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智能傳感器

作者:wenhecheng0532 時(shí)間：2020-10-17 07:51:30

智能傳感器是物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵硬件，是人工智能的信息入口，是大數(shù)據(jù)的重要組成部分,，是智能制造和智慧城市的基礎(chǔ),。

“十四五”期間，我們應(yīng)該加大對(duì)智能傳感器的關(guān)注和投入力度,，對(duì)全社會(huì)進(jìn)行智能傳感器的普及,，使更多更新的智能傳感器應(yīng)用到生產(chǎn)和生活中，提高中國(guó)制造業(yè)的生產(chǎn)效率,，提升中國(guó)人民的生活品質(zhì),。

智能傳感器構(gòu)建智能感知系統(tǒng)

十多年前，傳感器作為一個(gè)學(xué)術(shù)名詞,，并不被中國(guó)大眾所了解,。一方面，由于傳感器技術(shù)不集中,，學(xué)科非常分散,；另一方面，普通老百姓接觸的比較少,。

今年,，在新冠肺炎疫情爆發(fā)期間，每天的體溫檢測(cè)讓中國(guó)老百姓熟悉了紅外測(cè)溫儀和額溫儀,，從而認(rèn)識(shí)了紅外熱電堆溫度傳感器,；在醫(yī)院，重癥患者使用的呼吸機(jī),，也使人們了解了氣體壓力傳感器,。

傳感器是把自然界的非電量變成可利用的電信號(hào)的器件或者裝置。隨著時(shí)代的變遷和技術(shù)的進(jìn)步,，傳感器的定義也被不斷更新,。現(xiàn)階段我們認(rèn)為，傳感器應(yīng)該是把自然界的物理量,、化學(xué)量,、生物量變成可利用的信號(hào)的裝置或者器件。

因時(shí)而變,，各種各樣的傳感技術(shù)及相應(yīng)傳感器產(chǎn)品不斷出現(xiàn)在世人面前,。20世紀(jì)30年代出現(xiàn)電阻應(yīng)變片和電阻型溫度傳感器，40年代出現(xiàn)紅外傳感器,，50年代出現(xiàn)壓阻式壓力傳感器,，60年代出現(xiàn)半導(dǎo)體氣體傳感器,，70年代出現(xiàn)CCD圖像傳感器，80年代出現(xiàn)MEMS加速度傳感器,，90年代出現(xiàn)基因微矩陣傳感器,。進(jìn)入21世紀(jì)，由于MEMS傳感器具有低成本,、低功耗,、大批量、小尺寸等特點(diǎn),，各種不同種類的MEMS傳感器相繼問(wèn)世,，全球傳感器技術(shù)進(jìn)入了發(fā)展的快車道。

傳感器到底有多少種,？不同的專家站在不同的角度有不同的分類方法,。有的按被測(cè)量分類，有的按輸出信號(hào)分類,，有的按應(yīng)用角度分類,，也有的按產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域分類，所以有專家說(shuō)3萬(wàn)多鐘,，有專家說(shuō)幾千種,。

此外，傳感器的形狀,、尺寸,、重量乃至單價(jià)也都有天壤之別。有幾毫克重的MEMS壓力傳感器,，也有幾十公斤重的動(dòng)態(tài)扭矩傳感器,，重量相差近萬(wàn)倍；有0402SMD封裝的NTC溫度傳感器,，也有直徑200毫米的稱重傳感器,，面積相差幾千倍；有價(jià)值僅五角錢(qián)的紅外熱釋電傳感器,，也有單價(jià)高達(dá)百萬(wàn)元的三軸激光陀螺傳感器,，價(jià)格相差超過(guò)百萬(wàn)倍。所以,，非傳感器領(lǐng)域的人士往往對(duì)傳感器的理解猶如“盲人摸象”,。社會(huì)各界人士尤其是政府主管科技經(jīng)濟(jì)發(fā)展的工作人員，只有了解了傳感器種類及特征,，熟悉各種各樣傳感器的功能，才能成為推動(dòng)中國(guó)傳感器事業(yè)發(fā)展的得力推手,。

近幾年發(fā)展起來(lái)的智能傳感器同普通傳感器相比,，最大的特點(diǎn)是在傳感器內(nèi)部增加了MCU（微控制器）,，同時(shí)嵌入了很多軟件算法。智能傳感器輸出的不再是簡(jiǎn)單的傳感信號(hào),，而是為了完成某種確定功能,，通過(guò)很多科學(xué)的算法得到直接結(jié)果。例如,，圖像傳感器能夠輸出連續(xù)不斷的圖像信號(hào),，而智能圖像傳感器在安防領(lǐng)域的應(yīng)用就成為人臉識(shí)別系統(tǒng)，在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用就成為機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng),；聲音傳感器或麥克風(fēng)能夠輸出連續(xù)不斷的波形信號(hào),，而智能聲音傳感器在工業(yè)領(lǐng)域可以當(dāng)做判斷機(jī)器是否有異常的智能噪聲診斷系統(tǒng)應(yīng)用，在民生領(lǐng)域可以當(dāng)做辨別聲音的語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)應(yīng)用,。

智能傳感器往往和其他專業(yè)或者學(xué)科交叉在一起,，因而表現(xiàn)的物理形態(tài)也各不相同。有些歸屬于集成電路行業(yè),，有些歸屬儀器儀表行業(yè),。它和無(wú)線通信融合，可以成為各種邊緣計(jì)算的智能硬件,；和人工智能融合,，可以成為各種智能系統(tǒng)。

智能傳感器是智能制造的基礎(chǔ)

制造業(yè)發(fā)展的方向是智能化,、網(wǎng)絡(luò)化,、數(shù)字化，而這些都離不開(kāi)其最根本的基礎(chǔ)——智能傳感器,。

在機(jī)械制造行業(yè),，智能加速度傳感器和智能壓力傳感器安裝在挖掘機(jī)上，可以隨時(shí)了解挖掘機(jī)現(xiàn)場(chǎng)工作實(shí)際狀況或運(yùn)行情況,，進(jìn)而計(jì)算出基礎(chǔ)建設(shè)實(shí)際情況的挖掘機(jī)指數(shù),；

智能三軸振動(dòng)傳感器、智能微位移傳感器,、智能電量傳感器安裝在各類機(jī)床上,，可以有效監(jiān)測(cè)機(jī)床的工作狀況，并通過(guò)數(shù)據(jù)計(jì)算預(yù)測(cè)故障情況,；

智能張力傳感器,、智能速度傳感器安裝在紡織機(jī)械上，可以有效地提高紡織品的品質(zhì)和效率,；在大型農(nóng)業(yè)機(jī)械上,，使用智能慣性傳感器，加上北斗定位系統(tǒng)可以適應(yīng)不同地段的環(huán)境,，進(jìn)行有效的生產(chǎn),；

在鋼鐵行業(yè),，軋鋼機(jī)組上安裝智能張力傳感器、智能光電糾偏傳感器,、智能激光測(cè)速傳感器,、智能軋制力傳感器、智能位移傳感器,、智能測(cè)厚傳感器等幾十種傳感器,，可以有效地保障機(jī)組的正常運(yùn)轉(zhuǎn)；

在高速列車上安裝在軸承上的智能溫度傳感器,，可以預(yù)警軸承的溫度,，結(jié)合智能速度傳感器，保證列車安全行駛,；

在石油化工生產(chǎn)領(lǐng)域,，智能壓力傳感器、智能溫度傳感器,、智能流量傳感器,、智能物料傳感器能夠?qū)崟r(shí)地準(zhǔn)確反映產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中的各種工藝參數(shù)，進(jìn)而智能地控制產(chǎn)品的品質(zhì)和產(chǎn)量,。

隨著5G通信技術(shù)的發(fā)展,，高效、智能,、定制化的產(chǎn)品將快速發(fā)展,。在紡織服裝行業(yè)，智能視覺(jué)傳感器,、智能RFID的廣泛使用,，大大提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度,；在生物醫(yī)藥行業(yè),，智能溫度濕度傳感器、Ph值傳感器,、水溶氧傳感器及多種離子傳感器已得到廣泛使用,；在半導(dǎo)體行業(yè)，除了機(jī)器本身使用的各種智能激光,、光纖,、微光、紅外,、圖像傳感器外,，生產(chǎn)車間也離不開(kāi)智能溫度、濕度,、壓力,、壓差,、空氣質(zhì)量傳感器，以保證車間環(huán)境達(dá)到生產(chǎn)的要求,。

總之，在智能制造方面,，要讓機(jī)器設(shè)備自動(dòng)輸出信號(hào),，離不開(kāi)根據(jù)任務(wù)要求設(shè)置的各種各樣的智能傳感器，這些智能傳感器有的僅僅執(zhí)行監(jiān)測(cè)工作,，有的通過(guò)閉環(huán)系統(tǒng)直接參與流程控制,。

智能傳感器組成智慧城市的方方面面

現(xiàn)代化的城市主要由人和物組成，而物大部分是為人服務(wù)的,。從無(wú)線城市到數(shù)字城市,，繼而發(fā)展成智慧城市，最主要的特征是物的智慧化,，而物的智慧化的顯著變化就是物體要增加各種各樣的智能傳感器,。然后物物相連、人物相連,、萬(wàn)物互聯(lián),，并進(jìn)行智慧化的處理。

家庭是城市的重要組成部分之一,，智能家居需要多種不同的智能傳感器,，可燃?xì)怏w傳感器、水浸傳感器,、玻璃破碎傳感器,、門(mén)窗開(kāi)啟傳感器、保險(xiǎn)柜振動(dòng)傳感器是保證家庭財(cái)產(chǎn)安全的智能硬件,；家庭空氣質(zhì)量傳感器,、負(fù)氧離子傳感器、水質(zhì)Ph傳感器極大地提高了家庭生活質(zhì)量,；人體血壓傳感器,、脈搏傳感器、血糖傳感器,、膚電傳感器,、老人跌倒傳感器等也逐步走進(jìn)了家庭，滿足人們的健康需求,。

社區(qū),、街區(qū)、園區(qū)是城市最重要的組成部分,，其智慧化必然依賴于更多的智能傳感器,。

電梯裝備稱重傳感器,、光電位移傳感器、傾斜傳感器,，可以保證電梯安全運(yùn)行,；在疫情期間出現(xiàn)的非接觸電梯按鈕是光學(xué)傳感器，可以防止交叉感染,；

社區(qū)管道煤氣泄漏,、自來(lái)水交換站水質(zhì)變壞、電線漏電分別需要可燃?xì)怏w傳感器,、濁度傳感器和電流電功率傳感器,；

人員進(jìn)入園區(qū)社區(qū)，入口有應(yīng)用圖像傳感器的人臉識(shí)別系統(tǒng),；

大樓有智能壓力傳感器和液位傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)消防栓的水壓水流,，確保滅火時(shí)水壓正常；

在街道上我們可以看到馬路邊的智能車位傳感器,，來(lái)監(jiān)測(cè)車位上有沒(méi)有停車,，并通過(guò)車位引導(dǎo)系統(tǒng)讓司機(jī)快速尋找車位，提高了停車效率,，同時(shí)減少了尾氣排放,；

下雨了，立交橋下的水位監(jiān)測(cè)有水位傳感器,，超出警戒水位會(huì)立刻通過(guò)屏幕發(fā)出報(bào)警信號(hào),，保障人民生命安全；

天晴了,，智能微氣象環(huán)境復(fù)合傳感器具有監(jiān)測(cè)風(fēng)力,、風(fēng)向、溫度濕度,、大氣壓力,、空氣質(zhì)量、PM2.5,、PM10,、噪聲、雨量等參數(shù),，同樣通過(guò)屏幕展示給市民,，了解當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境狀況；

遍布城市的攝像頭也將逐步進(jìn)行智能化改造,，具有穿霧能力,、夜視能力和精準(zhǔn)診斷能力。

智能傳感器已經(jīng)或者將要滲透到我們生活或生產(chǎn)的方方面面。隨著感知技術(shù)的不斷發(fā)展和需求的不斷增多,，智能傳感器將越來(lái)越多地應(yīng)用到不同的領(lǐng)域,，滿足不同細(xì)節(jié)的需求。

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