传感器置于极端高温下。这将导致传感元件弯曲,一个通用组件大约需要 7 天才能恢复并能够再次输出准确的信息。然而,LPS33HW 是独一无二的,因为它的焊接漂移仅为 ±2 mbar,相当于竞争产品的一半。因此,失真少得多,ST 设备能够在 72 小时内恢复。结果,生产时间减少,制造商可以更快地运送他们的产品。

为了帮助工程师更快地开发他们的应用程序,ST 提供了适用于 AndroidLinux 的硬件抽象层,其中包括设置 LPS33HW 以及捕获和解析其数据所需的驱动程序和框架。STEVAL-MKI183V1 评估板也在开发中。它将包含一个 LPS33HW 并位于 MEMS 开发工具之上,例如STEVAL-MKI109V3,以提供一种非常经济实惠的方式来开始测试气压计、处理应用程序和启动设计。这对于必须快速有效地开始原型设计的小型团队来说尤其重要。因此,ST 压力传感器的美妙之处在于它能够在像 Gear Fit2 Pro 以及下一个 Kickstarter 项目这样的大型且令人印象深刻的消费设备中感到宾至如归。

审核编辑:郭婷

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