传感器技术的发展原动力及应用前景

在新的产业经济环境下，工业领域的结构演变和调整正成为新的经济增长动力，特别是在作为先进制造业代表的德国提出工业4.0的概念之后，“智能工业”与“智能生产正成为带动产业转型升级的重要推动力。在这里面需要重点解决的是如何将资源、信息、物品和人进行互联，这需要以信息网络技术、数字化制造技术应用为重点，并依托传感器技术为基础 ， 打 造 全 面 而 先 进 的 系 统 架构。下文则主要解读在新工业发展背景下，传感器技术的发展原动力及应用前景。

工业用传感器能够测量或感知特定物体的状态和变化，并转化为可传输、可处理、可存的电子信号或其他形式信息。工业用传感器是实现工业自动检测和自动控制的首要环节，在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。甚至我们可以说，没有众多质优价廉的工业传感器，就没有现代化工业的生产体系，更别谈工业4.0体系的构建。

在工业自动控制系统中，传感器处系统之首，其作用相当于系统感受器官，能快速、精确地获取信息并能经受严酷环境考验，是自动控制系统达到高水平的保证。如缺少这些传感器对系统状态和对信息精确而可靠的自动检测，系统的信息处理、控制决策等功能就无法谈及和实现。比如工业机器人之所以能够准确操作，是因为它能够通过各种传感器来准确感知自身、操作对象及作业环境的状态，包括：其自身状态信息的获取通过内部传感器(位置、位移、速度、加速度等)来完成，操作对象与外部环境的感知通过外部传感器来实现，这个过程非常重要，足以为机器人控制提供反馈信息。所以，传感器技术在很大程度上影响和决定着工业自动控制系统功能的实现。

而在智能制造业的未来，对人机交互技术、机器视觉技术都有更高的要求，这些都必须要依靠传感器技术来实现。相对于传统制造工业，以智能工厂为代表的未来智能制造业是一种理想的生产系统，能够智能编辑产品特性、成本、物流管理、安全、信赖性、时间以及可持续性等要素。而信息技术与传感技术，则是支撑工业智能化的重要支点。如今，作为现代信息技术的重要支柱之一的传感器技术，已成为工业领域在高新技术发展方面争夺的一个制高点。

伴随着半导体器件技术和集成电路技术的快速发展，各种先进的传感器产品被越来越多地应用于工业控制的各个领域。有统计数据显示，预计未来五年，国内传感器市场平均销售增长率将达31%。本土传感器需求规模快速增长的主要动力来自于工业电子设备和汽车电子、通信电子、消费电子和专用电子设备等。工业电子设备则是电子信息产业中增长最快的行业，也是传感器应用最多的领域，如测量各种工艺变量、电子特性和物理量，以及传统的运动/定位等。

如何依靠科技创新的力量，抢占制造业新的制高点，这是很多厂商都在思考的问题。而由于某些工业控制领域的技术难度较大，诸如控制区域测点分散、转动和旋转场合较难测量、有毒有害危险场合检测维护非常困难、复杂环境下敷设电缆成本高昂和长距离传输信号衰减严重等，使得无线传感器网络走进我们的视野。

无线传感器网络是微电子技术、无线通信技术、分布式计算等信息技术发展和融合的产物。它由大量集成有传感器、数据处理单元和无线通信模块的传感器节点组成，通过无线信道相连，自组织地构成网络系统。无线传感器网络具有低能耗、低成本、易使用和泛在感知等特性，使传统实践中因成本等因素未能实现在线检测的某些重要工业过程参数的测量成为可能，并能够借此实施优化控制、提高产品质量、降低能效、减少维护运行成本。此外，无线传感器网络易于拓展升级，能够有效减少二次投资，提高经济效益。这些先天优势使得无线传感器网络具有十分广阔的应用前景。

无线传感器网络在国防军事、工业生产、环境监测、灾害预警等众多领域有着广泛的应用前景。特别是在一些传感器节点位置需要随机布置的工业应用场合中，无线传感器网络正快速增长，众多工业企业开始采用诸如基于Zigbee和UWB等无线技术的典型无线传感器网络系统，应用在检测、监视等工业过程控制方面。

在工业无线传感器网络中，许多具有通信和信息处理能力的传感器节点通过无线的方式组网连接，并相互协作，共同完成对目标信息的采集和监测等任务。这种网络能够实时感知传感器节点分布区域内的各种监测对象的信息，并将信息传递给远端用户。有助于工业生产过程工艺的优化，帮助提高生产线过程检测、实时参数采集、生产设备监控、材料消耗监测的能力和水平，使得生产过程的智能监控、智能控制、智能诊断、智能决策、智能维护水平不断提高。

比如钢铁企业应用各种传感器和通信网络，在生产过程中实现对加工产品的宽度、厚度、温度的实时监控，从而提高产品质量，优化生产流程。环保监测部门利用无线传感器网络与环保设备的融合实现对工业生产过程中产生的各种污染源及污染治理各环节关键指标的实时监控。在重点排污企业排污口安装无线感设备，不仅可以实时监测企业排污数据，而且可以远程关闭排污口，防止突发性环境污染事故的发生。工业安全生产管理把感应器嵌入和装备到矿山设备、油气管道、矿工设备中，可以感知危险环境中工作人员、设备机器、周边环境等方面的安全状态信息，将现有分散、独立、单一的网络监管平台提升为系统、开放、多元的综合网络监管平台，实现实时感知、准确辨识、快捷响应、有效控制。

无线传感器网络作为现代信息技术发展的新一轮制高点，正在工业领域广泛渗透和应用，并与未来先进制造技术相结合，正形成新的智能化的制造体系---泛在制造信息处理技术。这一体系是建立在泛在感知网络技术基础之上，并服务于智能制造体系，为制造中的设计、设备、过程、管理和商务提供无处不在的网络服务。尽管目前面向未来智能制造的泛在网络技术发展还处于初始阶段。但是随着工业无线传感器网络技术的提升、工业产业的发展，这一制造体系亦在不断发展和完善之中。

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