傳感器技術研發(fā)和應用趨勢
傳感器是設備感受外界環(huán)境的重要硬件，決定了裝備與外界環(huán)境交互的能力，是設備智能化的硬件基礎，尤其在很多智能設備中，傳感器決定著設備的核心能力。一個典型的傳感器由敏感元件、轉換元件和調理電路組成。敏感元件用于直接感受被測量，轉換元件用于轉化為電量參數(shù)。
傳感器用途廣泛、種類繁多。按照測量對象可以將傳感器分為檢測光、放射線、聲信號、磁信號、力、位置信息、溫度、濕度、溶液流量流速等類型的傳感器。每一種檢測同樣對象的傳感器又有多種應用和不同的實現(xiàn)路徑。
目前，國內傳感器技術發(fā)展與創(chuàng)新的重點在材料、結構和性能改進3個方面：敏感材料從液態(tài)向半固態(tài)、固態(tài)方向發(fā)展;結構向小型化、集成化、模塊化、智能化方向發(fā)展;性能向檢測量程寬、檢測精度高、抗干擾能力強、性能穩(wěn)定、壽命長久方向發(fā)展。
隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，對傳統(tǒng)傳感技術又提出了新的要求，產品正逐漸向MEMS技術、無線數(shù)據(jù)傳輸技術、紅外技術、新材料技術、納米技術、陶瓷技術、薄膜技術、光纖技術、激光技術、復合傳感器技術、多學科交叉融合的方向發(fā)展。
智能傳感器讓智能裝備擁有多種“感覺”
傳感器作為智能裝備的自主式輸入，相當于智能裝備、機器人的各種感覺器官，智能裝備對于外界環(huán)境的感覺主要有視覺、位置覺、速度覺、力覺、觸覺等�！�
視覺是智能裝備常用的輸入系統(tǒng)，并可以分為兩大類：一是直觀的視覺，數(shù)據(jù)類型是像素組成的圖片，典型的應用如機器視覺、物體識別等，此類傳感器有高速相機、攝像機等;二是環(huán)境模型式的視覺，數(shù)據(jù)類型是點云數(shù)據(jù)構成的空間模型，典型的應用是空間建模，此類傳感器有3D激光雷達、激光掃描儀等。
位置覺是指通過感知周圍物體與自身的距離，從而判斷自身所處的環(huán)境位置，此類傳感器有激光測距儀、2D激光雷達、磁力計(判斷方向)、毫米波雷達、超聲波傳感器等�！�
速度覺是指智能裝備對于自身運行的速度、加速度、角速度等信息的掌握，此類傳感器有速度編碼器、加速感應器、陀螺儀等。
力覺在智能裝備中用以感知外部接觸物體或內部機械機構的力，典型的應用如裝在關節(jié)驅動器上的力傳感器，用來實現(xiàn)力反饋;裝在機械手臂末端和機器人后一個關節(jié)之間的力傳感器，用來檢測物體施加的力等。
觸覺在智能裝備中可以進一步分為接觸覺、壓覺、滑覺，此類傳感器有光學式觸覺傳感器、壓阻式陣列觸覺傳感器、滑覺傳感器等，其中滑覺傳感器是實現(xiàn)機器人抓握功能的必備條件。
除以上五種人體感覺以外，一些物理傳感器還具有超越人體的感覺，比如生物傳感器可以測量血壓、體溫等，環(huán)境傳感器可以測量溫濕度、空氣粉塵顆粒物含量、紫外線光照強度等。這些超越人體感官的傳感器如今被可穿戴設備搭配起來，可穿戴設備從而被賦予了擴充人體感官的功能�！�
傳感器研發(fā)趨勢：
隨著微機電系統(tǒng)(MEMS)、激光技術、高科技材料等的技術進步，傳感器的研發(fā)呈現(xiàn)多樣化的趨勢，有的利用生物材料模擬人類皮膚，創(chuàng)新傳感器的觸覺;有的利用MEMS技術研發(fā)微型智能化傳感器，從而有利于復雜系統(tǒng)的集成;有的利用高精度的激光技術創(chuàng)造激光雷達，從而利于系統(tǒng)實時感知周邊障礙物與環(huán)境等等。
然而總體而言，傳感器的研發(fā)過程呈現(xiàn)兩階段的趨勢：一、技術創(chuàng)新，根據(jù)未能滿足的需求開發(fā)新產品。在階段中，傳感器研發(fā)創(chuàng)新的方向源于智能裝備、創(chuàng)新設備的需求，研發(fā)人員根據(jù)使用需求，創(chuàng)新出新型傳感器。二、成本降低，應用落地，產品逐步切合產業(yè)化需求。在第二階段中，在研發(fā)創(chuàng)新的過程中，為了滿足人們對于智能裝備產業(yè)化應用的需求，研究人員從對技術開發(fā)的關注轉為對成本下降的關注，以實現(xiàn)傳感器大規(guī)模生產，智能裝備產業(yè)化應用的愿景�！�
3D激光雷達就是這樣一種從功能創(chuàng)新中誕生，又開始進入商業(yè)化開發(fā)的傳感器。下面以激光雷達為例，梳理傳感器典型的發(fā)展趨勢。
傳感器應用趨勢：同類結合、多種組合、場景創(chuàng)新
傳感器作為智能裝備除人工設置參數(shù)以外的輸入，其重要性不言而喻。傳感器感知外界環(huán)境的能力，決定了智能裝備信息輸入的準確性和豐富性。對于傳感器的有效應用的創(chuàng)新，往往也是智能裝備功能創(chuàng)新的基礎。智能裝備對于傳感器的創(chuàng)新應用主要有以下三種趨勢：
同類傳感器結合使用，單一功能上的縱向深度結合
這種情況下，系統(tǒng)在單一功能上往往有著極高的需求，為滿足系統(tǒng)在單一功能上的高復雜需求，同類傳感器有機結合，形成的冗余結構保證了系統(tǒng)在該功能上的安全性。如無人駕駛汽車的感知系統(tǒng)，多種視覺、位置覺傳感器的有機結合，形成了相互補充的冗余結構，從而保證了系統(tǒng)能夠正確、地實時感知外界環(huán)境，做出正確駕駛決策。
此時，傳感器之間在功能上往往有著主導和輔助的區(qū)別和聯(lián)系，起主導作用的傳感器是產品實現(xiàn)的核心技術壁壘。
多種傳感器組合使用，多種功能上的橫向廣度組合
為滿足系統(tǒng)多類型、多層次的輸入輸出需求，多種類型的傳感器創(chuàng)新組合，形成智能裝備的多種感覺，根據(jù)多種感覺形成智能反饋。如情感交互性機器人Pepper以及其他陪護型、早教型機器人等，多種感官的組合形成了視覺、位置覺、聽覺等情感感知系統(tǒng)，再通過內部的人工智能算法形成智能反饋。
此時，硬件之間不存在主次之分，系統(tǒng)和算法芯片也同樣發(fā)揮重要作用�！�
新型傳感器應用于傳統(tǒng)設備，賦予設備智能化的生命力
新型智能傳感器應用于傳統(tǒng)設備，賦予傳統(tǒng)設備“感覺”，從而升級為智能設備。如激光雷達與掃地機器人的結合，形成了路徑規(guī)劃式的掃地機器人;血壓傳感器、心率傳感器、位置傳感器和手表、手環(huán)的結合，形成了集各種健康監(jiān)控功能于一身的可穿戴式設備等。
這種情況下，由于傳統(tǒng)設備本身具備需求，因此是主要一種存量市場的滲透替換現(xiàn)象，而新型傳感器應用帶來的效果改進具有明顯的消費者基礎。
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