物联网感知层技术的发展趋势

   日期:2020-07-02     来源:互联网    浏览:371    评论:0    
核心提示:智能化传感器是微处理器与传感器的结合,既能够采集信息,还可以进行信息的处理和存储,进行逻辑思考和决策。

物联网区别于互联网的本质在哪里?

对,是感知层。感知层的基础又是传感器。

其实,传感器大家天天在使用,手机上,汽车上都有大量的传感器

上世纪50年代,在欧美等国的军事技术、航空航天领域的试验研究过程中,传感器技术开始发展。

20世纪70年代开始,利用半导体、电介质、磁性材料等固体元件的某些特性,利用热电效应、霍尔效应、光敏效应,分别制成热电偶传感器、霍尔传感器、光敏传感器等。这就是固体传感器时代。结构传感器和固体传感器均属于模拟传感器阶段。70年代末,随着集成技术、微电子技术及计算机技术的发展,出现了集成传感器。集成传感器功能多,成本低,性能良好。这个阶段传感器技术开始从模拟向数字方向发展。

20世纪80年代,微型计算机技术与检测技术相结合产生了智能传感器。一开始,把信号转换电路和微计算机、存贮器及接口集成在一个芯片上,和传感器结合在一起,就是智能传感器,具有检测、数据处理以及自适应能力。90年代后,智能化测量技术促使传感器本身实现智能化,具有了自诊断功能、记忆功能、多参量测量功能以及联网通信功能等。

进入21世纪,计算机技术的飞速发展,大幅提升了信息处理效率。LTE5GNB-IOT等无线通讯技术快速发展,提升了信息传输的效率。传感器新材料、新工艺、新应用的不断出现,检测技术、控制技术得到了发展,信息采集能力、测量精度和可靠性得到了根本上的提升;与此同时,传感器在进一步微型化、网络化。

现代传感器正从传统的单一功能朝着集成化、无线化、网络化、数字化、系统化、微型化、智能化、多功能化、光机电一体化、无维护化的方向发展,与此同时,传感器的功耗将越来越低,精度和可靠性将越来越高、测量范围将越来越宽。

受益于5G基础通讯网络的建设,受益于物联网终端种类的持续增长,受益于物联网各场景应用需求的暴增,有权威机构预测,到2025年,全球物联网连接数量达1000亿个。未来10年,物联网将有上万亿元的市场,其产业规模将比互联网大数倍。前景如此可观!

进入物联网时代,为了匹配各种应用场景,传感技术呈现出了以下新的发展趋势:

一、开发和应用新的传感器材料

传感器技术升级换代的重要推动力就是新材料的应用。新型的光电传感器的敏感材料,具有检测距离远、分辨率高、响应快、检测物体范围广等特点;生物敏感材料由于其选择性好、灵敏度高、成本低,在食品、制药、化工、临床检验、生物医学、环境监测等方面有着广泛的应用前景;新型的纳米材料促进了传感器向微型方向的发展。随着未来物联网应用场景的不断拓宽,人们将会开发出更多优质的传感器新材料,新材料的应用水平将会不断提升。

二、提升传感器的集成度

传感器集成度的提高有两个方向:一个是在同一个芯片上集成很多类型的传感器;另一个是传感器与后续其他功能电路的集成化。这两个方向,都是传感器的多功能化方向。一个多传感器集成的芯片,可以检测的参数,由点到面到体,可以实现多维参数的图像化呈现。如医学临床上使用的一种传感器,芯片尺寸仅为2.5mm×0.5mm,可同时快速检测出一滴血液中Na+K+H+等多种离子的浓度。一个将传感检测功能与放大、运算、干扰补偿等功能集成在一体的传感器,具有了很好的自适应性,在机器人工业上,得到了大量应用。

三、无线网络化

无线网络技术与传感器技术的结合就是无线传感网技术。在网络中,传感器作为一个收集各种测量量的节点,如温度的高低、湿度的变化、压力的增减、噪声的升降。多个节点组成一个网络。每一个传感器节点可以看作是一个快速运算的微型计算机,将传感器收集到的信息转化成为数字信号。节点与节点之间可以彼此通信,也可以和中央处理中心进行联系。无线传感器网络是由多学科高度交叉的新兴热点研究领域。随着在工业、农业、军事、环境、医疗、智能家居、智慧城市等领域应用需求的增多,传感器的无线网络化应用将会越来越成熟。

四、小型化和微型化

传感器新型材料的使用、集成度的提升,可以促进传感器的小型化、微型化。微型化传感器占用空间小、重量轻、反应快、灵敏度高、成本低、能耗低,便于安装和维护。医学上有一种“神经尘埃”传感器,只有一粒沙子大小( 3 毫米,高 1 毫米,宽 0.8 毫米),这种微型传感器的晶体管负责搜集神经和肌肉组织的信息,然后以超声波的形式,将相应信息反馈给体外的接收器,为医生确认病情提供参考。随着传感技术的发展,微型传感器可测量的物理量、化学量和生物量会越来越多。在航空、远距离探测、医疗及工业自动化等领域的应用也会越来越多。

五、提高传感器的智能化水平

智能化传感器是微处理器与传感器的结合,既能够采集信息,还可以进行信息的处理和存储,进行逻辑思考和决策。智能传感器将有数字通信接口,可以直接与其所属计算机进行通信联络和交换信息。随着微处理器技术的不断发展,智能传感器将在自适应、自维护、运算能力、实时性等方面得到进一步提升。 

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