隨著科技越來越發達,依靠我們自身的感覺器官獲取的信息已經難以滿足人們生產活動需求。為適應這種情況,就需要傳感器。因此可以說,傳感器是人類五官的延長,又稱之為電五官。
新技術革命的到來,世界開始進入信息時代。在利用信息的過程中,首先要解決的就是要獲取準確可靠的信息,而傳感器是獲取自然和生產領域中信息的主要途徑與手段。
在現代工業生產尤其是自動化生產過程中,要用各種傳感器來監視和控制生產過程中的各個參數,使設備工作在正常狀態或最佳狀態,并使產品達到最好的質量。因此可以說,沒有眾多的優良的傳感器,現代化生產也就失去了基礎。
智能設備是指任何一種具有計算處理能力的設備、器械或者機器。功能完備的智能設備必須具備靈敏準確的感知功能、正確的思維與判斷功能以及行之有效的執行功能。智能設備是傳統電氣設備與計算機技術、數據處理技術、控制理論、傳感器技術、網絡通信技術、電力電子技術等相結合的產物。
傳感器是如何讓我們所使用的智能設備更加“耳聰目明”呢?
作為人體感官的延伸,傳感器成為了人們獲取自然和生產領域中信息的重要途徑與手段。隨著如今全球數字化、網絡化、智能化變革浪潮的到來,傳感器又被賦予了更多使命。
一、智能手機
智能手機之所以智能,離不開各種各樣的智能傳感器。現在智能手機中比較常見的智能傳感器有距離傳感器、光線傳感器、重力傳感器、指紋識別傳感器、圖像傳感器、三軸陀螺儀和電子羅盤等。
比如指紋識別傳感器可以采集指紋數據,然后進行快速分析與認證,免去繁瑣的密碼操作,快速解鎖。
二、人工智能/機器人
傳感器是人工智能最基礎的硬件,類似于人類的感覺獲取器官。大量的傳感器即可實現“感知+控制”,而家庭自動化=感知+控制,這種層面的信息交互與人機交互,還多需人的參與。而人工智能將人類的邏輯大腦賦予機器,實現“感知+思考+執行”,最終上升到這種層次。
例如,家里的空調不單單依靠溫濕度傳感器進行自我調節,還可以通過家庭成員的識別來自動選擇模式,比如風向的調節,針對小孩、老人溫度的調節。這些新技術將帶來無限大的想象空間,再結合機器增強學習的算法,將提供深度體驗。
還有智能機器人使用的關鍵硬件包括驅動器、減速器和傳感器等,智能傳感器作為機器人的“五官”,在采集外界信息數據上發揮著重要作用。
三、AR/VR
虛擬現實中的傳感設備主要包括兩部分:一部分用于人機交互而穿戴于操作者身上的立體頭盔顯示器、數據手套、數據衣等,另一部分是用于正確感知而設置在現實環境中的各種視覺、聽覺、觸覺、力覺等。
四、無人機
無人機是當下非常流行的智能硬件,其智能飛控系統的實現需要用到各種智能傳感器,包括IMU、MEMS加速度計、電流傳感器、傾角傳感器和發動機進氣流量傳感器等。
五、智能穿戴
傳感器在可穿戴設備中起到至關重要的作用。因為可穿戴設備最基本的功能就是通過傳感器實現運動傳感。
以小米手環為例,就用到了ADI的MEMS加速度和心率傳感器來實現運動和心率監測;AppleWatch內部除了MEMS加速度計、陀螺儀、MEMS麥克風,還有使用脈搏傳感器。
六、智能家居
傳感器是智能家居控制系統實現控制的基礎,隨著技術的發展,越來越多的傳感器被用到智能家居系統中。
智能家居傳感器是家居中的“眼鼻耳”,因為智能家居首先離不開對居住環境“人性化”的數據采集,也就是說把家居環境中的各種物理量、化學量、生物量轉化為可測量的電信號裝置與元件。
七、智能汽車/自動駕駛
車聯網是物聯網發展的重大領域,智能汽車是車聯網的核心,正處于高速發展中。在智能汽車時代,主動安全技術成為備受關注的新興領域,需要改進現有的主動安全系統,比如側翻(rollover)與穩定性控制(ESC),這就需要MEMS加速度傳感器和角速度傳感器來感測車身姿態。
八、智慧工業
智能工廠利用物聯網技術加強信息管理和服務,掌握產銷流程、提高生產過程的可控性、減少生產線上人工的干預、及時正確地采集生產線數據,以合理的安排生產計劃與生產進度,并優化供應鏈。在工業生產領域,傳感器應用非常廣泛,工業生產各個環節都需要傳感器進行監測,并把數據反饋給控制中心,以便對出現異常節點進行及時干預,保證工業生產正常進行。業界普遍認為,新一代的智能傳感器是智能工業的“心臟”,它讓產品生產流程持續運行,并讓工作人員遠離生產線和設備,保證人身安全和健康。
MEMS讓傳感器小型化、智能化,MEMS傳感器將在智慧工業時代大有可為。MEMS溫度、濕度傳感器可用于環境條件的檢測,MEMS加速度計可以用來監測工業設備的振動和旋轉速度。高精度的MEMS加速度計和陀螺儀可以為工業機器人的導航和轉動提供精確的位置信息。
工業制造的智能化,傳感器成了關鍵的基礎元器件
智能制造、數字化工廠不該被輕視的傳感器的重要性;大力發展并使用國產化傳感器,以及提高國產化傳感器的可靠性,是智能制造落地的關鍵路徑。
工業制造中有大量的機械裝備,從小型設備的到大型的流水線、車間,固定的移動的,存在大量的機械運動,智能制造就首先需要感知這些機械運動,需要加入大量的傳感器。智能制造工廠內,大量的機械運動自動化智能化,代替人的勞動,使制造更高效。
傳感器未來趨勢
據市場研究機構ReportLinker發布的報告(Theglobalsensormarket),預計到2025年全球傳感器市場規模將達到1285.6億美元,在2020-2025年期間,復合年增長率為8.86%。市場較為龐大。因此,相關企業可研發更加智能靈敏的傳感器。
傳感器早已滲透到諸如工業生產、宇宙開發、海洋探測、環境保護、資源調查、醫學診斷、生物工程、甚至文物保護等等極其之泛的領域。可以毫不夸張地說,從茫茫的太空,到浩瀚的海洋,以至各種復雜的工程系統,幾乎每一個現代化項目,都離不開各種各樣的傳感器。
由此可見,傳感器技術在發展經濟、推動社會進步方面的重要作用,是十分明顯的。世界各國都十分重視這一領域的發展。相信不久的將來,傳感器技術將會出現一個飛躍,達到與其重要地位相稱的新水平。