文章轉(zhuǎn)載來(lái)源《千家網(wǎng)》
近年來(lái)，物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的興起與傳感器的興起密不可分。平均而言，每上線一臺(tái)新的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備就會(huì)連接四個(gè)新的傳感器。目前約有140億個(gè)物聯(lián)網(wǎng)連接，部署了500多億個(gè)聯(lián)網(wǎng)傳感器。物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)堆棧中扮演著至關(guān)重要的角色，因?yàn)檫@些傳感器從物理世界收集數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。
2022年出貨的所有傳感器中有三分之一是物聯(lián)網(wǎng)傳感器，這意味著它們是物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的一部分。
根據(jù)戰(zhàn)略物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)洞察提供商IoT Analytics發(fā)布的《2022-2027年物聯(lián)網(wǎng)傳感器市場(chǎng)報(bào)告》，2022年物聯(lián)網(wǎng)傳感器市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到109億美元，預(yù)計(jì)未來(lái)五年將以16%的復(fù)合年增長(zhǎng)率增長(zhǎng)。
基于MEMS的物聯(lián)網(wǎng)傳感器市場(chǎng)強(qiáng)勁，2022年占全球傳感器收入的50%。這一細(xì)分市場(chǎng)的領(lǐng)先公司是博世Sensortec和意法半導(dǎo)體。
圖像傳感器市場(chǎng)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)也很重要，因?yàn)橛腥齻€(gè)最重要的物聯(lián)網(wǎng)用例推動(dòng)了它的采用，即機(jī)器視覺(jué)、聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控?cái)z像頭和先進(jìn)的汽車(chē)駕駛輔助系統(tǒng)。這一領(lǐng)域的領(lǐng)先傳感器供應(yīng)商包括索尼和AMS AG。
在未來(lái)幾年，物聯(lián)網(wǎng)傳感器市場(chǎng)上幾項(xiàng)令人興奮的技術(shù)創(chuàng)新將改變物聯(lián)網(wǎng)傳感器的格局。
首先是傳感器，它們正變得越來(lái)越先進(jìn)。物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)的關(guān)鍵創(chuàng)新包括更高的計(jì)算能力和檢測(cè)來(lái)自多個(gè)離散傳感元件的信號(hào)的能力。業(yè)界將這些更先進(jìn)的設(shè)備稱(chēng)為“智能傳感器”。智能傳感器可以直接處理信號(hào)，而不是簡(jiǎn)單地將傳感器信號(hào)傳遞到價(jià)值鏈的下一級(jí)。例如，他們可以驗(yàn)證和解釋數(shù)據(jù)、顯示結(jié)果或運(yùn)行特定的分析應(yīng)用程序。這樣，傳感器就成了邊緣設(shè)備。
最先進(jìn)的智能傳感器現(xiàn)在也將人工智能融入他們的設(shè)計(jì)中。這些傳感器是為人工智能推理而設(shè)計(jì)的，它具有許多優(yōu)勢(shì)，例如，可以立即做出決定，并且可以處理敏感數(shù)據(jù)，而無(wú)需將其發(fā)送到其他地方，從而造成數(shù)據(jù)被盜的風(fēng)險(xiǎn)。
例如，2022年1月，亞馬遜推出了Ring Home安全玻璃破碎傳感器，該傳感器利用人工智能技術(shù)和Syntiant NDR101BQQF神經(jīng)處理器直接在傳感器上檢測(cè)玻璃破碎。該傳感器可準(zhǔn)確檢測(cè)25英尺外的玻璃破碎事件，如玻璃破碎或破裂，并當(dāng)場(chǎng)發(fā)出警報(bào)。
越來(lái)越多的傳感器使用太陽(yáng)能或動(dòng)能等可再生能源為自己供電，從而消除了更換電池或其他電源的需要。這一創(chuàng)新提高了物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的可靠性和壽命，尤其是那些部署在偏遠(yuǎn)或難以訪問(wèn)的位置的設(shè)備。此外，這些設(shè)備是自我可持續(xù)的，有助于減少整個(gè)系統(tǒng)設(shè)置對(duì)環(huán)境的影響。
能量采集的使用正在導(dǎo)致傳感器設(shè)計(jì)的變化，通過(guò)以下變化使傳感器變得更節(jié)能：降低形狀因數(shù)和提高信噪比。
Eco就是一個(gè)例子，這是一種專(zhuān)為室內(nèi)環(huán)境設(shè)計(jì)的溫濕度傳感器。它是由室內(nèi)太陽(yáng)能電池供電的，這使得它可以在沒(méi)有電池或外部電源的情況下在建筑物內(nèi)運(yùn)行。由于其節(jié)能設(shè)計(jì)和太陽(yáng)能電池的使用，該設(shè)備可以在黑暗中使用長(zhǎng)達(dá)30天。此外，該設(shè)備通過(guò)LoRaWAN技術(shù)連接，這使得它可以使用最低功率進(jìn)行遠(yuǎn)距離無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸。這使得它非常適合在各種室內(nèi)環(huán)境中使用，如辦公室、倉(cāng)庫(kù)或工廠。
在某些情況下，安裝物理傳感器(例如，在復(fù)雜或危險(xiǎn)的環(huán)境中)不切實(shí)際或成本高昂。即將到來(lái)的替代解決方案包括軟傳感器和虛擬傳感器。
軟測(cè)量是一種計(jì)算算法，它基于其他現(xiàn)有的物理傳感器和算法/計(jì)算模型來(lái)估計(jì)難以測(cè)量的量的值，這些算法和算法/計(jì)算模型可以推斷出測(cè)量量的值。
虛擬傳感器類(lèi)似于軟測(cè)量，不同之處在于它的值不是基于現(xiàn)有的物理傳感器，而是純粹基于算法/計(jì)算模型。
軟測(cè)量的一個(gè)例子是羅克韋爾自動(dòng)化公司的預(yù)測(cè)質(zhì)量軟件應(yīng)用程序創(chuàng)建預(yù)測(cè)模型，該模型使用來(lái)自?xún)x器和實(shí)驗(yàn)室分析的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)來(lái)估計(jì)工藝和產(chǎn)品條件。這些模型以植物歷史數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，作為預(yù)測(cè)質(zhì)量參數(shù)的推論傳感器(作為附加物理傳感器的替代方案)。
虛擬傳感器的一個(gè)例子是西門(mén)子的口袋大小的邊緣計(jì)算機(jī)，它可以連接到資產(chǎn)(例如電機(jī))上，并幫助計(jì)算虛擬傳感器的值。例如，通過(guò)將最新的運(yùn)行電機(jī)數(shù)據(jù)輸入數(shù)字模型，可以實(shí)時(shí)計(jì)算溫度。這種操作既不需要現(xiàn)場(chǎng)溫度計(jì)，也不需要任何其他傳感器讀數(shù)，因?yàn)樗蕾?lài)于機(jī)器狀態(tài)參數(shù)和虛擬電機(jī)模型。
傳感器是自動(dòng)駕駛汽車(chē)的重要組成部分，因?yàn)樗鼈優(yōu)樗鼈兲峁┯嘘P(guān)周?chē)h(huán)境的信息。車(chē)輛的車(chē)載計(jì)算機(jī)使用這些信息來(lái)導(dǎo)航和做出決策。自動(dòng)駕駛的三個(gè)關(guān)鍵傳感器包括激光雷達(dá)、雷達(dá)和3D攝像頭(圖像傳感器)。梅賽德斯、寶馬、沃爾沃和通用汽車(chē)等主要汽車(chē)原始設(shè)備制造商都選擇了激光雷達(dá)作為自動(dòng)駕駛的傳感器。此前(2021年前)，特斯拉主要依靠雷達(dá)技術(shù)。然而，最近，該公司開(kāi)始向特斯拉愿景(一種基于攝像頭的系統(tǒng))過(guò)渡，于2021年從Model 3和Model Y上移除了雷達(dá)，隨后在2022年從Model S和Model X上移除了雷達(dá)。
索尼、Mobileye和Waymo目前正專(zhuān)注于物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)創(chuàng)新，將攝像頭與激光雷達(dá)和雷達(dá)等其他傳感技術(shù)相結(jié)合，以改善其自動(dòng)駕駛解決方案的圖像分析。當(dāng)相機(jī)、雷達(dá)和激光雷達(dá)感知環(huán)境的不同特征時(shí)，這種組合(也稱(chēng)為“傳感器融合”或“冗余”)背后的想法是為系統(tǒng)提供更豐富的單一世界模型，以決定行動(dòng)路線或計(jì)算輸出。總體而言，自動(dòng)駕駛汽車(chē)中的傳感器協(xié)同工作，提供車(chē)輛周?chē)h(huán)境的完整圖像，使其能夠做出安全高效的駕駛決策。
例如，索尼依賴(lài)于在自動(dòng)駕駛應(yīng)用中使用帶有激光雷達(dá)或雷達(dá)的攝像頭進(jìn)行對(duì)象識(shí)別任務(wù)的好處。該公司正在研究一種將相機(jī)和雷達(dá)相結(jié)合的解決方案。這種組合可能有利于在夜間識(shí)別人和車(chē)輛。此外，相機(jī)和激光雷達(dá)的組合對(duì)于停車(chē)輔助功能非常有用，這些功能需要高度精確的距離測(cè)量。
“只有當(dāng)所有的技術(shù)部件都被構(gòu)建為一個(gè)單一的集成系統(tǒng)時(shí)，自動(dòng)駕駛汽車(chē)才能取得成功，從而實(shí)現(xiàn)所有部件之間的協(xié)同作用。Mobileye首席執(zhí)行官兼創(chuàng)始人阿姆農(nóng)·沙舒亞(Amnon Shashua)表示:“構(gòu)建從硅到全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的完整堆棧是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)，這正是Mobileye開(kāi)始做的事情。”
生物傳感器和一次性傳感器技術(shù)最近已經(jīng)成熟，并已在醫(yī)療保健行業(yè)中采用。然而，最近在生物傳感器研究方面的突破表明，這項(xiàng)技術(shù)在其他領(lǐng)域也幾乎已經(jīng)準(zhǔn)備好上市。術(shù)語(yǔ)“生物傳感器”是“生物傳感器”的縮寫(xiě)。生物元素與被測(cè)分析物相互作用，換能器將生物反應(yīng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。根據(jù)它們的應(yīng)用，生物傳感器也被稱(chēng)為免疫傳感器、光學(xué)電極、共振鏡、化學(xué)金絲雀、生物芯片、血糖儀或生物計(jì)算機(jī)。
生物傳感器的一個(gè)例子是雅培Freestyle Libre是用于血糖監(jiān)測(cè)的最商業(yè)化的生物傳感器解決方案之一。Freestyle Libre系統(tǒng)目前在全球擁有300多萬(wàn)用戶。2022年第二季度，雅培報(bào)告自由式Libre系統(tǒng)的銷(xiāo)售額有機(jī)增長(zhǎng)超過(guò)25%。
