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数字化与智能化之基石:未来传感器的10个变革趋势

2023年7月10日

编辑:Rokin/中国出海半导体网

 

传感器赋予了万物“感官”功能,它是“万物互联”时代物体与物体之间交流的“语言”。传感技术作为信息技术三大支柱之一,正在成为信息产业发展的重要推动力,也是经济社会信息化、数字化发展的重要推动力。得益于新能源汽车、工业自动化、医疗环保消费等领域的智能化数字化需求持续带动,传感器产业正在迎来更大的发展空间。据赛迪顾问数据显示,2021年中国传感器市场规模约为2851.8亿元,预计到2023年将突破3800亿元。

传感器整体发展方向将是:微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化。未来十年,将是人工智能+工业物联网的主战场,而感知是数字化和智能化的基础,要想更好的适应未来,传感器有以下10个变革趋势。

 

1、能量采集的使用让传感器能够独立运作

远程的单独传感器、无线传感器和连续监测传感器需要自供电。为了实现传感器的自供电,我们正在大量部署传感器能量采集器。这些微能量回收系统从太阳能、振动和热能等多种来源产生电力。它渗透了航空航天、汽车、环境监测、消费电子、医疗设备、植入式传感器、国土安全和国防等多个领域。Lord Microstrain开发了一种新方法,使用压电材料将应变能转换为电能存储。捷杰传感采用温差和太阳能综合取电装置,实现了传感器的自供电,真正做到了无源无线。

发展重点:独立持续供电和集成传感器触发需求。

 

 

2、3D传感器带来精细测量

3D深度传感器的技术进步促进了先进制造、安全系统、智能汽车和运输系统、交互式游戏和服务机器人等应用。3D技术在工业生产过程和离散领域的渗透越来越广泛。获取三维视觉数据的方法包括飞行时间(TOF)、结构光、立体视觉和3D干涉检查。3D深度传感器和触觉成像传感器为各种应用带来的影响,从消费电子到人机界面,极大地颠覆了过往的交互设计体验。DARPA(美国国防部高级研究计划局)开发了广泛部署的用于军事监控的3D技术。

发展重点:由于对高精度设计、操作控制和安全性的要求,3D传感器的需求正在增长。

 

 

3、声学——声表面波(SAW)和体声波(BAW)传感器

声表面波(SAW)和体声波(BAW)已被开发用于工业、健康和消费者应用的大量传感器和生物传感器的通用平台。今年年初,传感器Kinesis创新了基于SAW技术的快速埃博拉检测生物传感器。由于声学技术非常便宜,因此存在着探索各种应用的重大机会。AlsoBAW广泛用于智能手机的扬声器应用。今年年初,Sensor Kinesis创新了基于SAW技术的快速的快速埃博拉病毒检测生物传感器。由于这些声学技术成本非常便宜,因此存在探索各种声学技术应用场景的机会。BAW也广泛用于智能手机的扬声器。

发展重点:使用声学技术检测大量被检测物参数的潜力创造了许多应用场景。智能手机和类似便携式设备的大规模更换和扩展,确保了巨大的市场需求。

 

 

4、人工智能(AI)创造思维传感器

机器学习的技术发展,使机器在计算机的帮助下能够像人类一样思考,具有语音识别、语言翻译和视觉感知等特性。嵌入式人工智能(AI)赋予机器实时决策的能力。人工智能传感器的普及正在引领过程和离散工业空间中的精密控制应用场景发生变化。人工智能正在逐渐渗透到商业和消费领域。

发展重点:具有智能化实时数据分析和过程校正功能的传感器大量增加。此外,现场设备的交互性更具有高精度和完整性

 

 

5、组合和混合传感器促进多参数检测应用

部署组合传感器用于监测多个参数。除了难以到达的地方外,它们还用于闭环自动化应用。温度+湿度、压力+流量、振动+加速度+减速等传感器是部署最多的组合传感器。技术人员正在努力开发更多的组合,用于实时同时检测各种参数。

发展重点:现有传感器将逐渐转换为组合传感器。

 

6、数字健康平台保障健康

预防和诊断健康问题都表现出对传感器的日益依赖。传感器应用包括生命支持植入物、预防措施,残疾和严重患者的长期监测,机器人手术和远程患者监测。医疗点和家庭诊断市场对传感器的依赖性与日俱增。物联网兼容和可穿戴传感器在健康应用中蓬勃发展。传感器有助于老年护理监测。它们已经发展到各种医学应用中,人工智能、DNA测试、3D打印器官和物联网数字平台正在改变现有健康预防模式。

据 CB Insights在2020年报告里的数据:“共有806亿美元融资金额、5.5万宗风险投资。北美、亚洲和欧洲的融资同比都有所增加。2020年共有187轮医疗保健大型融资(1亿美元以上),创下新纪录”。传感器继续受益于此类医疗投资。

发展重点:高精度、快速、远程患者访问界面和可更新等特性,加强了传感器对健康保障的渗透。

 

7、无线传感器网络确保连接性

距离能量聚类结构算法(DECSA)是对低能耗自适应聚类层次协议(LEACH)的重大改进。DECSA考虑节点的距离和剩余能量信息,增加使用寿命,降低能耗。

发展重点:低能量集群提高了无线网络的效率和速度。

 

8、新型智能传感器

新型智能传感器更加智能化,越来越多的智能传感器用在各种场景中。这些智能传感器具有准确的功能诊断能力,大多数传感器已从交互式转向预测。大量传感器可能用于预测事故并消除故障。该技术有望在传感器中产生认知属性。

发展重点:对于所有智能传感器来说,这是一个巨大的增长机会。它们促进了需要高精度控制的多种应用需求。

 

 

9、IO-Link 数字化加快数据传输

IO-Link是一种短距离、双向、数字、点对点、有线或无线适用的工业通信网络。连接遵循IEC-61131-9、IEC 60947-5-2标准。IO-Link控制与连接的IO-Link传感器、设备和系统的通信,无论其是否智能化。IO-Link可实现数字连接,直接将数据从传感器传输到物联网接口和可编程逻辑控制器(PLC)。与模拟技术相比,IO-Link技术具有成本效益。

发展重点:大多数系统正在转向数字平台,IO-Link允许从传感器到物联网和PLC的直接数据传输,这可能会促进大规模使用。

 

10、物联网实现远程监控

在物联网传感器的支持下,工业和商业领域正在逐渐转向远程监控。这些传感器使管理者能够远程使用物联网平台来执行关键控制功能,尤其是在石化和炼油厂等大型工厂中。这种使用物联网平台的实时监控和控制,无论关键程度如何,都能确保零停机时间、绝对安全、高效率和全过程。

发展重点:物联网正在被广泛使用,大多数传感器现在与物联网平台兼容。预计到2023年,物联网设备数量将达到215亿。

 

捷杰传感器工业设备在线监测系统

 

传感器是世界上许多应用依赖的基础技术,在航天航空、国防、工业、民用等方方面面发挥着重要作用。譬如智能手机发展迅速,有赖于MEMS传感器提供各种智能感知功能。这些趋势在更远的将来,都将发挥重要作用。