《中國電子報》2020.09.11期智能制造專題版，刊登中星測控總經(jīng)理谷榮祥署名文章《智能傳感器夯實智能制造和智慧城市基礎(chǔ)》。

        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)?！笆奈濉逼陂g，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)。

智能傳感器夯實智能制造和智慧城市基礎(chǔ)

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。隨著時代的變遷和技術(shù)的進(jìn)步，傳感器的定義也被不斷更新?，F(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，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3萬多種，有專家說幾千種。此外，傳感器的形狀、尺寸、重量乃至單價也都有天壤之別。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；有價值僅五角錢的紅外熱釋電傳感器，也有單價高達(dá)百萬元的三軸激光陀螺傳感器，價格相差超過百萬倍。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，最大的特點是在傳感器內(nèi)部增加了MCU（微控制器），同時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，可以隨時了解挖掘機(jī)現(xiàn)場工作實際狀況或運行情況，進(jìn)而計算出基礎(chǔ)建設(shè)實際情況的挖掘機(jī)指數(shù)；智能三軸振動傳感器、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，降低了勞動強度；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、保險柜振動傳感器是保證家庭財產(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，超出警戒水位會立刻通過屏幕發(fā)出報警信號，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。