“智能制造”下的主角——智能传感器

2017-06-19 荣格传感器
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传感器技术正在从传统传感器沿着数字化、网络化、集成化、智能化的方向前进,在当今信息化的潮流中,智能传感器更是热门的话题。

有鉴于此,传感器的市场量化统计值,只能给出保守的估计,即全球传感器市场2015年约为1千多亿美元,我国约为1千多亿元人民币,相应复合增长率为10%、30%。

我国正处于产业结构调整、大众创业、万众创新的时代,物联网、互联网+、云计算、大数据、智能制造、人工智能、机器人等相关政策和发展规划相继出台,这就给传感器产业提出了更高的要求,这是我们的机遇,也是我们的责任。

在培育发展人工智能新兴产业方面,加快建设文献、语言、图像、视频、地图等多种类数据的海量训练资源和基础资源服务公共平台,建设支撑超大规模深度学习的新型计算集群,建立完善产业公共服务平台。研究网络要求全周期服务,提供去网端一体化, 综合性安全服务。进一步推进计算机视觉、智能语言处理、生物特征识别、自然语言理解、智能决策控制以及新型人机交互等关键技术的研发和产业化,为产业智能化升级夯实基础。

在推进重点领域智能产品创新方面,推动互联网与传统行业融合创新,加快人工智能技术在家居、汽车、无人系统、安防等领域的推广应用, 提升重点领域网络安全保障能力, 提高生产生活的智能化服务水平。支持在制造、教育、环境、交通、商业、健康医疗、网络安全、社会治理等重要领域展开人工智能应用试点示范,推动人工智能的规模化应用,全面提升我国人工智能的集群式创新创业能力。
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“提升终端产品智能化水平”的主要任务是,加快智能终端核心技术研发及产业化,丰富移动智能终端、可穿戴设备、虚拟现实等产品的服务及形态, 提升高端产品供给水平。制造智能硬件产业创新发展专项行动方案,引导智能硬件产业健康有序发展。推动人工智能与机器人技术的尝试融合,提升工业机器人、特种机器人、服务机器人等智能机器人的技术与应用水平。

九大重点工程为: 1、核心技术研发与产业化工程;2、基础资源公共服务平台工程;3、智能家居示范工程;4、智能汽车研发一产业化工程;5、智能无人系统应用工程;6、智能安防推广工程;7、智能终端应用能力提升工程;8、智能穿戴设备发展工程;9、智能机器人研发与应用工程。

智能传感器



在传感器数字化的基础上,传感器智能化程度在发展中,提出了智能传感器这一类产品,最早于上世纪80年代由美国宇航局(NASA)提出,我国在90年代发展现场总线同时,也提出了现场总线智能变送器的研制任务,目前除IEC60770-3中智能变送器定义(具有与外部系统和操作人员双向通信手段,用于发送测量和状态信息,接收和处理外部命令的变送器)外,智能传感器的定义有IEEE1451委员会的IEEE1451.2-1997标准,其中从最小化传感器结构的角度,将能提供受控量或待感知量大小且能典型简化其应用于网络环境的集成的传感器,称为智能传感器。

它不仅能提供表征待测物理量大小的模拟电压信号的传统传感器区分开来,它的本质特征在于:1、集感知、信息处理与通信于一体;2、能提供以数字量方式传播具有一定知识级别的信息;3、具有自诊断、自校正、自补偿等功能。


智能传感器的分类,按实现方式分有:


1、非集成化实现方式,即在传统传感器后经信号处理电路及有数据总线接口的微处理器而构成;

2、集成化实现方式,即将传感器或敏感材料元件等部分与信号放大调整电路、接口电路和微处理器制作在一块芯片上;

3、混合实现方式。

下面通过一些实例展开对智能传感器的深入了解。


美国Honeyweel的DSJ-3000智能压差压力传感器(或称变送器)是在3mm×3mm的硅片上用离子注入法配置了压差、静压和温度三个敏感元件,整个传感器还包括了变换器、多路转换器、脉冲调制、微处理器和数字量输出接口等,并在OPROM中装有该传感器的特性数据,实现非线性补偿。这是一种多变量传感器。


陈列式智能气体传感器

它克服了色谱等分析仪器仪表,一般气敏元件等的缺点,它将具有不同选择性的气敏元件组成阵列,通过模式识别技术进行气体识别与组份分析。

还可以采用神经网络模式识别结构建8单元阵列人工嗅觉模块,准确识别出五种牌号的香水与五种风味气味(橘子、草莓、葡萄、桃子等)。

日本电气公司已研制成检测葡萄糖、尿素、维生素K和白朊四种成分的集成FET传感器。还有一种传感器组合了多个具有不同特性的气体敏感元件,用图像识别技术处理所得到的不同的灵敏度模式, 就多数气体而言,事先将6个特性不同的厚膜气体传感器的输出信号模式储存起来,微处理器根据检测对象气体的模式计算等类似程度,以此辨别气体种类,同时计算气体的体积分数。


关于老年人摔倒的自动、可靠侦测传感器


新的红外集成热图像传感器,克服了以前被动式红外传感器或腕式穿戴设备等的缺点,它综合应用运动识别、运动估计、运动跟踪、基于目标的推理,分类等技术,较好地实现了对老年人摔倒的自动、可靠侦测。

新型功能材料如功能陶瓷、功能有机薄膜、生物功能薄膜、复合敏感材料,也是智能传感器技术的一个热点。如用各向导性电橡胶研制功能觉传感器,它用网状绝缘板,将厚250mm的导电硅酮橡胶膜和绝缘膜层叠而成的薄板,置于格子状电极之上而制成,一经给板的上部加压,则在板的下面导电部分的接触面通过网络的两者接触面积就会发生变化,由此构成力敏电阻器,采用矩阵电路检测,就能得到压力分布信息。

又如,利用酶和微生物材料,不但可以提高成分分析的选择性,还可利用其生物放大作用,大幅度地提高灵敏度,以至达到分子识别的程度。


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