传感器已经变得无处不在。它们早在互联网出现之前就存在了,当然也早在物联网(IoT)出现之前就存在了。现代智能传感器比以往任何时候都能实现更多的应用,市场也在不断变化,也存在很多的驱动因素推动增长。
汽车、照相机、智能手机和支持物联网工厂机器只是众多传感器中的几类应用市场。
以汽车为例。在短短的几十年里,传感器数据计算能力已经被深入应用到汽车行业。汽修工会告诉你:不久前,他们还在机械地修补有问题的汽车。但是现在,汽车搭载的都是软件和数字技术系统,其中大部分还有传感器来进行数字化分析。
互联网络物理世界中的传感器
随着物联网的出现,制造业的数字化(我们称之为工业4.0),以及我们在经济和社会各个领域为数字化转型所作出的不断努力,智能传感器在各个行业中得以应用,传感器市场的发展速度也越来越快。
事实上,在某种程度上,智能传感器是物联网“真正”的基础。在物联网部署的这一阶段,许多人仍然以物联网设备来定义物联网。物联网通常被视为一些连接物联网设备的网络,这些设备中就包括智能传感器。而这些设备也可以被称为感知设备。
因此,它们包含传感器和通信等其它技术,这些传感装置能够测量事物,并将测量的东西转换成数据,然后以不同的方式进行应用。而应用的目的和背景(例如,使用了什么连接技术)决定了该使用哪种功能的传感器。
传感器和智能传感器-名称中有什么?
传感器和智能传感器的定义
传感器和其它物联网设备是物联网技术堆栈的基础层。它们捕获我们的应用程序所需的数据,并将这些数据传送给更上层的通信、平台系统。正如我们在物联网技术简介中所解释的,一个物联网的“项目”可以使用多个传感器。传感器使用的种类和数量都取决于项目需求和项目智能化程度。以智能石油钻机为例:它可以有数万个传感器。
传感器的本质
传感器是变换器,就像是所谓的执行器一样。传感器将能量从一种形式转换为另一种形式。对于智能传感器而言,这意味着传感器可以“感知”所连接设备及其使用的物理对象内部或周围(状态和环境)的条件。
传感器可以检测和测量这些参数、事件或变化,并将其传达给更高级别的系统和其他设备,然后这些设备可以使用这些数据进行操作、分析等。
传感器是一种通过将任何特定物理量(如光、热、运动、水分、压力或类似实体)转换为任何其他形式(主要是电脉冲)来检测、测量或指示它们的装置(来自:美国联合市场研究机构)。
传感器可以“感知”和交流的参数和事件包括物理量,如光、声音、压力、温度、振动、湿度、特定化学成分或气体的存在、运动、灰尘颗粒的存在等等。
显然,传感器是物联网的重要组成部分,需要非常准确,因为传感器是最先获取数据的地方。
当传感器感知并发送信息时,执行器被激活并开始运作。执行器接收信号并设置其所需的运动,以便能在环境中采取行动。下图使其更加有形,并展示了一些我们可以“感知”的东西。物联网传感器相对不同,它其实更多地以传感器模组或者开发板的形式出现(通常为特定用例和应用而设计)等等。
智能传感器定义
在我们了解传感器市场的一些主要演变之前,先简单介绍一下智能传感器。首先,什么是智能传感器?
“智能”一词与物联网连用之前就已经与众多其他术语连用过了。智能建筑、智能废物管理、智能家居、智能灯泡、智能城市、智能街道照明、智能办公室、智能工厂等等。当然,还有智能传感器。
以前的术语(城市、建筑物、办公室等)通常可以从其技术特征或目标的角度(例如,将公民、居民、人放在首位)来看待,而有关智能或智能传感器的大部分文献则涵盖了技术和功能方面。这与传感器的发展和历史有关,如前所述,传感器绝不是一个新鲜事物。
智能传感器与传感器的不同之处在于,智能传感器是具有板载技术的高级平台,如微处理器、存储、诊断和连接工具,可将传统反馈信号转换为真正的数字洞察
2009年,国际频率传感器协会(IFSA)对来自学术界和工业界的几位人士进行了调查,以确定智能传感器的定义。在20世纪80年代转向数字信号和90年代大量新技术的加入之后,大多数传感器都可以称为智能传感器。
20世纪90年代还出现了“普适计算”的概念,这被认为是物联网发展的重要因素,尤其是随着嵌入式计算的进步。大约在20世纪90年代中期,传感器模块中数字电子和无线技术的发展和应用不断增长,在传感等基础上,发送数据变得越来越重要。今天,这在物联网中是显而易见的。事实上,在物联网这一术语出现之前,有些人就提到了传感器网络。所以,你可以看到,在2009年,智能传感器领域已经发生了很多事情。
不过,“智能传感器”一词的术语解释还是会令人困惑。IFSA调查的大多数参与者(61%)认为“智能传感器”就是传感器具有“智能功能”,如自我识别、自我验证、自我测试或自适应。其他人(18%)认为它就是“传感元件、模拟接口电路、ADC(模数转换器)和总线接口的组合”。
少数人更倾向于它就是“只有自检(自校准、自验证)功能的传感器”(6%),极少数人(1%)认为它就是一种与IEEE 1451标准兼容的传感器。7%的受访者认为每个答案都有一定的道理,剩下7%的受访者则持有不同的意见。
自此之后,情况发生了很大变化,我们生活在一个数字世界中,现代传感器系统除了包含调查中所涉及到的功能,还使用了越来越多的智能功能,并且还基于现代微电子技术和MEMS技术(稍后将详细介绍)。
以基础传感器和智能传感器作为平台实现洞察
智能传感器和物联网传感器的重要一点是,它们是实际具有硬件(传感器元件或主要/基本传感器本身、微处理器等)、上述通信能力和实现各种功能的软件的平台。所有这些领域都能进行创新发展。