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智能传感器:一切智能从感知开始

2017-11-06来源: 知识自动化 关键字:智能传感器  智能制造  物联网

【中文条目】智能传感器

【英文条目】smart Sensor

词条正解:智能传感器是具备自动状态感知、信息分析处理和实时通信交换的一种新型传感器,是实现智能制造物联网的基础。

传感器是一种检测装置,能够感知被测物的信息和状态,可以将自然界中的各种物理量、化学量、生物量转化为可测量的电信号的装置与元件。

二十世纪80年代以来,作为现代信息技术的三大支柱之一的传感技术,获得了飞速发展,普通传感器只有感知——输出的单一功能,以及失效后无法及时判定等问题,已经越来越制约信息技术和自动化技术的发展,已经不能满足客户的差异化需求。

智能传感器是具有信息处理功能的传感器,集感知、信息处理与通信于一体;能提供以数字量方式传播具有一定知识级别的信息;具有自诊断、自校正、自补偿等功能,目前传感技术向智能化、网络化、微型化、集成化发展。

智能传感器作为网络化、智能化、系统化的自主感知器件,是实现智能制造和物联网的基础。

第一数据才是根基

1978年,美国宇航局(NASA)最早提出智能传感器(Smart Sensor)的概念,航天器上大量的传感器不断向地面发送温度、位置、速度和姿态等数据信息,用一台大型计算机很难同时处理如此庞杂的数据,要不丢失数据,并降低成本,必须有能实现传感器与计算机一体化的智能传感器。

1983年,美国霍尼韦尔(Honeywell)公司开发出世界第一个智能传感器,ST3000系列智能压力传感器

1993年,IEEE(电气与电子工程师协会)和NIST(美国国家技术标准局)提出了“智能传感器接口标准(Smart Sensor Interface Standard)”。

2000年开始,随着微电子机械系统MEMS(Micro-Electro-Mechanical System,)技术的大规模使用,进一步推动传感器向智能化、微型化、集成化发展。

2010年,机械工业仪器仪表综合技术经济研究所作为IEC/TC65的国内归口单位,在充分调研国内外智能传感器技术发展现状的基础上,初步建立智能传感器系统标准体系构架,以规范国内智能传感器市场,服务于各相关应用领域,奠定我国物联网体系建设的基础。

2010年以后,随着物联网和智能制造的兴起,智能传感器得到广泛的关注和迅猛的发展。

智能传感器发展的三个主要方向是虚拟化、网络化和信息融合技术。

☆ 虚拟化是利用通用的硬件平台充分利用软件实现智能传感器的特定硬件功能,虚拟化传感器可缩短产品开发周期、降低成本、提高可靠性。

☆ 网络化智能传感器是利用各种总线的多个传感器组成系统并配备带有网络接口的微处理器。通过系统和网络处理器可实现传感器之间、传感器与执行器之间、传感器与系统之间数据交换和共享。

☆ 多传感器信息融合是智能处理的多传感器信息经元素级、特征级和决策级组合,形成更为精确的被测对象特性和参数。

应用发展

智能传感器属于物联网的神经末梢,成为人类全面感知自然的最核心元件,各类智能传感器的大规模部署和应用是构成物联网不可或缺的基本条件。对应不同的应用范围会使用不同的传感器,其覆盖范围包括智能制造、智慧城市、智能安保、智能家居、智能运输、智能医疗等。

相较于普通传感器的感知——输出的单一功能,以及失效后无法及时判定等问题,智能传感器本身具备的各类自主功能是“智能”的主要表现,包括针对安装使用过程中的自主校零、自主标定、自校正功能,使用过程中应对各类环境干扰及变化的自动补偿功能,工作状态下的数据采集及自主分析、数据处理及执行干预等本地逻辑功能,数据采集后的上传及系统指令的决策处理功能等,特别是面向更多无人值守应用环境,以及大数据分析数据采集产品中的自学习功能等,这些都是传感器智能化的表现,这其中多数都属于典型的物联网特征应用。

对于物联网理念下的智能传感器,其本身就是一个典型的物联网智能终端,或者说目前的典型物联网智能终端也是一种智能传感器。

自身具备数据采集、数据处理、数据上传、指令执行等功能,同时通过电池及太阳能等辅助供电方式,能够真正做到无人值守应用,全天候完成赋予的监控使命,所以说传感器智能化是物联网理念下的必然趋势,同时物联网技术的推演将衍生出更多的智能传感器发展成熟。

在工业生产过程中,需要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数,使设备工作在正常状态或最佳状态。可以说智能传感器是实现智能制造的核心设备,它直接影响到智能制造的发展进程。

智能制造一个必备要素就是数据的自动化流动,而现场的数据获取是第一个开始流动的地方。不管是数据的采集、存贮、显示、监控还是其他信息的集成,在前端感知领域,智能传感器就是实现智能化的关键。缺了它,智能制造将无从谈起。

在智能制造的发展进程中,智能传感器作为智能装备感知外部环境信息的自主输入装置,要兼顾监控、测量、分析评估等一系列的工作,对智能装备的应用起着技术牵引和场景升级的作用。

推动产业升级

智能传感器作为广泛地系统前端感知器件,既可以助推传统产业的升级,例如,传统工业的升级、传统家电的智能化升级;又可以对创新应用进行推动,比如机器人、VR/AR(虚拟现实/增强现实)、无人机、智慧家庭、智慧医疗和养老等领域。

在工业领域,传统企业面临人力成本提高、市场需求下降等问题,传统企业开始从劳动密集型转向自动化、智能化。在整个转型中,智能传感器发挥着至关重要的作用,推动传统工业的转型升级。

2015年我国传感器市场规模达1100亿元,预计到2020年将达到2115亿元,年复合增长率达到14%。但是由于国内传感器企业技术水平、生产工艺、规模和盈利能力等方面的差距导致国内传感器市场高度依赖进口。特别是高端传感器方面,由于种类多、跨学科研发技术水平高、开发成本大,企业不愿承担开发风险,造成我国高端传感器基本依靠进口。2015 年,我国中高端传感器进口比例达到80%。

智能传感技术是智能制造和物联网的先行技术,作为前端感知工具,具有非常重要的意义。


关键字:智能传感器  智能制造  物联网

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/afdz/article_2017110611226.html
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