热门:传感器技术是实现智能制造的基石

本篇文章3191字，读完约8分钟

e-works (数字化公司网络)是中国领先地位、世界知名智能制造专业媒体、咨询训练和研究机构，由著名制造业专家、中国机械工程学会理事长李培根院士创立。 本期重点是智能制造、工业网络、数字化转型干货知识传递。 另一方面，传感器的概念和迅速的发展过程根据国标gb/t 7665-2005，传感器是“能够感觉到被测量并根据一定的规则转换为可用的输出信号的器件或装置”。 传感器的迅速发展分为三个阶段:●第一阶段始于20世纪50年代，出现了结构型传感器，利用结构参数的变化来感受和转换信号。 ●第二阶段始于20世纪70年代，由半导体、电介质、磁性材料等固体元件构成的固体型传感器迅速发展。 利用材料的热电效应、霍尔效应，分别制作热电偶传感器、霍尔传感器等。 ●第三阶段从20世纪末开始，智能传感器出现，高速发展。 这是计算机技术和检测技术的结合，对外界新闻具有一定的检测、自我诊断、数据解决及适应能力，是目前传感器的主流。 智能传感器是具有新闻收集、新闻解决、新闻交换、新闻存储等功能的多要素集成电路，是传感器单元、通信芯片、微解决方案、驱动程序、软件算法一体化的系统级 智能传感器的基本构成如下图所示，通常包括传感器单元、运算单元、接口单元。 传感器单元负责信号收集，运算单元根据设定解决输入信号，通过互联网接口与其他装置进行通信。 智能传感器的实现包括模块化(传感器、信号调整电路和带总线接口的微解决方案一体化)、集成式(使用微机械加工技术和大规模集成电路技术的传感器元件、信号调整电路、接口电路和微 图1智能传感器基本结构2、智能传感器重要技术进展传感器技术是实现智能制造的基础 在当今智能时代的推进下，基于高性能、高可靠性的多功能复杂自动测量系统以及射频识别技术的物联网的兴起和迅速发展，越来越强调了具有感知、识别能力的智能传感器的重要性及其高速发展的紧迫性。 智能传感器沿袭了比较通用的分类方法，根据测量的东西，多分为物理量智能传感器、化学量智能传感器、生物量智能传感器三种。 在图2智能传感器分类中，物理量智能传感器能够根据被测定物理量简单地总结为力、热、音、光、电、磁这6种 每种类型的传感器还包括多个分支。 以力学量传感器为例，其分支部分的列表如下:图3的力学量传感器详细分类真正意义上的智能传感器应该具有以下功能:1)自校正、自标定和自动补偿功能2 )数据的自动收集、逻辑评价和数据解决功能3 ) 新闻解决功能5 )双向通信、标准数字化输出或符号输出功能6 )算法评价决定解决的功能 传感材料、mems芯片、驱动器和应用软件是智能传感器实现这些功能的核心技术，特别是mems芯片具有小型、轻量、低功耗、可靠性高、可与微解决方案集成等优点。 以常用的温度、压力、光学、rfid传感器为例，介绍基于mems的智能传感器技术的进展。 ①智能温度传感器智能温度传感器适用于冶金、石化、石油、化工、制药、造纸、印染、酿造、环境保护、电力等领域。 现在的智能温度传感器在高精度、多功能、总线标准化、高可靠性和安全性、虚拟传感器和网络传感器的开发、单片测温系统的开发等方向上迅速发展。 现在，海外陆续推出采用9~12位a/d转换器、分辨率为0.5~0.625℃的高精度、高分辨率智能温度传感器。 美国dallas半导体企业新开发的ds1624型高分辨率智能温度传感器可以输出13位二进制数据，分辨率高达0.03℃，测温精度为±； 0.2℃ ②基于智能压力传感器mems技术的智能压力传感器具有小型化、低价格化、易于集成等优点。 压力的传感范围也很广，为1kpa~100mpa 广泛应用于微机电系统、汽车、航空动力学、过程控制、生物医学等 目前智能压力传感器技术的研究热点致力于减轻灵敏度和线性之间的矛盾以提高传感器精度[3] 美国伯恩斯开发的bps140新型压力传感器性能稳定，在温度范围内为-40°； 从c到150°； 在c之间采用时，总误差变为2.5%fs，产品寿命变为0.5%fs[4]。 ③光学传感器的非接触和无损测量是光学传感器的一大特征，多在电子产品检查行业应用。 现在的ccd和cmos图像传感器是两种主要的摄像技术 随着图像传感器技术的改善，像素精度提高(达到5μm水平)，对环境照度的要求下降。 安森美发布的kai-50140是目前市场上分辨率最高的itccd图像传感器，达到5000万像素，具有重要的细节成像能力和高图像均匀性，包括高端智能手机显示器检查、电路板检查和机械组装检查等 ④ rfidrfid是射频识别技术，俗称电子标签，是利用无线信号自动识别特定目标，读写相关数据的通信技术，不需要在识别系统和特定目标之间建立机械或光学接触 rfid是智能识别和数据采集( aidc )的一种做法，也是物理网络( iot )的重要组成部分，可应用于生产线的物流管理，如材料筛选。 近年来，rfid的研究焦点包括提高数据识别的正确性、获得消息、保证顾客隐私不泄露、利用rfid技术实现基于rfid技术的室内定位等其他行业的应用等，数据的完整性和安全 三、智能传感器技术的典型应用场景对制造业来说，智能传感器是实现智能制造的基础。 许多以前传下来的制造业在实现智能制造变革的过程中，在生产、检查及物流行业中广泛使用传感器。 选择了机械制造、汽车、高端装备、电子、石化、冶金等典型领域，并介绍了其中相关智能传感器的应用。 图4自动化生产线上机器视觉系统在智能传感制造过程中的典型应用之一出现在机械制造领域广泛使用的数控机床上。 现代数控机床在检测位移、位置、速度、压力等方面配置高性能传感器，实时监视加工状态、刀具状态、磨损状况及能耗等过程，实现灵活的误差补偿和自校正，数控机床智能化的迅速发展 另外，通过使用视觉传感器的可视化监视技术，数控机床的智能监视变得更方便了。 图5汽车门检查(图像来源: e-works培训资料)在汽车制造领域也经常应用智能传感。 以光学传感机器视觉为例，在工业行业中的三个主要应用是视觉测量、视觉诱导、视觉检查。 在汽车制造领域，视觉测量技术可以通过测量产品的重要尺寸、表面质量、组装效果等，确保出厂产品合格。 视觉诱导技术通过诱导机器完成自动搬运、最佳匹配装配、精确打孔等，可以显着提高制造效率和车身装配质量。 视觉检查技术可以监视车身制造过程的稳定性，也可以用于保证产品的完整性和可追溯性，有利于降低制造价格。 高端装备领域的传感器多应用于设备的运输维和健康管理环节。 像航空发动机上装备的智能传感器一样，使控制系统具有故障自诊断、故障解决能力，提高了系统多复杂的环境和应对精确控制的能力。 基于智能传感技术，综合多行业建模技术和新型新闻技术，构建了能精确模拟物理实体的数字双子体，该模型反应了系统的物理特征和环境变化特征，实现了发动机的性能判断、故障诊断、寿命预测等 工业电子行业涉及在生产、搬运、检查、维护等方面智能传感器，如机械臂、agv导航车、aoi检查等装备。 在使用电子医疗电子产品的行业中，智能传感器的应用更具多样性。 高端智能手机常见的智能传感器包括距离传感器、光线传感器、重力传感器、图像传感器、三轴陀螺仪和电子指南针。 可穿戴设备最基本的功能是基于传感器的运动传感，一般内置有mems加速度计、心率传感器、脉搏传感器、陀螺仪、mems麦克风等多种传感器。 智能家庭(例如吸尘机器人、洗衣机等)涉及位置传感器、接近传感器、液位传感器、流量和速度控制、环境监视、安全传感器等传感器等技术。 图6的气体传感器在石化领域的应用(图像源:威格官网)与离散领域相比，在工艺领域应用传感器的环节和数量越来越多，特别是在石化、冶金等领域，在生产、加工、运输、采用环节整体上排放了很多危险性、污染性气体 另外，原料配合管理、过程参数控制、设备运输维和健康管理需要很多传感器。 四、传感器技术的展望随着新材料、新技术的广泛应用，基于各种功能材料的新传感器器件高速发展，其对制造的影响越来越明显。 未来、智能化、微型化、多功能化、低功耗、低价格、高灵敏度、高可靠性是新型传感器器件的迅速发展趋势，新型传感器材料和器件是未来智能传感器技术迅速发展的重要方向。 原标题:“传感器技术是实现智能制造的基础”