什么是智能傳感器？發(fā)展前景如何？

智能傳感器是具備自動(dòng)狀態(tài)感知、信息分析處理和實(shí)時(shí)通信交換的一種新型傳感器，是實(shí)現(xiàn)智能制造和物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)。

傳感器是一種檢測(cè)裝置，能夠感知被測(cè)物的信息和狀態(tài)，可以將自然界中的各種物理量、化學(xué)量、生物量轉(zhuǎn)化為可測(cè)量的電信號(hào)的裝置與元件。

二十世紀(jì)80年代以來(lái)，作為現(xiàn)代信息技術(shù)的三大支柱之一的傳感技術(shù)，獲得了飛速發(fā)展，普通傳感器只有感知——輸出的單一功能，以及失效后無(wú)法及時(shí)判定等問(wèn)題，已經(jīng)越來(lái)越制約信息技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)不能滿足客戶的差異化需求。

智能傳感器是具有信息處理功能的傳感器，集感知、信息處理與通信于一體；能提供以數(shù)字量方式傳播具有一定知識(shí)級(jí)別的信息；具有自診斷、自校正、自補(bǔ)償?shù)裙δ埽壳皞鞲屑夹g(shù)向智能化、網(wǎng)絡(luò)化、微型化、集成化發(fā)展。

智能傳感器作為網(wǎng)絡(luò)化、智能化、系統(tǒng)化的自主感知器件，是實(shí)現(xiàn)智能制造和物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)。

第一數(shù)據(jù)才是根基

1978年，美國(guó)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(fā)送溫度、位置、速度和姿態(tài)等數(shù)據(jù)信息，用一臺(tái)大型計(jì)算機(jī)很難同時(shí)處理如此龐雜的數(shù)據(jù)，要不丟失數(shù)據(jù)，并降低成本，必須有能實(shí)現(xiàn)傳感器與計(jì)算機(jī)一體化的智能傳感器。

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

1993年，IEEE（電氣與電子工程師協(xié)會(huì)）和NIST（美國(guó)國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)局）提出了“智能傳感器接口標(biāo)準(zhǔn)（Smart Sensor Interface Standard）”。

2000年開始，隨著微電子機(jī)械系統(tǒng)MEMS（Micro-Electro-Mechanical System，）技術(shù)的大規(guī)模使用，進(jìn)一步推動(dòng)傳感器向智能化、微型化、集成化發(fā)展。

2010年，機(jī)械工業(yè)儀器儀表綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所作為IEC/TC65的國(guó)內(nèi)歸口單位，在充分調(diào)研國(guó)內(nèi)外智能傳感器技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，初步建立智能傳感器系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)體系構(gòu)架，以規(guī)范國(guó)內(nèi)智能傳感器市場(chǎng)，服務(wù)于各相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域，奠定我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)體系建設(shè)的基礎(chǔ)。

2010年以后，隨著物聯(lián)網(wǎng)和智能制造的興起，智能傳感器得到廣泛的關(guān)注和迅猛的發(fā)展。

智能傳感器發(fā)展的三個(gè)主要方向是虛擬化、網(wǎng)絡(luò)化和信息融合技術(shù)。

☆ 虛擬化是利用通用的硬件平臺(tái)充分利用軟件實(shí)現(xiàn)智能傳感器的特定硬件功能，虛擬化傳感器可縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低成本、提高可靠性。

☆ 網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器是利用各種總線的多個(gè)傳感器組成系統(tǒng)并配備帶有網(wǎng)絡(luò)接口的微處理器。通過(guò)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)處理器可實(shí)現(xiàn)傳感器之間、傳感器與執(zhí)行器之間、傳感器與系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)交換和共享。

☆ 多傳感器信息融合是智能處理的多傳感器信息經(jīng)元素級(jí)、特征級(jí)和決策級(jí)組合，形成更為精確的被測(cè)對(duì)象特性和參數(shù)。

應(yīng)用發(fā)展

智能傳感器屬于物聯(lián)網(wǎng)的神經(jīng)末梢，成為人類全面感知自然的最核心元件，各類智能傳感器的大規(guī)模部署和應(yīng)用是構(gòu)成物聯(lián)網(wǎng)不可或缺的基本條件。對(duì)應(yīng)不同的應(yīng)用范圍會(huì)使用不同的傳感器，其覆蓋范圍包括智能制造、智慧城市、智能安保、智能家居、智能運(yùn)輸、智能醫(yī)療等。

相較于普通傳感器的感知——輸出的單一功能，以及失效后無(wú)法及時(shí)判定等問(wèn)題，智能傳感器本身具備的各類自主功能是“智能”的主要表現(xiàn)，包括針對(duì)安裝使用過(guò)程中的自主校零、自主標(biāo)定、自校正功能，使用過(guò)程中應(yīng)對(duì)各類環(huán)境干擾及變化的自動(dòng)補(bǔ)償功能，工作狀態(tài)下的數(shù)據(jù)采集及自主分析、數(shù)據(jù)處理及執(zhí)行干預(yù)等本地邏輯功能，數(shù)據(jù)采集后的上傳及系統(tǒng)指令的決策處理功能等，特別是面向更多無(wú)人值守應(yīng)用環(huán)境，以及大數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品中的自學(xué)習(xí)功能等，這些都是傳感器智能化的表現(xiàn)，這其中多數(shù)都屬于典型的物聯(lián)網(wǎng)特征應(yīng)用。

對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)理念下的智能傳感器，其本身就是一個(gè)典型的物聯(lián)網(wǎng)智能終端，或者說(shuō)目前的典型物聯(lián)網(wǎng)智能終端也是一種智能傳感器。

自身具備數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)上傳、指令執(zhí)行等功能，同時(shí)通過(guò)電池及太陽(yáng)能等輔助供電方式，能夠真正做到無(wú)人值守應(yīng)用，全天候完成賦予的監(jiān)控使命，所以說(shuō)傳感器智能化是物聯(lián)網(wǎng)理念下的必然趨勢(shì)，同時(shí)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的推演將衍生出更多的智能傳感器發(fā)展成熟。

在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，需要用各種傳感器來(lái)監(jiān)視和控制生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)參數(shù)，使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或最佳狀態(tài)?？梢哉f(shuō)智能傳感器是實(shí)現(xiàn)智能制造的核心設(shè)備，它直接影響到智能制造的發(fā)展進(jìn)程。

智能制造一個(gè)必備要素就是數(shù)據(jù)的自動(dòng)化流動(dòng)，而現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)獲取是第一個(gè)開始流動(dòng)的地方。不管是數(shù)據(jù)的采集、存貯、顯示、監(jiān)控還是其他信息的集成，在前端感知領(lǐng)域，智能傳感器就是實(shí)現(xiàn)智能化的關(guān)鍵。缺了它，智能制造將無(wú)從談起。

在智能制造的發(fā)展進(jìn)程中，智能傳感器作為智能裝備感知外部環(huán)境信息的自主輸入裝置，要兼顧監(jiān)控、測(cè)量、分析評(píng)估等一系列的工作，對(duì)智能裝備的應(yīng)用起著技術(shù)牽引和場(chǎng)景升級(jí)的作用。

推動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)

智能傳感器作為廣泛地系統(tǒng)前端感知器件，既可以助推傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的升級(jí)，例如，傳統(tǒng)工業(yè)的升級(jí)、傳統(tǒng)家電的智能化升級(jí)；又可以對(duì)創(chuàng)新應(yīng)用進(jìn)行推動(dòng)，比如機(jī)器人、VR/AR（虛擬現(xiàn)實(shí)/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）、無(wú)人機(jī)、智慧家庭、智慧醫(yī)療和養(yǎng)老等領(lǐng)域。

在工業(yè)領(lǐng)域，傳統(tǒng)企業(yè)面臨人力成本提高、市場(chǎng)需求下降等問(wèn)題，傳統(tǒng)企業(yè)開始從勞動(dòng)密集型轉(zhuǎn)向自動(dòng)化、智能化。在整個(gè)轉(zhuǎn)型中，智能傳感器發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，推動(dòng)傳統(tǒng)工業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。

2015年我國(guó)傳感器市場(chǎng)規(guī)模達(dá)1100億元，預(yù)計(jì)到2020年將達(dá)到2115億元，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到14%。但是由于國(guó)內(nèi)傳感器企業(yè)技術(shù)水平、生產(chǎn)工藝、規(guī)模和盈利能力等方面的差距導(dǎo)致國(guó)內(nèi)傳感器市場(chǎng)高度依賴進(jìn)口。特別是高端傳感器方面，由于種類多、跨學(xué)科研發(fā)技術(shù)水平高、開發(fā)成本大，企業(yè)不愿承擔(dān)開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，造成我國(guó)高端傳感器基本依靠進(jìn)口。2015 年，我國(guó)中高端傳感器進(jìn)口比例達(dá)到80%。

智能傳感技術(shù)是智能制造和物聯(lián)網(wǎng)的先行技術(shù)，作為前端感知工具，具有非常重要的意義。