傳感器（Sensor），是指將收集到的信息轉(zhuǎn)換成設(shè)備能處理的信號(hào)的元件或裝置。傳感器收集轉(zhuǎn)換的信號(hào)（物理量）有溫度、光、顏色、氣壓、磁力、速度、加速度等——這些利用了半導(dǎo)體的物質(zhì)變化，除此之外，還有利用酶和微生物等生物物質(zhì)的生物傳感器。

近年來(lái)，隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、智能制造、人工智能等領(lǐng)域的加速發(fā)展，“智慧城市”、“智慧醫(yī)療”、“智能制造”等關(guān)鍵詞頻繁刷屏網(wǎng)絡(luò)，全球城市正徐徐向創(chuàng)新化、智能化、規(guī)?；姆较蜻~步，其中的核心關(guān)鍵部件之一就包括傳感器。作為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)最重要的數(shù)據(jù)采集入口，傳感器將迎來(lái)巨大的發(fā)展良機(jī)。

全球傳感器市場(chǎng)在這幾年呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)，該市場(chǎng)的主要增長(zhǎng)來(lái)自于可穿戴設(shè)備傳感器、MEMS傳感器、生物傳感器等新興傳感器。

從市場(chǎng)格局上看，傳感器市場(chǎng)以愛(ài)默生、博世、西門子、意法半導(dǎo)體、霍尼韋爾等國(guó)外公司占據(jù)較大的市場(chǎng)份額，中國(guó)大陸具有一定影響力的公司目前主要有歌爾股份、華工科技、兆易創(chuàng)新等。

隨著傳感器在工業(yè)、汽車電子以及智能設(shè)備中發(fā)揮作用越來(lái)越大，各國(guó)對(duì)于其發(fā)展越發(fā)重視。據(jù)國(guó)務(wù)院“十四五”數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃，以傳感器、量子信息、集成電路等戰(zhàn)略性前瞻領(lǐng)域?yàn)橹埸c(diǎn)，傳感器領(lǐng)域相信會(huì)成為了企業(yè)攻向的焦點(diǎn)。

不過(guò)，由于傳感器是技術(shù)密集型行業(yè)，技術(shù)壁壘相對(duì)較高，這對(duì)行業(yè)的進(jìn)入者會(huì)形成一定阻礙。相比美國(guó)、日本以及德國(guó)等技術(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家，國(guó)內(nèi)傳感器產(chǎn)業(yè)仍面臨不小的挑戰(zhàn)。

通常情況下，從完成技術(shù)開(kāi)發(fā)、技術(shù)突破到實(shí)現(xiàn)規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，行業(yè)新進(jìn)入者至少需要五年以上時(shí)間積累。

而湃睿團(tuán)隊(duì)在融合傳感器領(lǐng)域深耕了20年，從差分延遲鏈陣列、高性能模擬電路在混合信號(hào)領(lǐng)域的探索和實(shí)踐，到激光顆粒物、NDIR一氧化碳、二氧化碳、甲烷傳感器，以及激光雷達(dá)讀出電路的開(kāi)拓，都是伴隨物聯(lián)網(wǎng)以及工業(yè)4.0的實(shí)際需求而開(kāi)拓的。

湃睿致力于在融合傳感器領(lǐng)域?yàn)榭蛻籼峁└呒?、高性能、成本可控的芯片及系統(tǒng)方案，在接觸式應(yīng)力應(yīng)變、高精度電容式氣壓、激光雷達(dá)讀出、光學(xué)及NDIR氣體傳感器等領(lǐng)域發(fā)力，為消費(fèi)、工業(yè)、汽車、醫(yī)療、航空航天等多個(gè)行業(yè)提供媲美全球領(lǐng)先品牌的本土選擇。

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基于湃睿的PMDS-F4液位傳感器方案

液位測(cè)量廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子、工業(yè)過(guò)程、汽車及醫(yī)療等領(lǐng)域。由于場(chǎng)景的復(fù)雜性和多變性，例如高粘度、雜質(zhì)、泡沫、腐蝕性等等，傳統(tǒng)的機(jī)械方案 正日益被高可靠、高穩(wěn)定且安裝調(diào)試簡(jiǎn)單、尺寸緊湊、應(yīng)用多樣的測(cè)量方式所取代。

下圖（1）-（3）為一種接觸式油位計(jì)方案的保護(hù)套管示意圖、電容傳感器 PCB 實(shí)物圖，

以及 PMDS-F4 電路板實(shí)物圖。

通過(guò)鋁套管保護(hù)狹長(zhǎng)的電容傳感器 PCB 不受劇烈的振動(dòng)影響，套管底部和套管壁開(kāi)有導(dǎo)油孔，以保持套管內(nèi)與油箱內(nèi)的油位持平（連通器原理）。

PMDS-F4 支持多種電容傳感器形式，包括單端單極、單端雙極、浮動(dòng)雙極，分別如下圖所示。

單端單極、單端雙極、浮動(dòng)雙極電容傳感器

單端單極：只有一個(gè)測(cè)量極板，可以使用同軸鋁棒，簡(jiǎn)單方便，但是需要校準(zhǔn)/標(biāo)定，無(wú)法自適應(yīng)介質(zhì)變化；單端雙極：包括一個(gè)測(cè)量極板和一個(gè)參考極板，通過(guò)一次標(biāo)定后可以消除電容基底，自適應(yīng)介質(zhì)變化；浮動(dòng)雙極：數(shù)學(xué)模型與單端雙極基本一致。

技術(shù)原理

PMDS-F4 是一顆內(nèi)置微處理器的高靈敏度、高分辨率、超低功耗電容測(cè)量片上系統(tǒng)，基

于業(yè)界領(lǐng)先的差分延遲鏈陣列（Differential Delay Chain Matrix）技術(shù)，支持單端、浮地、單端差分、浮地差分四種測(cè)量模式。片內(nèi)微處理器可以用于溫度補(bǔ)償、線性化處理等，通過(guò) SPI / IIC 端口輸出數(shù)字信號(hào)，或通過(guò) PWM / PDM 輸出模擬信號(hào)。

應(yīng)用描述

傳統(tǒng)的（汽車、摩托車）油位計(jì)大多采用機(jī)械浮子原理，通過(guò)霍爾（Hall）器件或干簧管 （reed switch）感知浮子所處的位置，由微處理器（μP）計(jì)算得出油位高度。這一機(jī)械方案的優(yōu)勢(shì)在于其成熟和穩(wěn)定性，主要劣勢(shì)包括以下：

分辨率/精度相對(duì)較差，一般為厘米（cm）等級(jí)；機(jī)械浮子和聯(lián)動(dòng)結(jié)構(gòu)，受燃油中的雜質(zhì)沉積，影響靈敏度與準(zhǔn)確性；油位接近油箱底部時(shí)，機(jī)械浮子和聯(lián)動(dòng)結(jié)構(gòu)容易受損（振動(dòng)與撞擊）；異形油箱（比如摩托車等），無(wú)法自適應(yīng)；大型油箱（比如客貨車等），感應(yīng)元件成本極高；干簧管為內(nèi)部真空結(jié)構(gòu)，儲(chǔ)運(yùn)和使用過(guò)程中存在相當(dāng)比例的損毀。

使用高靈敏度、高分辨率 / 精度、超低功耗的電容測(cè)量片上系統(tǒng) PMDS-F4 實(shí)現(xiàn)單端雙極式電容油位計(jì)，至少具備以下優(yōu)勢(shì)：

分辨率/精度最高可達(dá)毫米（mm）等級(jí)；燃油自適應(yīng)，不受介質(zhì)（介電常數(shù)）變化影響；無(wú)可動(dòng)部件，無(wú)磨損或者部件卡住的情況；不易受雜質(zhì)沉積影響；參考/測(cè)量極板（電容傳感器）可以使用普通的 PCB 覆銅，成本可控。

完整樣品包括屏蔽套管、電容傳感器、后端處理電路等如下圖所示。

電容油位計(jì)

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