2023年工业传感器及传感技术的发展之路在哪里？

在工业自动检测和自动控制系统中的应用 传感器在工业自动化生产中占有极其重要的地位。在石油、化工、电力、钢铁、机械等加工行业中，传感器担负着检测各种信息的重任，大量测得的信息通过自动控制、计算机处理等进行反馈，用以进行生产过程、质量、工艺管理与安全方面的控制。 

在自动控制系统中，电子计算机与传感器有机结合，在实现控制的高度自动化方面起到了关键的作用。在汽车上的应用 汽车工业是衡量一个国家综合国力的支柱产业。现代的汽车技术已告别了传统的单独控制系统，利用微电脑和传感器技术实现了自行控制系统。

 一、什么是传感技术？它与传感器有何关系？

传感技术同计算机技术与通信一起被称为信息技术的三大支柱。从物联网角度看，传感技术是衡量一个国家信息化程度的重要标志，作为第二届杭州物联网暨传感技术应用高峰论坛，推进我国传感器产业化快速发展。传感技术是关于从自然信源获取信息，并对之进行处理（变换）和识别的一门多学科交叉的现代科学与工程技术，它涉及传感器（又称换能器）、信息处理和识别的规划设计、开发、制/建造、测试、应用及评价改进等活动。

无论是国内还是国外，与计算机技术和数字控制技术相比，传感技术的发展都落后于它们。从80年代起才开始重视和投资传感技术的研究开发或列为重点攻关项目，不少先进的成果仍停留在研究实验阶段，转化率比较低。

我国从60年代开始传感技术的研究与开发，经过从“六五”到“九五”的国家攻关，在传感器研究开发、设计、制造、可靠性改进等方面获得长足的进步，初步形成了传感器研究、开发、生产和应用的体系，并在数控机床攻关中取得了一批可喜的、为世界瞩目的发明专利与工况监控系统或仪器的成果。但从总体上讲，它还不能适应我国经济与科技的迅速发展，我国不少传感器、信号处理和识别系统仍然依赖进口。同时，我国传感技术产品的市场竞争力优势尚未形成，产品的改进与革新速度慢，生产与应用系统的创新与改进少。

 二、从人的感官了解机器的传感  　　

工业应用中的传感器起着至关重要的作用，就像人体中的感觉器官一样。流程行业拥有大量依赖于传感器才能正常运行的机器或系统和互连设备的集群。在过程流中联网的传感器，可以连续不断地检测，测量和传输物理环境中任何变化的电信号。电信号被传输到控制系统（计算机），该系统处理数据并进一步指导该过程。 

随着社会的不断进步，过程流和控制机制也发生了变化。实际上，现代机器现在具有高度灵敏且可选项广泛的人机界面，用于控制和监视。传感技术是如此自动化，以至于可以选择人类的愿望和意图，并将过程进一步发展。　　

因此，就像人体的感觉器官负责各种任务并成为生命正常运转的关键要素一样，传感器通过不断检查各种过程参数以实现连续运行，在工业中扮演着相同的角色。

 三、传感器的工业用途 　　

传感器随着电子计算机、生产自动化、航空、遥测、遥感等科学技术的发展，对传感器的需求量与日俱增，其应用领域已渗人到社会的各个领域，并起着巨大的作用。下面仅将传感器在一些主要领域中的应用作以简介。 

在工业自动检测和自动控制系统中的应用 

传感器在工业自动化生产中占有极其重要的地位。在石油、化工、电力、钢铁、机械等加工行业中，传感器担负着检测各种信息的重任，大量测得的信息通过自动控制、计算机处理等进行反馈，用以进行生产过程、质量、工艺管理与安全方面的控制。在自动控制系统中，电子计算机与传感器有机结合，在实现控制的高度自动化方面起到了关键的作用。 

在汽车上的应用

汽车工业是衡量一个国家综合国力的支柱产业。现代的汽车技术已告别了传统的单独控制系统，利用微电脑和传感器技术实现了自行控制系统。

传感器在汽车上的应用主要体现在:一是作为辅助驾驶装置，如车速自动控制、燃料喷射控制、变速器自动控制以及转向控制等;二是作为安全装置，如安全气囊用传感器、安全带传感器、乘客传感器以及倒车传感器等;三是作为舒适及方便装置，如自动空调传感器、含氧量传感器以及各种检测传感器等;四是作为信号装置，如自动亮灯装置和方位显示装置等。 

在机器人上的应用 

目前，在劳动强度大或危险作业的场所，巳大量使用机器人来取代人的工作。一些高速度、高精度的工作，由机器人来承担也是非常合适的。但这些机器人多数用来进行加工、组装、检验等工作，属于生产用的机械式的单能机器人。要想便机器人和人的功能更为接近以便从事更的工作，要求机器人具有判断能力，这就要给机器人安装物体检测传感器，特别是视觉传感器和触觉传感器。机器人便可通过视觉对物体进行识别和检测，通过触觉对物体产生压觉、力觉、滑动感觉和重量感觉。这类机器人被称作为智能饥器人，它不仅可以从事特殊的作业，而且一般的生产、事务和家务全部可由智能机器人去处理。

 四、工业应用传感器的好处 　　

传感器的主要优点包括：

提高了数据捕获的灵敏度，几乎无损的传输以及连续，实时的分析。实时反馈和数据分析服务可确保流程处于活动状态并以最佳方式执行。 

传感技术的不断发展催生了当今的智能传感器。与传统的没有有源组件的模拟传感器不同，智能传感器包含电路，允许它们进行测量并将值输出为数字数据。这些传感器具有嵌入式微处理器单元，并在信号转换器上安装了许多传感设备。　　

智能传感器能够执行许多内在的智能功能，例如自我测试，自我验证，自我适应和自我识别的能力。他们了解流程要求，管理各种条件，并可以检测条件以支持实时决策。这些智能传感器针对多种过程条件进行了编程，使执行人员可以获得最大的收益。　　

通过转向更智能的传感器，并有效利用从流程和资产中收集的数据，公司可以提高生产率，提高能源效率并降低工厂的总拥有成本。通过持续的监控和数据检索，流程负责人可以确定高能耗区域，并可以采取适当措施来限制能源浪费。这种方法将帮助公司实现联合国制定的可持续发展目标，例如“负担得起的清洁能源”，“工业，创新和基础设施”以及“负责任的消费和生产”。　　

简单概括，传感器的优点为：　　

• 加快流程并使其更加准确 　　

• 实时收集过程和资产数据 　　

• 准确，可靠和连续地监视流程和资产 　　

• 提高生产率并降低总拥有成本 　　

• 减少能源浪费 　　

 五、传感技术的未来发展之路 　　

工业互联网的目标是全面创新重点产业领域。在当前自动化行业越来越发达的市场环境下，更好地实现工业物联网的快速发展，是一件值得探讨的大事！

对于传感器技术未来的发展方向，很多观点不谋而合。集成化、多功能化、智能化、小型化是业界普遍认可的传感器未来四大发展趋势。传感器的多功能化也是其发展方向之一。将多个具有不同功能的传感元件集成在一起，不仅可以同时测量多个参数，而且可以对这些参数的测量结果进行综合处理和评估，可以反映被测系统的整体状态。

传感器与微处理器的结合，使其不仅具备检测功能，还具备信息处理、逻辑判断、自我诊断、“思考”等人工智能，被称为扭矩传感器的智能化。借助半导体集成技术，传感器部分、信号预处理电路、输入输出接口、微处理器等都制作在同一芯片上，是一种大规模集成智能传感器。

传感技术随着过程自动化的发展而发展，从而产生了功能更强大，网络更好的传感设备。传感器已部署在各行各业的公司中，包括石油，天然气，石化，化工，电力，纸浆和造纸，制药，食品，钢铁，供水和废水处理以及金属等行业的公司。工业的进步为专用传感器类别铺平了道路。随着向数字化过渡的加速，对更大的过程自动化，增强的异常检测能力以及预测性维护功能的需求正在推动传感技术的空前采用。　　

预期挑战 　　

尽管它们小型化，但是今天的传感器却非常强大且易于接受。它们具有较低的故障率，并且比以往消耗更少的功率。在不久的将来，企业可以期望传感器实现更大的小型化和电子技术的进一步发展，以及更低的价格，改进的功能以确保消耗更少的功率，更高的响应能力以及更高的故障承受能力。　　

许多加工厂已经安装了传感器和数字化操作来进行过程控制。他们已经连接了工厂中的主要流程，并且可以检测，报告和分析数据以实现更高水平的流程效率。下一个挑战是从感官创造中获得价值，而不仅仅是感官。要实现越来越有利可图的可持续运营，就需要更充分地利用已被广泛收集的高保真工厂数据。　　

工业物联网（IIoT）的迅速发展将进一步扩展和补充其应用和范围。IIoT传感器监控一系列属性，包括温度，振动，压力和水质。这些传感器连接到利用边缘，雾和云计算资源来监视和管理资产性能和能源效率的解决方案。　　

传感技术的进一步发展将不仅限于传感设备。通过将智能感知与人工智能（AI）和机器学习（ML）融合在一起，它将支持敏捷决策和驱动器性能优化。　　

随着对智能产品的需求不断增长，以及组织内部数字化的加速，传感器的作用和重要性将继续增长。

潜在应用 　　

传感技术在整个行业中具有多种潜在应用，可以提高质量，可靠性和性能。从太阳能电池和燃料电池中的应用到医疗保健能力的提高，再到强大的环境监控系统的安全性增强，无限的可能性。　　

例如，生物感测是寻求发展和增强将在视觉识别，触觉，嗅觉，音频和物理系统中使用的现有感测技术的能力的领域。由于传感技术可以在微米和纳米环境中使用，因此它在诊断和药物监测系统中产生了深远的影响。　　

同样，智能和智能传感器技术正在寻求在未来几年中改变世界的未来。它们将不断发展，例如测量隐形物品并改变为更耐磨。通过确保这些传感器产生的结果的完整性和可靠性，它们在医学，消费品，通信设备，家庭和运输中的应用是不可避免的。　　

再例如高度灵活的片材印刷传感器。作为可穿戴传感器之一，印刷传感器有望用于IoT（物联网）。物联网世界雇用了一大批传感器来收集大数据，然后将大数据上传到云网络。然后，对这些数据进行分析，以生成有关更理想的维护实践的建议。 

为了支持大量的传感器，需要坚固且可靠的传感系统。这种系统的关键是柔性混合电子（FHE），它同时使用印刷和硅技术。高度灵活的薄片传感器系统可以适应各种目的和测量，包括工业基础设施，可追溯性，汽车和机器人，医疗保健以及其他应用，并且可以为优化工厂监控，物流质量控制和重要数据管理做出贡献。