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2020年物理传感器面临的三大挑战:成本、尺寸和能耗


  来源: 传感器专家网 时间:2020-09-11 编辑:仪器仪表WXF
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无处不在的物理传感器


自古以来,对温度、风速、大气压力、倾斜度和力等物理参数的监测对人类来说就很重要。最早用于测量这些参数的传感器或设备非常笨重。此外,它们也不准确,因为用户或观察者负责读取和解释传感器信号。然而,用这些设备收集的数据对导航和天文学很有用。


如今,我们的社会更加工业化,我们使用并在一定程度上依赖无数复杂的设备、机器和仪器。这些设备、机器和仪器的性能和功能间接地取决于安装在它们内部的各种高精度传感器。因此,对越来越多的传感器的需求越来越大。这些传感器被用于监测各种参数,如液位、流量、温度、压力、磁场、声信号、距离、接近、倾斜、旋转、触摸、运动、光强度、加速度、颜色等。


目前,即使在最恶劣或最具挑战性的环境中,传感器也被用于监测物理参数,例如,人体内部的力和超声波,深海中的声波,涡轮机和油井中的压力,以及空间中的旋转和加速度。


传感器可以提供多种物理参数的数据和信息,这些数据和信息对控制各种工业过程至关重要,或者对医疗应用、气象学或科学研究至关重要。这就是为什么这些传感器已经变得无处不在的原因。


传感器提供了它们所在环境的有用数据,这对设备和机器的性能和功能至关重要。它们还能提供有关结构、材料或嵌入其中的设备的状态或健康状况的连续信息。因此,它们被放置在多个点上,以收集尽可能多的不同物理参数的数据。通过这种方式,传感器使材料、设备或结构变得更智能、更高效或功能更强、更安全。


无处不在的物理传感器


物理传感器的多样化应用


在大多数情况下,传感器只提供单一参数的数据,也就是它们所设想的参数,但在最近的应用中,两个或多个传感器一起工作。例如,无人驾驶飞机中的加速度计和陀螺仪为飞机本身提供更多的信息,如位置、高度、飞行距离等。可穿戴设备或运动设备中的加速度计和陀螺仪共同工作,可以提供人的移动距离、撞击次数、撞击的力量和位置等多种信息。所有这些信息都能帮助运动员提高成绩。


目前,如果没有多个物理传感器,一些关键的基础设施、车辆、仪器等都无法实现。这些传感器的任务是提供一系列参数的实时数据,从温度、加速度、声音到人的倾斜度或心脏跳动。由于有了传感器,管道、道路、建筑、仪器、车辆等关键基础设施都有了 “人工神经 ”或感官。


例如,现代的医疗仪器和手术机器人都包含多个传感器,不仅可以监测与医疗相关的参数,还可以监测力或压力等物理参数,提供触觉反馈。


另一个例子是自动驾驶汽车,其中大量的参数被不断监测,以使其更加安全和清洁。第三个例子包括智能手机和手表中的传感器。这类传感器提供的数据多种多样,如人的心率、电池的状态、屏幕的方向、与物体的接近程度或环境光的强度等。


让一切变得更智能、更安全或更简洁的大趋势,以及为仪器、设备、小工具、智能手机、电器等增加更多功能的趋势,增加了在不同环境下监测更多参数的需求。这反过来又增加了传感器的类型和用于制造传感器的技术。


电子传感器


一般来说,电子传感器由于尺寸小、重量轻、可靠性高、性价比高,在各种应用中都是首选。然而,电子传感器可能无法正常工作,或者可能不适合或不推荐用于某些应用。在某些情况下,光学传感器是唯一可行的解决方案,因为它们对电磁干扰不敏感。例如,现代内窥镜包括光纤力和声传感器,并监测人体内部的此类参数。光纤还用于监测管道、电力线、周界和边界等关键基础设施中数百万个点的应变、温度和振动。


因此,显而易见的问题是:未来几年物理传感器的宏大挑战是什么?


未来物理传感器的巨大挑战


这个问题没有简单的答案,因为传感器的应用是多样化的,存在许多不同类型的传感器。


让我们从科学的角度出发。

物理传感器在灵敏度、分辨率、测量范围、精度、准确度等方面的前沿进展几乎每天都在扩大。毫无疑问,纳米和量子技术将有助于推动物理和其他传感器的极限。通过使用单光子或纠缠光子或其他量子资源,光学和电子传感器的灵敏度可以提高到所谓的射噪极限以上。


关键词:物理传感器 挑战    浏览量:9180

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