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縱觀智能傳感器發展史:因宇宙飛船而生,為物聯網而活

2019-12-28
來源:傳感器專家網
關鍵詞: 智能傳感器 物聯網

  傳感器智能化是物聯網理念下的必然趨勢,同時物聯網技術的推演將衍生出更多發展成熟的智能傳感器。

  起源:為宇宙飛船而生

  智能傳感器(smart Sensor)是具備自動狀態感知、信息分析處理和實時通信交換的一種新型傳感器,是實現智能制造和物聯網的基礎??v觀傳感器的發展歷史,智能傳感器屬于新興傳感器,是近代才研發出來的,且將在未來一直影響我們的生活。

  傳感器的發展歷程的可大致分為三代:

  第一代是結構型傳感器,它利用結構參量變化來感受和轉化信號。

  第二代是上70年代發展起來的固體型傳感器,這種傳感器由半導體、電介質、磁性材料等固體元件構成,是利用材料某些特性制成。

  第三代傳感器是2000年開始逐漸發展的智能型傳感器。

  但其實智能傳感器概念最早在20世紀70年代,由美國宇航局在研制宇宙飛船的過程中提出并形成。

  1978年,美國宇航局(NASA)最早提出智能傳感器(Smart Sensor)的概念,航天器上大量的傳感器不斷向地面發送溫度、位置、速度和姿態等數據信息,用一臺大型計算機很難同時處理如此龐雜的數據,要不丟失數據,并降低成本,必須有能實現傳感器與計算機一體化的智能傳感器。

  同期,應用了智能化傳感器的宇宙飛船被研發出來。宇宙飛船上運用了大量的傳感器,不斷地向地面發送溫度、位置、速度等數據信息,然后通過CPU計算處理單元分散化技術,同時處理這些龐大的數據,實現自校準、自補償和遠程通信等功能。這就是最早的智能化傳感器。它將傳感器的輸出信號經過處理和轉化后,再由接口送到微處理機進行運算處理。

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  直到20世紀80年代,傳感器與微處理機開始結合。那時,主要以微處理器為核心,把傳感器信號調節電路、微計算機存儲器及接口電路集成到一塊芯片上,使傳感器具有一定的人工智能。

  1983年,美國霍尼韋爾(Honeywell)公司開發出世界第一個智能傳感器,ST3000系列智能壓力傳感器。

  20世紀90年代,隨著智能化測量技術的進一步提高,傳感器實現了微型化、結構一體化、陣列式和數字式,具備了自診斷、記憶與信息處理等多種功能,操作變得更簡單,使用起來更方便。

  1993年,IEEE(電氣與電子工程師協會)和NIST(美國國家技術標準局)提出了“智能傳感器接口標準(Smart Sensor Interface Standard)”。

  2000年開始,隨著微電子機械系統MEMS(Micro-Electro-Mechanical System,)技術的大規模使用,進一步推動傳感器向智能化、微型化、集成化發展。

  2010年以后,隨著物聯網和智能制造的興起,智能傳感器得到廣泛的關注和迅猛的發展。

  發展:落地物聯網,升級智能制造

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  對于物聯網來說,智能傳感器本身就是一個典型的物聯網智能終端,或者說目前的典型物聯網智能終端也是一種智能傳感器。

  相較于普通傳感器的感知——輸出的單一功能,以及失效后無法及時判定等缺點,智能傳感器自身具備數據采集、數據處理、數據上傳、指令執行、自校正和自動補償等功能,同時通過電池及太陽能等輔助供電方式,能夠真正做到無人值守應用,全天候完成賦予的監控使命。

  所以說傳感器智能化是物聯網理念下的必然趨勢,同時物聯網技術的推演將衍生出更多發展成熟的智能傳感器。如今智能傳感器已落地應用在多種物聯網場景中,包括機器人、VR/AR(虛擬現實/增強現實)、無人機、智慧城市、智能家居、智能運輸、智能醫療等。

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  而在工業生產過程中,也需要用各種傳感器來監視和控制生產過程中的各個參數,使設備工作在正常狀態或最佳狀態??梢哉f智能傳感器是實現智能制造的核心設備,它直接影響到智能制造的發展進程。

  智能制造一個必備要素就是數據的自動化流動,而現場的數據獲取是第一個開始流動的地方。不管是數據的采集、存貯、顯示、監控還是其他信息的集成,在前端感知領域,智能傳感器就是實現智能化的關鍵。缺了它,智能制造將無從談起。

  在智能制造的發展進程中,智能傳感器作為智能裝備感知外部環境信息的自主輸入裝置,要兼顧監控、測量、分析評估等一系列的工作,對智能裝備的應用起著技術牽引和場景升級的作用。

  智能傳感技術是智能制造和物聯網的先行技術,作為前端感知工具,具有非常重要的意義。

  未來:智能傳感器成企業未來重點布局領域

  據相關數據顯示,2015年全球傳感器市場規模為995億元,其中智能傳感器達到約698億元,市場占比超過70%,2016年全球智能傳感器市場再度擴大至1700億元左右,年均復合增長率達到兩位數以上,預計2019年市場規模將突破3000億元。

  同時在我國,2015年國內智能傳感器企業產值約為14億美元,預計2019年國將達到37億美元,復合年均增長率超過30%。2019年,預計我國智能傳感器市場規模還將擴大到137億美元,本土化率將從2015年的13%提升到27%。

  因此,不管是從國際還是國內市場來看,目前智能傳感器的發展都屬于快速上升態勢,未來一段時間內將是市場發展的主流。

  據上市公司經營產品統計,國內25家傳感器上市公司從事智能傳感器的企業有12家,接近一半的企業從事智能傳感器研究,可見市場前景廣闊。

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  國內25家上市企業傳感器產品類型分布(單位:%)

  來源:前瞻產業研究院整理

  智能傳感器作為信息數據技術的基礎,如今已經融入到了我們的生產與生活之中,不管是從機器人到無人駕駛,還是從智能手機到智慧家居,抑或是正在建設的智慧城市,都能瞧見它的身影。未來,伴隨著智能化理念對各行各業的滲透,智能傳感器必將在市場整體規模中占據“半壁江山”。


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