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目前智能传感器技术在国际环境下的发展

时间:2021-04-08 点击次数:

智能传感器市场是随着物联网、移动互联网等新兴产业的迅速发展而迅速成长起来的。

它由感应元件、信号调理电路、控制器(或处理器)等组成,实现了数据的采集、转换、分析、甚至决策等功能。智能传感器可以提高传感器的精度,减少功耗和体积,实现网络的可组网性,从而扩大了传感器的应用范围,使其得到更快的发展。

主要以硅材料微加工技术和CMOS电路集成技术为基础的智能传感器。根据生产工艺的不同,智能传感器可以分为微机电系统(MEMS)、互补金属氧化物半导体(CMOS)和光谱学三大类。


微型拉式传感器LFT-13C

微机电技术和CMOS技术易于实现低成本的大规模生产,可将传感器元件与偏置、调理电路乃至超大规模电路集成在同一基片或封装中,使器件具有多种检测功能和数据智能处理功能。比如,利用霍尔效应检测磁场,利用塞贝克效应检测温度,利用压阻效应检测应力,利用光电效应检测光线等智能装置。

到目前为止,许多智能传感器已经广泛地应用于人们的日常生活,例如智能手机,智能家居,可穿戴设备等,在工业控制设备,智能建筑,医疗器械,物联网,检测与测试,以及诸如监视与瞄准等军事领域中都发挥着重要作用。

分析市场和应用。

主要产品有压力传感器、温度传感器、触摸屏等,都有两位数的增长速度。基于MEMS、CMOS、光谱等主流技术的智能传感器市场正处于快速成长周期。

智能化传感技术推动了军事应用的发展。

强烈的军事应用需求持续推动传感器技术的发展和变革。CMOS、硅微加工、MEMS主流技术是实现传感器智能化的主要手段,也是实现传感器数据融合的硬件基础,是降低成本的有效途径。

感测器资料融合

将多个传感器或多个来源的信息进行数据融合,得到更准确、可靠的信息或结论。比如,装备电子系统的无人驾驶飞机,必须融合来自红外,视频和位置传感器的数据。信息融合要求传感器具有高度的控制计算能力和微型化。

战地监视和目标定位传感器

美国国防部根据对传感器的研究,将战场监视和瞄准传感器分成几大类,见图4。以MEMS,CMOS和光谱技术为基础制造的传感器主要有:

监测和电子情报智能传感器,其在航空航天的应用包括环境探测、安全和地球观测服务,并涉及水下船只、智能电子装置(IED)、鱼雷和导弹的探测和跟踪,关键基础设施保护方面使用视频监测;

使炮塔等武器精确定位,并使智能传感器在特定高度保证射击精度;

多功能军用智能传感器集成装置,满足军事应用对传感器系统的快速感知、操作、响应等方面的要求。图4美国国防部战场监控与目标定位传感器参考分类

空间应用传感器

一个中型的太空飞行器拥有大约数百个传感器,需要开发智能传感器。航天应用中对传感器的抗辐射加固等方面的特殊要求,比其它军事领域更高。开发地面智能传感器是实现空间应用的一个重要途径。将电磁技术应用于遥感传感器信息采集的重要技术领域。各种遥感传感器在不同的电磁频谱范围内工作。表格1列出了典型的遥感传感器在科学研究,地球观测和天气预报方面的应用。

在传感器、MEMS和CMOS技术的推动下,美军智能传感网的发展明显加快,拟实现微小化、智能化、网络化、分布式和传感器信息融合,可为底层作战人员提供强化态势感知手段。

这个应用领域包括各种各样的各种传感器。数字信息的初级处理可在一个传感器上完成,图像/信号处理功能有助于发现目标,进行识别和分类处理。高级智能传感器如智能尘埃,可以在战场的每一个角落布设传感器,具有低功耗,高隐蔽性,自主和自动化功能,可自我感知,连续学习,甚至自动检测,跟踪和分类目标,以及网络通讯。

国内智能传感器的发展

当智能时代逐渐来临,智能传感器将成为未来智能系统和物联网的核心部件,成为所有数据采集的入口,成为智能感知外部世界的前端,随着人工智能技术的不断发展和成熟,它的重要性将越来越突出。

但由于传感器产业基础与应用两头依赖,技术与投资两个密集,产品与产业两大分散的特点,导致我国传感器产业整体素质参差不齐,“散、小、低、弱、缺芯”现象突出,核心技术匮乏,与国际差距进一步拉大。目前国内关于传感器、CMOS控制处理芯片混合集成或单片集成技术的研究虽然很多,但影响较小。从国情出发,结合目前智能传感器的发展趋势,提出以下发展方向。

第一,坚持市场导向,发展产业。在市场配置资源与政府引导相结合的基础上,研究开发智能传感器,建立产、学、研一体化的协同创新机制,推动“芯片-集成应用-系统方案-信息服务”厂商之间的有效协同,构建完善的产业生态链,缩短技术到产品的研发周期,快速提升技术产品研发能力,实现产业突破,促进产业发展。

第二,聚焦应用市场,抓住核心产品的关键领域。以智能制造、智慧生活、汽车电子、仪器仪表、国家安全等应用行业为重点,加快推进由MEMS、CMOS、光谱等主流技术构成的智能传感器产品研发与推广应用,掌握核心关键技术,迅速形成产品研发能力,支撑产业发展。

第三,重视基础研究,推动科技进步。大家将积极推动原创性的创新,开发新原理、新材料、新结构的智能传感器,例如量子传感、MEMS生物芯片、纳机电系统(NEMS)、新型集成传感微系统、3D及单芯片异构集成技术等。

第四,军民结合发展。着重针对MEMS、CMOS、光谱学等关键技术,进行广泛的军民应用和产业化。军事领域的研究重点是智能光电和红外/听觉、地震和磁性/射频传感器以及数据融合。以图像传感器、汽车传感器、航空无线传感微系统为重点,积极推进以各种航天传感器为代表的民转军、军转民和军民融合发展。

滚球下注平台是专业研发生产高品质、高精度力值测量传感器的厂家。主要产品有微型压式传感器、S型拉压力传感器、测力传感器、称重传感器、控制仪表、以及手持仪等力控产品达千余种,产品可广泛应用于多种新型和智能化高端领域。

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