傳感器在是感知信息的基礎元件,隨著物聯網技術的發展,對傳統傳感技術又提出了新的要求,運用新原理、新結構、新材料,以實現微功耗、低成本、高可靠性等參數指標的提升、研發更高技術和創新類的智能傳感器產品以及拓展新的市場應用領域成了傳感器市場的新趨勢。
傳感器是設備感受外界環境的重要硬件,決定了裝備與外界環境交互的能力,是設備智能化的硬件基礎,尤其在很多智能設備中,傳感器決定著設備的核心能力。一個典型的傳感器由敏感元件、轉換元件和調理電路組成。敏感元件用于直接感受被測量,轉換元件用于轉化為電量參數。
傳感器用途廣泛、種類繁多。按照測量對象可以將傳感器分為檢測光、放射線、聲信號、磁信號、力、位置信息、溫度、濕度、溶液流量流速等類型的傳感器。每一種檢測同樣對象的傳感器又有多種應用和不同的實現路徑。具體可見如下這張圖。
目前,國內傳感器技術發展與創新的重點在材料、結構和性能改進3個方面:敏感材料從液態向半固態、固態方向發展;結構向小型化、集成化、模塊化、智能化方向發展;性能向檢測量程寬、檢測精度高、抗干擾能力強、性能穩定、壽命長久方向發展。隨著物聯網技術的發展,對傳統傳感技術又提出了新的要求,產品正逐漸向MEMS技術、無線數據傳輸技術、紅外技術、新材料技術、納米技術、陶瓷技術、薄膜技術、光纖技術、激光技術、復合傳感器技術、多學科交叉融合的方向發展。
智能傳感器讓智能裝備擁有多種“感覺”
傳感器作為智能裝備唯一的自主式輸入,相當于智能裝備、機器人的各種感覺器官,智能裝備對于外界環境的感覺主要有視覺、位置覺、速度覺、力覺、觸覺等。
視覺是智能裝備最常用的輸入系統,并可以分為兩大類:一是直觀的視覺,數據類型是像素組成的圖片,典型的應用如機器視覺、物體識別等,此類傳感器有高速相機、攝像機等;二是環境模型式的視覺,數據類型是點云數據構成的空間模型,典型的應用是空間建模,此類傳感器有3D激光雷達、激光掃描儀等。
位置覺是指通過感知周圍物體與自身的距離,從而判斷自身所處的環境位置,此類傳感器有激光測距儀、2D激光雷達、磁力計(判斷方向)、毫米波雷達、超聲波傳感器等。
速度覺是指智能裝備對于自身運行的速度、加速度、角速度等信息的掌握,此類傳感器有速度編碼器、加速感應器、陀螺儀等。
力覺在智能裝備中用以感知外部接觸物體或內部機械機構的力,典型的應用如裝在關節驅動器上的力傳感器,用來實現力反饋;裝在機械手臂末端和機器人最后一個關節之間的力傳感器,用來檢測物體施加的力等。