工业生产中,传感器的作用越来越重要,特别在万物互联的趋势下,智能传感器得到了前所未有的重视。智能传感器作为智能制造的基础,已经悄然应用到各行各业。
一、传感器的发展
传感器的发展被划分为三个阶段:
第一阶段:始于20世纪50年代,结构型传感器出现,它利用结构参量变化来感受和转化信号。
第二阶段:始于20 世纪70年代,固体型传感器逐渐发展,这种传感器由半导体、电介质、磁性材料等固体元件构成。利用材料的热电效应、霍尔效应,分别制成热电偶传感器、霍尔传感器等。
第三阶段:由 20 世纪末开始,智能型传感器出现并快速发展。它是计算机技术与检测技术相结合的产物,能够对外界信息具有一定检测、自诊断、数据处理以及自适应力,是当前传感器的主流。
智能传感器是指具有信息采集、信息处理、信息交换、信息存储等功能的多元件集成电路,是集传感单元、通信芯片、微处理器、驱动程序、软件算法等于一体的系统级产品。
二、智能传感器关键技术进展
传感器技术是实现智能制造的基石。在当前智能时代的推动下,高性能、高可靠性的多功能复杂自动测控系统以及基于射频识别技术的物联网的兴起与发展,愈发凸显了具有感知、认知能力的智能传感器的重要性及其快速发展的迫切性。
智能传感器沿用较为通用的分类方法,依据被测量的不同,一般分为物理量智能传感器、化学量智能传感器和生物量智能传感器三大类。
三、一个真正意义上的智能传感器应该具有如下功能
(1)自校准、自标定和自动补偿功能
(2)自动采集数据、逻辑判断和数据处理功能
(3)自调整、自适应功能
(4)一定程度的存储、识别和信息处理功能
(5)双向通信、标准数字化输出或者符号输出功能
(6)算法判断、决策处理的功能
四、智能传感器技术典型应用场景
智能传感在制造过程中的典型应用之一,体现在机械制造行业广泛采用的数控机床中。现代数控机床在检测位移、位置、速度、压力等方面均部署了高性能传感器,能够对加工状态、刀具状态、磨损情况以及能耗等过程进行实时监控,以实现灵活的误差补偿与自校正,实现数控机床智能化的发展趋势。此外,基于视觉传感器的可视化监控技术的采用,使得数控机床的智能监控变得更加便捷。
汽车制造行业应用智能传感也较多。以基于光学传感的机器视觉为例,在工业领域的三大主要应用有视觉测量、视觉引导和视觉检测。在汽车制造行业,视觉测量技术通过测量产品关键尺寸、表面质量、装配效果等,可以确保出厂产品合格;视觉引导技术通过引导机器完成自动化搬运、最佳匹配装配、精确制孔等,可以显著提升制造效率和车身装配质量;视觉检测技术可以监控车身制造工艺的稳定性,同时也可以用于保证产品的完整性和可追溯性,有利于降低制造成本。
工业电子领域,在生产、搬运、检测、维护等方面均涉及智能传感器,如机械臂、AGV导航车、AOI检测等装备。在消费电子和医疗电子产品领域,智能传感器的应用更具多样化。如智能手机中比较常见的智能传感器有距离传感器、光线传感器、重力传感器、图像传感器、三轴陀螺仪和电子罗盘等。可穿戴设备最基本的功能就是通过传感器实现运动传感,通常内置MEMS加速度计、心率传感器、脉搏传感器、陀螺仪、MEMS麦克风等多种传感器。智能家居(如扫地机器人、洗衣机等)涉及位置传感器、接近传感器、液位传感器、流量和速度控制、环境监测、安防感应等传感器技术。
五、传感器技术展望
随着新材料,新技术的广泛应用,基于各种功能材料的新型传感器件得到快速发展,其对制造的影响愈加显著。未来,智能化、微型化、多功能化、低功耗、低成本、高灵敏度、高可靠性将是新型传感器件的发展趋势,新型传感材料与器件将是未来智能传感技术发展的重要方向