传感器技术不断革新 赋予智能装备多种“感觉”

　　【中国智能制造网 学术论文】随着物联网技术的发展，对传统传感技术又提出了新的要求，产品正逐渐向MEMS技术、无线数据传输技术、红外技术、新材料技术、纳米技术、陶瓷技术、薄膜技术、光纤技术、激光技术、复合传感器技术、多学科交叉融合的方向发展。　　
　　传感器是设备感受外界环境的重要硬件，决定了装备与外界环境交互的能力，是设备智能化的硬件基础，尤其在很多智能设备中，传感器决定着设备的核心能力。一个典型的传感器由敏感元件、转换元件和调理电路组成。敏感元件用于直接感受被测量，转换元件用于转化为电量参数。
　　
　　传感器用途广泛、种类繁多。按照测量对象可以将传感器分为检测光、放射线、声信号、磁信号、力、位置信息、温度、湿度、溶液流量流速等类型的传感器。每一种检测同样对象的传感器又有多种应用和不同的实现路径。
　　
　　目前，国内传感器技术发展与创新的重点在材料、结构和性能改进3个方面：敏感材料从液态向半固态、固态方向发展;结构向小型化、集成化、模块化、智能化方向发展;性能向检测量程宽、检测精度高、抗干扰能力强、性能稳定、寿命长久方向发展。
　　
　　随着物联网技术的发展，对传统传感技术又提出了新的要求，产品正逐渐向MEMS技术、无线数据传输技术、红外技术、新材料技术、纳米技术、陶瓷技术、薄膜技术、光纤技术、激光技术、复合传感器技术、多学科交叉融合的方向发展。
　　
　　智能传感器让智能装备拥有多种“感觉”
　　
　　传感器作为智能装备的自主式输入，相当于智能装备、机器人的各种感觉器官，智能装备对于外界环境的感觉主要有视觉、位置觉、速度觉、力觉、触觉等。
　　
　　视觉是智能装备常用的输入系统，并可以分为两大类：一是直观的视觉，数据类型是像素组成的图片，典型的应用如机器视觉、物体识别等，此类传感器有高速相机、摄像机等;二是环境模型式的视觉，数据类型是点云数据构成的空间模型，典型的应用是空间建模，此类传感器有3D激光雷达、激光扫描仪等。
　　
　　位置觉是指通过感知周围物体与自身的距离，从而判断自身所处的环境位置，此类传感器有激光测距仪、2D激光雷达、磁力计(判断方向)、毫米波雷达、超声波传感器等。
　　
　　速度觉是指智能装备对于自身运行的速度、加速度、角速度等信息的掌握，此类传感器有速度编码器、加速感应器、陀螺仪等。
　　
　　力觉在智能装备中用以感知外部接触物体或内部机械机构的力，典型的应用如装在关节驱动器上的力传感器，用来实现力反馈;装在机械手臂末端和机器人后一个关节之间的力传感器，用来检测物体施加的力等。
　　
　　触觉在智能装备中可以进一步分为接触觉、压觉、滑觉，此类传感器有光学式触觉传感器、压阻式阵列触觉传感器、滑觉传感器等，其中滑觉传感器是实现机器人抓握功能的必备条件。
　　
　　除以上五种人体感觉以外，一些物理传感器还具有超越人体的感觉，比如生物传感器可以测量血压、体温等，环境传感器可以测量温湿度、空气粉尘颗粒物含量、紫外线光照强度等。这些超越人体感官的传感器如今被可穿戴设备搭配起来，可穿戴设备从而被赋予了扩充人体感官的功能。
　　
　　传感器研发趋势
　　
　　随着微机电系统(MEMS)、激光技术、高科技材料等的技术进步，传感器的研发呈现多样化的趋势，有的利用生物材料模拟人类皮肤，创新传感器的触觉;有的利用MEMS技术研发微型智能化传感器，从而有利于复杂系统的集成;有的利用高精度的激光技术创造激光雷达，从而利于系统实时感知周边障碍物与环境等等。
　　
　　然而总体而言，传感器的研发过程呈现两阶段的趋势：一、技术创新，根据未能满足的需求开发新产品。在阶段中，传感器研发创新的方向源于智能装备、创新设备的需求，研发人员根据使用需求，创新出新型传感器。二、成本降低，应用落地，产品逐步切合产业化需求。在第二阶段中，在研发创新的过程中，为了满足人们对于智能装备产业化应用的需求，研究人员从对技术开发的关注转为对成本下降的关注，以实现传感器大规模生产，智能装备产业化应用的愿景。
　　
　　3D激光雷达就是这样一种从功能创新中诞生，又开始进入商业化开发的传感器。下面以激光雷达为例，梳理传感器典型的发展趋势。