【導(dǎo)讀】工業(yè)用傳感器能夠測量或感知特定物體的狀態(tài)和變化，并轉(zhuǎn)化為可傳輸、可處理、可存儲的電子信號或其他形式信息。工業(yè)用傳感器是實現(xiàn)工業(yè)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。下文則主要解讀在新工業(yè)發(fā)展背景下，傳感器技術(shù)的發(fā)展原動力及應(yīng)用前景。
在新的產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟環(huán)境下，工業(yè)領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)演變和調(diào)整正成為新的經(jīng)濟增長動力，特別是在作為先進制造業(yè)代表的德國提出工業(yè)4.0的概念之后，“智能工業(yè)”與“智能生產(chǎn)”正成為帶動產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要推動力。在這里面需要重點解決的是如何將資源、信息、物品和人進行互聯(lián)，這需要以信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)字化制造技術(shù)應(yīng)用為重點，并依托傳感器技術(shù)為基礎(chǔ)，打造全面而先進的系統(tǒng)架構(gòu)。下文則主要解讀在新工業(yè)發(fā)展背景下，傳感器技術(shù)的發(fā)展原動力及應(yīng)用前景。
工業(yè)用傳感器能夠測量或感知特定物體的狀態(tài)和變化，并轉(zhuǎn)化為可傳輸、可處理、可存儲的電子信號或其他形式信息。工業(yè)用傳感器是實現(xiàn)工業(yè)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動化生產(chǎn)過程中，要用各種傳感器來監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程中的各個參數(shù)，使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或最佳狀態(tài)，并使產(chǎn)品達(dá)到最好的質(zhì)量。甚至我們可以說，沒有眾多質(zhì)優(yōu)價廉的工業(yè)傳感器，就沒有現(xiàn)代化工業(yè)的生產(chǎn)體系，更別談工業(yè)4.0體系的構(gòu)建。
在工業(yè)自動控制系統(tǒng)中，傳感器處系統(tǒng)之首，其作用相當(dāng)于系統(tǒng)感受器官，能快速、精確地獲取信息并能經(jīng)受嚴(yán)酷環(huán)境考驗，是自動控制系統(tǒng)達(dá)到高水平的保證。如缺少這些傳感器對系統(tǒng)狀態(tài)和對信息精確而可靠的自動檢測，系統(tǒng)的信息處理、控制決策等功能就無法談及和實現(xiàn)。比如工業(yè)機器人之所以能夠準(zhǔn)確操作，是因為它能夠通過各種傳感器來準(zhǔn)確感知自身、操作對象及作業(yè)環(huán)境的狀態(tài)，包括：其自身狀態(tài)信息的獲取通過內(nèi)部傳感器（位置、位移、速度、加速度等）來完成，操作對象與外部環(huán)境的感知通過外部傳感器來實現(xiàn)，這個過程非常重要，足以為機器人控制提供反饋信息。所以，傳感器技術(shù)在很大程度上影響和決定著工業(yè)自動控制系統(tǒng)功能的實現(xiàn)。
而在智能制造業(yè)的未來，對人機交互技術(shù)、機器視覺技術(shù)都有更高的要求，這些都必須要依靠傳感器技術(shù)來實現(xiàn)。相對于傳統(tǒng)制造工業(yè)，以智能工廠為代表的未來智能制造業(yè)是一種理想的生產(chǎn)系統(tǒng)，能夠智能編輯產(chǎn)品特性、成本、物流管理、安全、信賴性、時間以及可持續(xù)性等要素。而信息技術(shù)與傳感技術(shù)，則是支撐工業(yè)智能化的重要支點。如今，作為現(xiàn)代信息技術(shù)的重要支柱之一的傳感器技術(shù)，已成為工業(yè)領(lǐng)域在高新技術(shù)發(fā)展方面爭奪的一個制高點。
伴隨著半導(dǎo)體器件技術(shù)和集成電路技術(shù)的快速發(fā)展，各種先進的傳感器產(chǎn)品被越來越多地應(yīng)用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域。有統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，預(yù)計未來五年，國內(nèi)傳感器市場平均銷售增長率將達(dá)31%。本土傳感器需求規(guī)?？焖僭鲩L的主要動力來自于工業(yè)電子設(shè)備和汽車電子、通信電子、消費電子和專用電子設(shè)備等。工業(yè)電子設(shè)備則是電子信息產(chǎn)業(yè)中增長最快的行業(yè)，也是傳感器應(yīng)用最多的領(lǐng)域，如測量各種工藝變量、電子特性和物理量，以及傳統(tǒng)的運動/定位等。
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無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展提速
如何依靠科技創(chuàng)新的力量，搶占制造業(yè)新的制高點，這是很多廠商都在思考的問題。而由于某些工業(yè)控制領(lǐng)域的技術(shù)難度較大，諸如控制區(qū)域測點分散、轉(zhuǎn)動和旋轉(zhuǎn)場合較難測量、有毒有害危險場合檢測維護非常困難、復(fù)雜環(huán)境下敷設(shè)電纜成本高昂和長距離傳輸信號衰減嚴(yán)重等，使得無線傳感器網(wǎng)絡(luò)走進我們的視野。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是微電子技術(shù)、無線通信技術(shù)、分布式計算等信息技術(shù)發(fā)展和融合的產(chǎn)物。它由大量集成有傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和無線通信模塊的傳感器節(jié)點組成，通過無線信道相連，自組織地構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有低能耗、低成本、易使用和泛在感知等特性，使傳統(tǒng)實踐中因成本等因素未能實現(xiàn)在線檢測的某些重要工業(yè)過程參數(shù)的測量成為可能，并能夠借此實施優(yōu)化控制、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低能效、減少維護運行成本。此外，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)易于拓展升級，能夠有效減少二次投資，提高經(jīng)濟效益。這些先天優(yōu)勢使得無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有十分廣闊的應(yīng)用前景。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在國防軍事、工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境監(jiān)測、災(zāi)害預(yù)警等眾多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。特別是在一些傳感器節(jié)點位置需要隨機布置的工業(yè)應(yīng)用場合中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)正快速增長，眾多工業(yè)企業(yè)開始采用諸如基于Zigbee和UWB等無線技術(shù)的典型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，應(yīng)用在檢測、監(jiān)視等工業(yè)過程控制方面。
在工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，許多具有通信和信息處理能力的傳感器節(jié)點通過無線的方式組網(wǎng)連接，并相互協(xié)作，共同完成對目標(biāo)信息的采集和監(jiān)測等任務(wù)。這種網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崟r感知傳感器節(jié)點分布區(qū)域內(nèi)的各種監(jiān)測對象的信息，并將信息傳遞給遠(yuǎn)端用戶。有助于工業(yè)生產(chǎn)過程工藝的優(yōu)化，幫助提高生產(chǎn)線過程檢測、實時參數(shù)采集、生產(chǎn)設(shè)備監(jiān)控、材料消耗監(jiān)測的能力和水平，使得生產(chǎn)過程的智能監(jiān)控、智能控制、智能診斷、智能決策、智能維護水平不斷提高。
比如鋼鐵企業(yè)應(yīng)用各種傳感器和通信網(wǎng)絡(luò)，在生產(chǎn)過程中實現(xiàn)對加工產(chǎn)品的寬度、厚度、溫度的實時監(jiān)控，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量，優(yōu)化生產(chǎn)流程。環(huán)保監(jiān)測部門利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與環(huán)保設(shè)備的融合實現(xiàn)對工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各種污染源及污染治理各環(huán)節(jié)關(guān)鍵指標(biāo)的實時監(jiān)控。在重點排污企業(yè)排污口安裝無線傳感設(shè)備，不僅可以實時監(jiān)測企業(yè)排污數(shù)據(jù)，而且可以遠(yuǎn)程關(guān)閉排污口，防止突發(fā)性環(huán)境污染事故的發(fā)生。工業(yè)安全生產(chǎn)管理把感應(yīng)器嵌入和裝備到礦山設(shè)備、油氣管道、礦工設(shè)備中，可以感知危險環(huán)境中工作人員、設(shè)備機器、周邊環(huán)境等方面的安全狀態(tài)信息，將現(xiàn)有分散、獨立、單一的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管平臺提升為系統(tǒng)、開放、多元的綜合網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管平臺，實現(xiàn)實時感知、準(zhǔn)確辨識、快捷響應(yīng)、有效控制。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展的新一輪制高點，正在工業(yè)領(lǐng)域廣泛滲透和應(yīng)用，并與未來先進制造技術(shù)相結(jié)合，正形成新的智能化的制造體系---泛在制造信息處理技術(shù)。這一體系是建立在泛在感知網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)之上，并服務(wù)于智能制造體系，為制造中的設(shè)計、設(shè)備、過程、管理和商務(wù)提供無處不在的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。盡管目前面向未來智能制造的泛在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展還處于初始階段。但是隨著工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的提升、工業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，這一制造體系亦在不斷發(fā)展和完善之中。
現(xiàn)在我們可以看清的是，通信技術(shù)及傳感器技術(shù)的發(fā)展、以及兩者的融合，極大的加快了工業(yè)自動化前進的步伐。比如ZigBee技術(shù)以其數(shù)據(jù)傳輸安全可靠、組網(wǎng)簡易靈活、設(shè)備成本低、低功耗等獨特的優(yōu)勢，使得基于ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)控制領(lǐng)域中展現(xiàn)了深厚的發(fā)展?jié)摿蛷V闊的市場前景。而且，包括傳感器材料技術(shù)、傳感器制造新工藝的進展都使得傳感器正在向著高精度、小型化、集成化、多功能化、多維化、智能化和高性能的方向發(fā)展，這些都為傳感器未來在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用增添了更多想象空間。而無論是工業(yè)自動化產(chǎn)業(yè)還是智慧城市建設(shè)，甚至包括物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展趨勢等，都在向我們昭示著傳感器產(chǎn)業(yè)將迎來多么輝煌的發(fā)展。
