新時代的“電五官”——智能傳感器行業(yè)的發(fā)展前景可期

物聯(lián)網(wǎng)、智能汽車、可穿戴設(shè)備、機器人等新技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用，已成為全球經(jīng)濟發(fā)展的新動能。所有這些新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，都離不開小小的它——智能傳感器。

傳感器技術(shù)、通訊技術(shù)和計算機技術(shù)是現(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)，構(gòu)成了信息技術(shù)系統(tǒng)的“感官”、“神經(jīng)”和“大腦”?？梢哉f，傳感器是人類五官功能的延展，又稱之為“電五官”。傳感器作為溝通物理世界與信息世界的橋梁，是重要的感知環(huán)境的半導體器件，已廣泛應(yīng)用于航天、國防、石油、化工、礦山、地質(zhì)和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域。

在當今這個信息化的時代，傳感器諸多的應(yīng)用場景需要其更加快速地獲得更精準、更全面的信息。因此，智能傳感器成為傳感器技術(shù)發(fā)展的必然產(chǎn)物，并已取代傳統(tǒng)傳感器成為市場主流。隨著中國信息化戰(zhàn)略的推進，智能傳感器產(chǎn)業(yè)也將迎來新的增長點。

什么是智能傳感器？

目前全球?qū)χ悄軅鞲衅鬟€沒有統(tǒng)一的科學定義。電氣和電子工程師協(xié)會（IEEE，全稱是Institute of Electrical and Electronics Engineers）從最小化傳感器結(jié)構(gòu)的角度，把智能定義為：能提供受控量或待感知量大小且能典型簡化其應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的集成的傳感器。我國在2017年制定國家標準GB/T33905-2017，把智能傳感器定義為：具有與外部系統(tǒng)雙向通信手段，用于發(fā)送測量、狀態(tài)信息，接收和處理外部命令的傳感器。

智能傳感器有哪些優(yōu)勢？

與傳統(tǒng)傳感器相比，智能傳感器具有以下優(yōu)勢：

（1）自補償與自診斷功能

傳統(tǒng)傳感器往往具有溫度漂移和輸出非線性的缺點，而智能傳感器的處理器可以根據(jù)給定的傳統(tǒng)傳感器的先驗知識，通過軟件計算自動補償傳統(tǒng)傳感器硬件線性、非線性和漂移以及環(huán)境影響因素引起的信號失真，以最佳地恢復被測信號。計算方法用軟件實現(xiàn)，達到軟件補償硬件缺陷的目的，也大大提高了傳感器的應(yīng)用靈活性。此外，傳統(tǒng)的傳感器往往需要定期檢驗和標定以保證傳感器能夠保持所需的精度。而智能傳感器可以通過微處理器中的診斷算法對傳感器的輸出進行檢驗，并將診斷信息直觀地呈現(xiàn)出來，使傳感器具有自診斷的功能。

（2）信息存儲與記憶功能

智能傳感器內(nèi)含一定的存儲空間，它除了能夠存儲信號處理、自補償、自診斷等相關(guān)程序外，還能夠進行數(shù)據(jù)存儲，如歷史數(shù)據(jù)、標定日期和各種必需的參數(shù)。智能傳感器自帶的存儲空間緩解了自動控制系統(tǒng)控制器的存儲壓力，大大提高了控制器的性能。

（3）自學習與自適應(yīng)功能

智能傳感器內(nèi)嵌微處理器的結(jié)構(gòu)使其具有高級的編程特性，因此可以通過編輯算法使傳感器具有學習功能。智能傳感器可以在工作過程中學習理想采樣值，處理器利用近似公式和迭代算法可認知新的被測量值，即有再學習能力。此外，在工作過程中，智能傳感器還可以通過對被測量的學習，根據(jù)一定的行為準則自適應(yīng)地重構(gòu)結(jié)構(gòu)和重置參數(shù)。

（4）數(shù)字輸出功能

傳統(tǒng)傳感器大多都是模擬輸入、模擬輸出的，在數(shù)字控制系統(tǒng)中傳感器輸出的信號要經(jīng)過Ａ/Ｄ轉(zhuǎn)換后才可以進行數(shù)字處理。智能傳感器內(nèi)部集成了模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，能夠直接輸出數(shù)字信號。智能傳感器的數(shù)字輸出功能大大緩解了控制器的信號處理壓力。

智能傳感器發(fā)展方向？

作為物聯(lián)網(wǎng)的“觸手”，智能傳感器對于當今信息時代有著至關(guān)重要的作用，并日益朝著微型化、集成化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。

（1）微型化

智能傳感器的主要發(fā)展方向之一是微型化，即微傳感器，其中最有代表性的是MEMS傳感器。MEMS（Micro Electromechanical System，微機電系統(tǒng)）是指尺寸在幾毫米乃至更小的高科技裝置，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)一般在微米甚至納米量級，是一個獨立的智能系統(tǒng)。

隨著集成微電子機械加工技術(shù)的日趨成熟，MEMS傳感器將半導體加工工藝(如氧化、光刻、擴散、沉積和蝕刻等)引入傳感器的生產(chǎn)制造，實現(xiàn)了規(guī)?；a(chǎn)，并為傳感器微型化發(fā)展提供了重要的技術(shù)支撐。

（2）集成化

智能傳感器的主要發(fā)展方向之二是集成化。目前，一些企業(yè)開始研發(fā)集成傳感器，比如將麥克風與氣壓傳感器進行集成，將氣壓傳感器與溫濕度傳感器進行集成，將麥克風與溫濕度傳感器進行集成等。

傳感器集成化有幾個優(yōu)勢：一是實現(xiàn)產(chǎn)品功能更加強大，滿足多樣化需求；二是成本優(yōu)勢，1個集成傳感器比2個單獨的傳感器更加具有成本優(yōu)勢；三是降低尺寸，可以滿足更多可穿戴式智能產(chǎn)品的發(fā)展需求。

（3）網(wǎng)絡(luò)化

智能傳感器的主要發(fā)展方向之三是網(wǎng)絡(luò)化。與傳統(tǒng)的較大型傳感器相比，智能微傳感器的成本低，但是其覆蓋范圍較小，所以在實際的應(yīng)用中，通常需要成千上萬的微傳感器協(xié)同工作，這就是智能傳感器的網(wǎng)絡(luò)化。眾多微傳感器之間的網(wǎng)絡(luò)化聯(lián)接采用近距離低功耗的無線技術(shù)，構(gòu)建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。該技術(shù)被美國麻省理工學院(MIT)的《技術(shù)評論》雜志評為對人類未來生活產(chǎn)生深遠影響的十大新興技術(shù)之首。

伴隨著物聯(lián)網(wǎng)、智能汽車、可穿戴設(shè)備、機器人等產(chǎn)業(yè)的加速落地，未來智能傳感器市場規(guī)模必將大幅增長。只要把握好這個重要機遇，在政策、市場等利好加速落地的情況下，我國智能傳感器行業(yè)的發(fā)展前景可期！