传感器在智能制造和智慧城市的广泛应用

传感器与智能传感器。

十多年前，”传感器”作为一个学术名词，并不被中国大众所认知，所了解。一方面是由于传感器技术不集中，学科非常分散，另一方面离普通老百姓的应用较少较远。今年，在前所未有的新冠肺炎流行期间，每天的体温检测，使中国老百姓熟悉了红外测温仪或额温仪，也就认识了红外温度传感器；在医院里，重症患者使用的呼吸机，也使人们了解了气体压力传感器。

有专家认为，人类历史上第一个”传感器 ”应该是中国汉代张衡发明的”地动仪”。其实同地动仪相近的，还有我们每天使用的马桶里面的”机械浮球”以及大多数人还在使用的水银温度计。他们的共同特点是把自然界的某些参量变化以不同的方式展现给人们（电信号没有发现之前）。这些可以称为没有传感器定义之前的”传感器”。传感器的定义随着各种感知技术的不断涌现而改进和刷新。什么是传感器？按照教科书表述 :传感器是把自然界的非电量变成可利用的电信号的器件或者装置。然而随着时代的变迁和技术的进步，传感器的定义也被不断的更新。逐步人们认为，传感器应该是把自然界的物理量，化学量，生物量变成可利用的信号的装置或者器件。因时而变，各种各样的传感器不断的出现在世人面前。

二十世纪三十年代出现电阻应变片和电阻型温度传感器；四十年代出现红外传感器；五十年代出现压阻式压力传感器；六十年代出现半导体气体传感器；七十年代出现CCD图像传感器;八十年代出现MEMS加速度传感器；九十年代出现基因微矩阵传感器。进入二十一世纪，由于MEMS传感器低成本，低功耗，大批量，小尺寸的特点，各种不同的MEMS传感器相继而生，世界传感器技术进入了发展的快车道。

传感器到底有多少种类？不同的专家站在不同的角度有不同的分类方法。有按学科分类，有按被测量分类，有按输出信号费分类，有按应用角度分类，也有按产业领域分类。其实，另外，传感器的形状，尺寸，重量乃至单价都有天壤之别。有几毫克重的MEMS压力传感器，也有几十公斤的动态扭矩传感器，重量相差近万倍；. 有0402的SMD封装的NTC温度传感器，也有直径200毫米的称重传感器，面积相差几千倍；有价值仅为五角钱的红外热释电传感器，也有单价高达百万元的三轴激光陀螺传感器，价值相差超过百万倍。所以对于非传感器的专业人士，往往对传感器的理解犹如”盲人摸象”。社会各界人士尤其是政府主管科技经济发展的工作人员，了解了传感器种类及特征，熟悉各种各样传感器的功能，才能成为推动中国传感器事业发展的得力推手。

近几年热议的的美国工业互联网，德国工业4.0，让很多专业人士或行业人士不但了解了传感器，也逐步认识了智能传感器。

智能传感器和传感器相比，最大的特点是在传感器内部增加了MCU，同时嵌入了很多软件算法。智能传感器输出的不再是简单传感信号，而是为了完成一定的确定功能而通过很多科学算法取得的直接结果。例如，图像传感器仅仅输出连续不断的图像信号，而智能图像传感器，在安防方面的应用就成为人脸识别系统，在工业领域的应用就变为机器视觉系统；声音传感器或者叫麦克风仅仅输出连续不断的波形信号，而智能声音传感器，在工业领域可以判断机器是否有异常智能噪声诊断系统，在民生领域可以辨别声音的语音识别系统。

智能传感器和其它专业或者学科往往会交叉在一起，因而表现的物理形态也各不相同。可以归属于集成电路行业，也可归属仪器仪表行业。和无线通信相连，可以成为各种边缘计算的智能硬件，和人工智能相连，可以成为各种智能系统。

智能传感器在智能制造方面的应用

制造业发展的方向是智能化，网络化，数字化，而这些都离不开其最根本的基础_智能传感器。在机械制造行业，智能加速度传感器和智能压力传感器安装在挖掘机，可以随时了解挖掘机现场工作实际状况或运行情况，进而计算反映基础建设实际情况的“挖掘机参数”；智能三轴振动传感器，智能微位移传感器，智能电量传感器安装在各类机床上可以有效的监测机床的工作状况并通过数据计算预测故障情况；智能张力传感器，智能速度传感器安装在纺织机械上，可以有效的提高纺织品的品质和效率；在大型农业机械上，使用智能惯性传感器，加上北斗定位可以适应不同地段的环境，进行有效的生产；在钢铁行业，轧钢机组上安装智能张力传感器，智能光电纠偏传感器，智能激光测速传感器，智能轧制力传感器，智能位移传感器，智能测厚传感器等几十种传感器可以有效的保障机组的正常运转；在高速列车上安装在轴承上的智能温度传感器，可以预警轴承的温度，保证列车安全行驶；在石油化工生产领域，智能压力传感器，智能温度传感器，智能流量传感器，智能物料传感器实时地准确地反映产品生产过程中的各种工艺参数，进而智能地控制产品的品质和产量；在新能源领域，风力发电机上，安装智能应力传感器，智能倾斜传感器，智能声学传感器，振动传感器，温度传感器，可以远程有效的监测风力发电的整个工作状况；. 在汽车制造流水线上各种智能光电传感器，超声波传感器，电感传感器，光纤传感器等智能感知设备的大量使用，可以大大提高生产效率，随着5G技术的发展，高效，智能，定制化的产品将会快速发展；. 在纺织服装行业，智能视觉传感器，智能RFID的广泛使用，大大提高了生产效率,降低了劳动强度； 在生物医药行业，智能温度湿度传感器，Ph值传感器，水溶氧传感器及多种离子传感器已得到广泛使用； 在半导体行业，除了机器本身使用的各种智能激光，光纤，微光，红外，图像传感器外。工厂车间也离不开智能温度，湿度，压力，差压，空气质量传感器，以保证车间环境达到生产的要求。

总之，在智能制造方面，要让机器设备自动输出信号，离不开根据任务要求设置的各种各样的智传感器，这些智能传感器有的仅仅执行监测工作，有的通过闭环系统直接参与流程控制。

智能传感器组成智慧城市的方方面面

现代化的城市主要由人和物组成，而物大部分是为人服务的。由无线城市到数字城市，继而发展成智慧城市，最主要的特征是物的智慧化，而物的智慧化显著变化就是物体要增加各种各样的智能传感器。然后物物相连，人物相连，万物互联，并智慧化的处理。

家庭是城市的重要组成部分之一，智能家居需要多种不同的智能传感器，可燃气体传感器，水浸传感器，玻璃破碎传感器，门窗开启传感器，保险柜振动传感器是家庭财产安全必须的智能硬件；家庭空气质量传感器，负氧离子传感器，水质ph传感器极大的提升了提高家庭生活质量；人体血压传感器，脉搏传感器，血糖传感器，肤电传感器，老人跌倒传感器也逐步走进了家庭。

社区，街区，园区占据了城市大量面积，是城市最重要的组成部分，其智慧化必然依赖于更多的智能传感器。电梯装备称重传感器，光电位移传感器，倾斜传感器可以保证电梯安全运行；在疫情期间出现的非接触电梯按钮是光学传感器，可以防止交叉感染；社区管道煤气泄漏，自来水交换站水质变坏，电线漏电分别需要可燃气体传感器，浊度传感器和电流电功率传感器；人员进入园区社区，入口有图像传感器的演变人脸识别系统；大楼有智能压力传感器和液位传感器来监测消防栓的水压水流，确保灭火时水压正常；在街道上我们可以看到马路边的智能车位传感器，来监测车位上有没有停车，并通过车位诱导系统以便司机快速寻找车位，提高了停车效率，同时减少了尾气排放；古树智能倾斜传感器保护名贵古树；各种各样的井盖下面有井盖异动传感器能及时发现井盖倾斜，被盗或破碎，保证行车及行人安全；垃圾桶满溢传感器及时通知环卫工人，即刻处理保障街道清洁；路边的消防栓有消防栓压力监测传感器，确保发生水灾时消防车取水安全。消防栓防盗水传感器及时发现盗水洗车浇花现象；公共厕所有厕位占用传感器和室内异味传感器，通过应用程序，人们很容易找到并了解车厕位占用情况及室内环境状况；下雨了，立交桥下的水位监测有水位传感器，超出警戒水位会立刻通过屏幕发出报警信号，保障人民生命安全；天晴了，智能微气象环境复合传感器具有监测风力，风向，温度湿度，大气压力，空气质量，PM2.5，PM10，噪声，雨量等参数，同样通过屏幕展示给市民，了解当地的环境状况；遍布城市的摄像头也将逐步智能化改造，分别具有穿雾能力，夜视能力和精准诊断能力。

 预防地震，我们布局大量的震动传感器和其他与地震预警有关的传感器。山体滑坡，我们可以布局很多的位移传感器，水位传感器，雨量传感器进行预警。洪水来袭，我们可以布局布局在沿线的水位传感器，流速，流量传感器来进行提前预判。