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為什麼我們說物聯網離不開感測器?

 

Bosch MEMS enabling the Internet of Things 
and Services

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感測器在物聯網產業中的作用
物聯網是將各種資訊感測設備和網路結合起來,形成的一個巨大網路,它是網際網路的升級,也是資訊化時代的核心。物聯網的發展需要智慧感知、辨識和通訊等技術支撐,而感知的關鍵就是感測器及相關技術,可以毫不誇張的說,沒有感測器的進步,就沒有物聯網的繁榮。

隨著物聯網的發展,感測器產業也將迎來爆發,感測器是物聯網採集數據的關鍵組件,扮演著不可或缺的角色。
 
隨著全球開始步入高速發展的資訊時代,在獲取和處理資訊過程中,首先要解決的就是要獲取,可靠並準確的資訊,而感測器是獲取資訊的主要手段和途徑。
 
 
例如在工業4.0 時代,要用感測器來監視和控制,生產過程中的參數,使設備保持正常的工作狀態在智慧家庭領域,感測器是實現用戶和家居單品(燈光、電視、冰箱、音響等)互動的基礎在無人駕駛中,需要透過感測器,對交通和環境數據的採集和處理,這樣才能保證汽車在道路上的安全行駛……可以毫不誇張的說,未來物聯網有多大的市場,感測器就能有多大的作為。
 
隨著物聯網需求的增加,目前感測器呈現一種高速成長的態勢。據對岸市場相關統計, 預計到 2021 年將增至5937億元,未來五年中國資訊器產業,年均複合成長率約30%。
 
感測器發展大致分為三個階段,以利用結構變化感知信號的結構型感測以半導體和材料組成的固體型感測以具有資訊交換、處理能力的智慧感測器,這也是物聯網時代最有前景的感測器類型。
 
慧感測器具有高精度、成本低、功能多樣化、自動化強等特點,它是一種具有資訊處理功能的感測器,是感測整合化與微處理機相結合的產物。
 
在很多物聯網場景下的感測器,都具有智慧感測器的特點,未來得物聯網時代,智慧感測器將是市場主流。
 
物聯網時代對感測器的發展要求
從19世紀60年代誕生至今,感測器的歷史已經有150餘年了,在行動網路時代,手機的普及促進了感測器的極大發展,但也決定了很多類型的感測器,是專為手機而設計的。
 
物聯網時代的「物」,在對感測和連接的需求上,與手機有很大的差別,所以也對感測技術提出了更多、更高的要求。總結來說,感測器在朝著高精度、小型化、低功耗、智慧化等方向進化。


 

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智慧感測
1、高精度、高品質
如果感測器收集的數據資訊出錯,那麼相當於從源頭上出錯,後面一切數據的傳輸、分析、應用,也就沒了意義,所以感測器的精度和品質,保障物聯網願景的一道重要基線。想像一下,如果一輛智慧聯網汽車,感測器的精度和品質不達標,這就意味著,在意外情況發生的那幾毫秒內,系統無法做出正確決策,從而嚴重威脅駕駛員的安全。
 
2、小型化
隨著以智慧手機為中心的行動設備,向多功能、高性能化發展,要求電路板內的組件數量更多、體積更小。因此,感測器正在逐漸採用整合化技術,以實現高性能化和小型化。整合溫度感測器、整合壓力感測器等,早已被廣泛使用,今後將有更多整合感測器被開發出來。
 
3、低功耗
手機上的社群、微信、視訊、遊戲,都是電量消耗的大戶,我們也早已習慣了每天充電、出遠門充電寶不離身的日子,但你能想像,假如煙霧警報器、智慧攝影機等互聯設備,也需要天天調換電池,會是怎樣一種蹩腳的情景嗎和手機不同,很多物聯網設備地處人們不常接觸的區域,所以對功耗有極致的要求,從而決定了感測器的功耗也要很低,否則營運成本太高。
 
4、智慧化
隨著互聯設備的激增,數據呈現爆炸式成長,中心化的雲端已經「不堪重負」,更重要的是,對於智慧製造或智慧交通等應用場景,雲端分析的延遲,會使數據價值呈現「斷崖式」下跌,於是,邊緣智慧開始興起。
 
感測器是很好的邊緣節點,用嵌入式技術將智慧感測器與微處理器整合為一體,使其成為具有環境感知、數據處理、智慧控制與數據通信功能的智慧數據終端設備,這就是所謂的智慧感測器。這種感測器具有自學習、自診斷和自補償能力、複合感知能力,以及靈活的通信能力。這樣,感測器在感知物理世界的時候,反饋給物聯網系統的數據就會更準確,更全面,達到精確感知的目的。
 
 
五大領域對智慧感測的需求暴漲

 

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智慧感測器具有高精度、成本低、功能多樣化、自動化強等特點,它是一種具有資訊處理功能的感測器,是感測器整合化,與微處理機相結合的產物。在很多物聯網場景下的感測器,都具有智慧感測器的特點,未來得物聯網時代,智慧感測器將是市場主流。
 
未來最有前景的幾大物聯網場景中,智慧工業、智慧家庭、智慧醫療、智慧汽車、智慧農業等,是未來最有可能普及的物聯網領域。
 
 
1、智慧工業感測器是實現工業4.0的基礎
眾所皆知,工業4.0 已經成為很多國家策略發展的一部分,智慧製造是工業變革的關鍵,智慧工業感測器在製造中的角色,越來越重要。工業感測器的特點,是性能指標和精度要求高,不允許數據採集和處理的失誤。不同於傳統工業的感測器,智慧工業感測器將用於智慧製造,它在精度、穩定性、抗衝擊性方面,提出了更為苛刻的要求。
 
未來,基於工業4.0 的智慧工業感測器需求,將大幅增加,而這也是工業感測器廠商,面臨的最大機會點。
2、智慧家庭給這些感測器帶來了成長空間
智慧家庭的一大特點,就是實現對家居用品的控制,隨著物聯網的發展,越來越多的感測器將用於家電中,如洗衣機、電視、冰箱、燈光、空調、油煙機等,原來沒有感測器的產品,都將因智慧家庭的普及,而成為感測器主戰場。
 
感測器將是智慧家庭產品的標配,例如壓力感測器,可用於洗衣機中對泡沫量的監控光電感測器用於燈泡實現對燈光的控制電磁感測器用在洗碗機裡面,可實現噴水臂的移動等,還有流量感測器、智慧氣體感測器等均大有用途。
3、智慧醫療需要各式各樣的智慧感測
智慧醫療是利用物聯網技術,實現患者和醫務人員,及醫療設備之間的互動,其工作的核心部分,是對患者的資訊進行採集、儲存、傳輸和處理。在進行圖像傳輸,以及海量數據計算處理的過程中,需要各中各有具有智慧處理功能的感測器,如用於測量病人血壓的 MEMS 壓力感測器,用於研究睡眠窒息的熱電感測器,用於監控和測量體表體溫的溫度感測器等。
 
隨著物聯網技術的發展,無線醫療感測器逐漸向智慧化、微型化、低功耗等方向發展,感測器在智慧醫療領域的應用,也會越來越廣泛。據國際媒體報導,科學家研究了一種新型感測器,可用於診斷眼外傷,它根據測定人類眼淚,所含維他命 C 濃度的高低,判斷眼外傷的嚴重情況。
 
最近科學家又研究了一款,僅有膠囊大小的可吞服心率感測器,病人吞服後可測量其生命體徵等數據,並將資訊傳輸到接收器中,供醫生遠端監控。
 
隨著技術的進步,應用於智慧醫療的傳感器種類將越來越多,但它們的一大共性是具備智能傳感器的特點。
4、智慧感測器助力汽車的智慧化
雖然的很多汽車,實現了一些基本的聯網功能,但並不是真正的智慧汽車。隨著 AI 和物聯網技術的發展,智慧汽車會成為未來的主流。智慧汽車是一個集環境感知、多等級輔助駕駛等功能,於一體的綜合系統,它的一大特點是能實現聯網控制,而控制與操作的關鍵,離不開智慧感測器,智慧汽車的普及,將帶來智慧感測器的增加。
 
在智慧汽車裡面,未來應用最多的幾大智慧感測器,將是空氣流量感測器、里程表感測器、機油感應感測器、剎車壓力感測器、位置感測器,和碰撞感測器等。
 
5、智慧農業感測器市場前景廣闊
智慧農業是建設成為農業升級的關鍵,在未來的農業生產中,需要很多類型的物聯網感測器和相關技術。農業物聯網的組成包括智慧水質感測器、無線感測網、無線通信等,它們一起組成完整的智慧農業系統,感測器是實現這些的第一步。
 
 
物聯網農業的特點是以資訊化技術為基礎,在農業生產過程中,透過感測器收集數據,並進行量化分析和智慧決策,農業生產的環境非常複雜,不同的場景需要的感測器不一樣,如空氣溫度、濕度、光照強度、二氧化碳濃度等,這些數據的採集,都需要使用相對應的智慧農業感測器。
 
感測器在科學技術領域、工農業生產以及日常生活中,發揮著越來越重要的作用。人類社會對感測器提出的越來越高的需求,是感測器技術發展的強大動力,而現代技術突飛猛進,則為其發展提供了堅強的後盾。
 
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