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智能传感器产业三年行动指南2017-2019发布 商机扑面而来

2018-01-26 15:16
来源: 数智网

  近日,工信部正式下发《智能传感器产业三年行动指南(2017-2019)》(简称“指南”)。为了贯彻中国制造2025等战略,工信部于2016年4月启动了该指南的编制工作,于2017年11月20日正式印发。《指南》提出总体目标,规划到2019年实现传感器产业取得明显突破,智能传感器产业规模达到260亿元,其中主营业务超过10亿元的企业达到5家,超过1亿元的企业实现20家。微机电系统(MEMS)工艺生产线产能稳步增长。

  什么是智能传感器?

  作为人类获取信息的工具,传感器是现代信息技术的重要组成部分。传统意义上的传感器输出的多是模拟量信号,本身不具备信号处理和组网功能,需连接到特定测量仪表才能完成信号的处理和传输功能。智能传感器能在内部实现对原始数据的加工处理,并且可以通过标准的接口与外界实现数据交换,以及根据实际的需要通过软件控制改变传感器的工作,从而实现智能化、网络化。由于使用标准总线接口,智能传感器具有良好的开放性、扩展性,给系统的扩充带来了很大的发展空间。

  智能传感器概念最早由美国宇航局在研发宇宙飞船过程中提出来,并于1979年形成产品。宇宙飞船上需要大量的传感器不断向地面或飞船上的处理器发送温度、位置、速度和姿态等数据信息,即便使用一台大型计算机也很难同时处理如此庞大的数据。何况飞船又限制计算机体积和重量,因此希望传感器本身具有信息处理功能,于是将传感器与微处理器结合,就出现了智能传感器。

  智能传感器是一种能够对被测对象的某一信息具有感受、检出的功能;能学习、推理判断处理信号;并具有通信及管理功能的一类新型传感器。智能传感器有自动校零、标定、补偿、采集数据等能力。其能力决定了智能化传感器还具有较高的精度和分辨率,较高的稳定性及可靠性,较好的适应性,相比于传统传感器还具有非常高的性价比。

  早期的智能传感器是将传感器的输出信号经处理和转化后由接口送到微处理机进行运算处理。80年代智能传感器主要以微处理器为核心,把传感器信号调节电路、微电子计算机存贮器及接口电路集成到一块芯片上,使传感器具有一定的人工智能。90年代智能化测量技术有了进一步的提高,使传感器实现了微型化、结构一体化、阵列式、数字式,使用方便、操作简单,并具有自诊断功能、记忆与信息处理功能、数据存贮功能、多参量测量功能、联网通信功能、逻辑思维以及判断功能。

  智能传感器大体上可以分三种类型:即具有判断能力的传感器;具有学习能力的传感器;具有创造能力的传感器。

  智能传感器的结构组成

  智能传感器系统主要由传感器、微处理器及相关电路组成,如图所示。传感器将被测的物理量、化学量转换成相应的电信号,送到信号调制电路中,经过滤波、放大、A/D转换后送达微处理器。微处理器对接收的信号进行计算、存储、数据分析处理后,一方面通过反馈回路对传感器与信号调理电路进行调节,以实现对测量过程的调节和控制;另一方面将处理的结果传送到输出接口,经接口电路处理后按输出格式、界面定制输出数字化的测量结果。微处理器是智能传感器的核心,由于微处理器充分发挥各种软件的功能,使传感器智能化,大大提高了传感器的性能。

  智能传感器的特点:

  精度高

  智能传感器可通过自动校零去除零点,与标准参考基准实时对比自动进行整体系统标定、非线性等系统误差的校正,实时采集大量数据进行分析处理,消除偶然误差影响,保证智能传感器的高精度。

  高可靠性与高稳定性

  智能传感器能自动补偿因工作条件与环境参数发生变化而引起的系统特性的漂移,如环境温度、系统供电电压波动而产生的零点和灵敏度的漂移;在被测参数变化后能自动变换量程,实时进行系统自我检验、分析、判断所采集数据的合理性,并自动进行异常情况的应急处理。

  高信噪比与高分辨力

  由于智能传感器具有数据存储、记忆与信息处理功能,通过数字滤波等相关分析处理,可去除输入数据中的噪声,自动提取有用数据;通过数据融合、神经网络技术,可消除多参数状态下交叉灵敏度的影响。

  强自适应性

  智能传感器具有判断、分析与处理功能,它能根据系统工作情况决策各部分的供电情况、与高/上位计算机的数据传输速率,使系统工作在最优低功耗状态并优化传输效率。

  较高的性能价格比

  智能传感器具有的高性能,不是像传统传感器技术那样通过追求传感器本身的完善、对传感器的各个环节进行精心设计与调试、进行“手工艺品”式的精雕细琢来获得的,而是通过与微处理器/微计算机相结合,采用廉价的集成电路工艺和芯片以及强大的软件来实现的,所以具有较高的性能价格比。

  智能传感器的主要功能:

  智能传感器的功能是通过模拟人的感官和大脑的协调动作,结合长期以来测试技术的研究和实际经验而提出来的。是一个相对独立的智能单元,它的出现对原来硬件性能的苛刻要求有所减轻,而靠软件帮助来使传感器的性能大幅度提高。

  智能传感器通常可以实现以下功能:

  1、复合敏感功能

  我们观察周围的自然现象,常见的信号有声、光、电、热、力和化学等。敏感元件测量一般通过两种方式:直接和间接的测量。而智能传感器具有复合功能,能够同时测量多种物理量和化学量,给出能够较全面反映物质运动规律的信息。如美国加利弗尼亚大学研制的复合液体传感器,可同时测量介质的温度、流速、压力和密度。美国EG&GIC Sensors公司研制的复合力学传感器,可同时测量物体某一点的三维振动加速度、速度、位移等。

  2、自适应功能

  智能传感器可在条件变化的情况下,在一定范围内使自己的特性自动适应这种变化。通过采用自适应技术,由于它能补偿老化部件引起的参数漂移,所以自适应技术可延长器件或装置的寿命。同时也扩大其工作领域,因为它能自动适应不同的环境条件。自适应技术提高了传感器的重复性和准确度。因为其校正和补偿数值已不再是一个平均值,而是测量点的真实修正值。

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