人們?yōu)榱藦耐饨绔@取信息,必須借助于感覺(jué)器官。而單靠人們自身的感覺(jué)器官,在研究自然現象和規律以及生產(chǎn)活動(dòng)中它們的功能就遠遠不夠了。為適應這種情況,就需要傳感器。因此可以說(shuō),傳感器是人類(lèi)五官的延長(cháng),又稱(chēng)之為電五官。
那什么是傳感器呢?官方的定義是:傳感器是一種檢測裝置,能感受到被測量的信息(例如:溫度,血壓,濕度,速度等),并能將感受到的信息,按一定規律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出,以滿(mǎn)足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。通俗的解釋就是,可以感知周?chē)h(huán)境或者特殊物質(zhì),比如氣體感知、光線(xiàn)感知、溫濕度感知、人體感知等等,把模擬信號轉化成數字信號,給中央處理器處理,最終結果形成氣體濃度參數、光線(xiàn)強度參數、范圍內是否有人探測、溫度濕度數據等。
21世紀的信息化時(shí)代一定程度上屬于傳感器,而進(jìn)入到智能化的年代之后,傳感器前面自然而然也需要加上智能二字。
一、智能手機
智能手機之所以智能,離不開(kāi)各種各樣的智能傳感器?,F在智能手機中比較常見(jiàn)的智能傳感器有距離傳感器、光線(xiàn)傳感器、重力傳感器、指紋識別傳感器、圖像傳感器、三軸陀螺儀和電子羅盤(pán)等。
比如指紋識別傳感器可以采集指紋數據,然后進(jìn)行快速分析與認證,免去繁瑣的密碼操作,快速解鎖。
二、人工智能/機器人
傳感器是人工智能最基礎的硬件,類(lèi)似于人類(lèi)的感覺(jué)獲取器官。大量的傳感器即可實(shí)現感知+控制,而家庭自動(dòng)化=感知+控制,這種層面的信息交互與人機交互,還多需人的參與。而人工智能將人類(lèi)的邏輯大腦賦予機器,實(shí)現感知+思考+執行,最終上升到這種層次。
例如,家里的空調不單單依靠溫濕度傳感器進(jìn)行自我調節,還可以通過(guò)家庭成員的識別來(lái)自動(dòng)選擇模式,比如風(fēng)向的調節,針對小孩、老人溫度的調節。這些新技術(shù)將帶來(lái)無(wú)限大的想象空間,再結合機器增強學(xué)習的算法,將提供深度體驗。
還有智能機器人使用的關(guān)鍵硬件包括驅動(dòng)器、減速器和傳感器等,智能傳感器作為機器人的五官,在采集外界信息數據上發(fā)揮著(zhù)重要作用。
三、AR/VR
虛擬現實(shí)中的傳感設備主要包括兩部分:一部分用于人機交互而穿戴于操作者身上的立體頭盔顯示器、數據手套、數據衣等,另一部分是用于正確感知而設置在現實(shí)環(huán)境中的各種視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、力覺(jué)等。
實(shí)現AR/VR,提高用戶(hù)體驗,需要用到大量用于追蹤動(dòng)作的傳感器。比如FOV深度傳感器、攝像頭、陀螺儀、加速計、磁力計和近距離傳感器等。當前,每家VR硬件廠(chǎng)商都在使用自己的技術(shù),索尼使用PlayStation攝像頭作為定位追蹤器,而Vive和Oculus也在使用自己的技術(shù)。
四、無(wú)人機
無(wú)人機是當下非常流行的智能硬件,其智能飛控系統的實(shí)現需要用到各種智能傳感器,包括IMU、MEMS加速度計、電流傳感器、傾角傳感器和發(fā)動(dòng)機進(jìn)氣流量傳感器等。
IMU結合GPS是無(wú)人機維持方向和飛行路徑的關(guān)鍵。隨著(zhù)無(wú)人機智能化的發(fā)展,方向和路徑控制是重要的空中交通管理規則。IMU采用的多軸磁傳感器,在本質(zhì)上都是精準度極高的小型指南針,通過(guò)感知方向將數據傳輸至中央處理器,從而指示方向和速度。
而MEMS加速度計用于確定無(wú)人機的位置和飛行姿態(tài);電流傳感器可用于監測和優(yōu)化電能消耗,確保無(wú)人機內部電池充電和電機故障檢測系統的安全;傾角傳感器能夠測量細微的運動(dòng)變化,應用于移動(dòng)程序,作為無(wú)人機的陀螺儀補償,集成陀螺儀和加速度計,為飛行控制系統提供保持水平飛行的數據;流量傳感器可以有效地監測電力無(wú)人機燃氣發(fā)動(dòng)機的微小空氣流速。
五、智能穿戴
傳感器在可穿戴設備中起到至關(guān)重要的作用。因為可穿戴設備最基本的功能就是通過(guò)傳感器實(shí)現運動(dòng)傳感。
以小米手環(huán)為例,就用到了ADI的MEMS加速度和心率傳感器來(lái)實(shí)現運動(dòng)和心率監測;AppleWatch內部除了MEMS加速度計、陀螺儀、MEMS麥克風(fēng),還有使用脈搏傳感器。
六、智能家居
傳感器是智能家居控制系統實(shí)現控制的基礎,隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展,越來(lái)越多的傳感器被用到智能家居系統中。
智能家居傳感器是家居中的眼鼻耳,因為智能家居首先離不開(kāi)對居住環(huán)境人性化的數據采集,也就是說(shuō)把家居環(huán)境中的各種物理量、化學(xué)量、生物量轉化為可測量的電信號裝置與元件。
智能家居領(lǐng)域需要使用傳感器來(lái)測量、分析與控制系統設置,家中使用的智能設備涉及位置傳感器、接近傳感器、液位傳感器、流量和速度控制、環(huán)境監測、安防感應等傳感器等技術(shù)。
七、智能汽車(chē)/自動(dòng)駕駛
車(chē)聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的重大領(lǐng)域,智能汽車(chē)是車(chē)聯(lián)網(wǎng)的核心,正處于高速發(fā)展中。在智能汽車(chē)時(shí)代,主動(dòng)安全技術(shù)成為備受關(guān)注的新興領(lǐng)域,需要改進(jìn)現有的主動(dòng)安全系統,比如側翻(rollover)與穩定性控制(ESC),這就需要MEMS加速度傳感器和角速度傳感器來(lái)感測車(chē)身姿態(tài)。語(yǔ)音將成為人與智能汽車(chē)的重要交互方式,MEMS麥克風(fēng)將迎來(lái)發(fā)展新機遇。
MEMS傳感器在汽車(chē)領(lǐng)域還有很多應用,包括安全氣囊(應用于正面防撞氣囊的高g值加速度計和用于側面氣囊的壓力傳感器)、汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(應用于檢測進(jìn)氣量的進(jìn)氣歧管絕對壓力傳感器和流量傳感器)等。
而自動(dòng)駕駛技術(shù)的興起,也進(jìn)一步推動(dòng)了MEMS傳感器進(jìn)入汽車(chē)。雖然GPS接收器可以計算自身位置和速度,但在GPS信號較差的地方(地下車(chē)庫、隧道)和信號受到干擾的時(shí)候,汽車(chē)的導航會(huì )受到影響,這對自動(dòng)駕駛來(lái)說(shuō)是致命的缺陷。利用MEMS陀螺儀和加速度計獲取速度和位置(角速度和角位置),車(chē)輛任何細微的動(dòng)作和傾斜姿態(tài),都被轉化為數字信號,通過(guò)總線(xiàn),傳遞給行車(chē)電腦。即便在最快的車(chē)速狀態(tài)下,MEMS的精度和反應速度也能夠適應。得益于硅體微加工、晶片鍵合等技術(shù)的發(fā)展,精度已經(jīng)上升到0.01。
八、智慧工業(yè)
智能工廠(chǎng)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)加強信息管理和服務(wù),掌握產(chǎn)銷(xiāo)流程、提高生產(chǎn)過(guò)程的可控性、減少生產(chǎn)線(xiàn)上人工的干預、及時(shí)正確地采集生產(chǎn)線(xiàn)數據,以合理的安排生產(chǎn)計劃與生產(chǎn)進(jìn)度,并優(yōu)化供應鏈。在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域,傳感器應用非常廣泛,工業(yè)生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節都需要傳感器進(jìn)行監測,并把數據反饋給控制中心,以便對出現異常節點(diǎn)進(jìn)行及時(shí)干預,保證工業(yè)生產(chǎn)正常進(jìn)行。業(yè)界普遍認為,新一代的智能傳感器是智能工業(yè)的心臟,它讓產(chǎn)品生產(chǎn)流程持續運行,并讓工作人員遠離生產(chǎn)線(xiàn)和設備,保證人身安全和健康。
MEMS讓傳感器小型化、智能化,MEMS傳感器將在智慧工業(yè)時(shí)代大有可為。MEMS溫度、濕度傳感器可用于環(huán)境條件的檢測,MEMS加速度計可以用來(lái)監測工業(yè)設備的振動(dòng)和旋轉速度。高精度的MEMS加速度計和陀螺儀可以為工業(yè)機器人的導航和轉動(dòng)提供精確的位置信息。