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青島文合誠精密機(jī)械有限公司
Qingdao Wenhecheng Precision Machinery Co. LTD
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)該加大對智能傳感器的關(guān)注和投入力度,對全社會(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,提高中國制造業(yè)的生產(chǎn)效率,提升中國人民的生活品質(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,每天的體溫檢測讓中國老百姓熟悉了紅外測溫儀和額溫儀,從而認(rèn)識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。有的按被測量分類,有的按輸出信號分類,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3萬多鐘,有專家說幾千種。
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)值僅五角錢的紅外熱釋電傳感器,也有單價(jià)高達(dá)百萬元的三軸激光陀螺傳感器,價(jià)格相差超過百萬倍。所以,非傳感器領(lǐng)域的人士往往對傳感器的理解猶如“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)中國傳感器事業(yè)發(fā)展的得力推手。
近幾年發(fā)展起來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單的傳感信號,而是為了完成某種確定功能,通過很多科學(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,而智能圖像傳感器在安防領(lǐng)域的應(yīng)用就成為人臉識別系統(tǒng),在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用就成為機(jī)器視覺系統(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,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)做辨別聲音的語音識別系統(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)測機(jī)床的工作狀況,并通過數(shù)據(jù)計(jì)算預(yù)測故障情況;
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、智能激光測速傳感器、智能軋制力傳感器、智能位移傳感器、智能測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,離不開根據(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)測工作,有的通過閉環(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、門窗開啟傳感器、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別系統(tǒng);
大樓有智能壓力傳感器和液位傳感器來監(jiān)測消防栓的水壓水流,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,來監(jiān)測車位上有沒有停車,并通過車位引導(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)測有水位傳感器,超出警戒水位會(huì)立刻通過屏幕發(fā)出報(bào)警信號,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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