【中國(guó)智能制造網(wǎng) 學(xué)術(shù)論文】隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)傳統(tǒng)傳感技術(shù)又提出了新的要求，產(chǎn)品正逐漸向MEMS技術(shù)、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、紅外技術(shù)、新材料技術(shù)、納米技術(shù)、陶瓷技術(shù)、薄膜技術(shù)、光纖技術(shù)、激光技術(shù)、復(fù)合傳感器技術(shù)、多學(xué)科交叉融合的方向發(fā)展。　　
　　傳感器是設(shè)備感受外界環(huán)境的重要硬件，決定了裝備與外界環(huán)境交互的能力，是設(shè)備智能化的硬件基礎(chǔ)，尤其在很多智能設(shè)備中，傳感器決定著設(shè)備的核心能力。一個(gè)典型的傳感器由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和調(diào)理電路組成。敏感元件用于直接感受被測(cè)量，轉(zhuǎn)換元件用于轉(zhuǎn)化為電量參數(shù)。
　　
　　傳感器用途廣泛、種類繁多。按照測(cè)量對(duì)象可以將傳感器分為檢測(cè)光、放射線、聲信號(hào)、磁信號(hào)、力、位置信息、溫度、濕度、溶液流量流速等類型的傳感器。每一種檢測(cè)同樣對(duì)象的傳感器又有多種應(yīng)用和不同的實(shí)現(xiàn)路徑。
　　
　　目前，國(guó)內(nèi)傳感器技術(shù)發(fā)展與創(chuàng)新的重點(diǎn)在材料、結(jié)構(gòu)和性能改進(jìn)3個(gè)方面：敏感材料從液態(tài)向半固態(tài)、固態(tài)方向發(fā)展;結(jié)構(gòu)向小型化、集成化、模塊化、智能化方向發(fā)展;性能向檢測(cè)量程寬、檢測(cè)精度高、抗干擾能力強(qiáng)、性能穩(wěn)定、壽命長(zhǎng)久方向發(fā)展。
　　
　　隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)傳統(tǒng)傳感技術(shù)又提出了新的要求，產(chǎn)品正逐漸向MEMS技術(shù)、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、紅外技術(shù)、新材料技術(shù)、納米技術(shù)、陶瓷技術(shù)、薄膜技術(shù)、光纖技術(shù)、激光技術(shù)、復(fù)合傳感器技術(shù)、多學(xué)科交叉融合的方向發(fā)展。
　　
　　智能傳感器讓智能裝備擁有多種“感覺(jué)”
　　
　　傳感器作為智能裝備的自主式輸入，相當(dāng)于智能裝備、機(jī)器人的各種感覺(jué)器官，智能裝備對(duì)于外界環(huán)境的感覺(jué)主要有視覺(jué)、位置覺(jué)、速度覺(jué)、力覺(jué)、觸覺(jué)等。
　　
　　視覺(jué)是智能裝備常用的輸入系統(tǒng)，并可以分為兩大類：一是直觀的視覺(jué)，數(shù)據(jù)類型是像素組成的圖片，典型的應(yīng)用如機(jī)器視覺(jué)、物體識(shí)別等，此類傳感器有高速相機(jī)、攝像機(jī)等;二是環(huán)境模型式的視覺(jué)，數(shù)據(jù)類型是點(diǎn)云數(shù)據(jù)構(gòu)成的空間模型，典型的應(yīng)用是空間建模，此類傳感器有3D激光雷達(dá)、激光掃描儀等。
　　
　　位置覺(jué)是指通過(guò)感知周圍物體與自身的距離，從而判斷自身所處的環(huán)境位置，此類傳感器有激光測(cè)距儀、2D激光雷達(dá)、磁力計(jì)(判斷方向)、毫米波雷達(dá)、超聲波傳感器等。
　　
　　速度覺(jué)是指智能裝備對(duì)于自身運(yùn)行的速度、加速度、角速度等信息的掌握，此類傳感器有速度編碼器、加速感應(yīng)器、陀螺儀等。
　　
　　力覺(jué)在智能裝備中用以感知外部接觸物體或內(nèi)部機(jī)械機(jī)構(gòu)的力，典型的應(yīng)用如裝在關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器上的力傳感器，用來(lái)實(shí)現(xiàn)力反饋;裝在機(jī)械手臂末端和機(jī)器人后一個(gè)關(guān)節(jié)之間的力傳感器，用來(lái)檢測(cè)物體施加的力等。
　　
　　觸覺(jué)在智能裝備中可以進(jìn)一步分為接觸覺(jué)、壓覺(jué)、滑覺(jué)，此類傳感器有光學(xué)式觸覺(jué)傳感器、壓阻式陣列觸覺(jué)傳感器、滑覺(jué)傳感器等，其中滑覺(jué)傳感器是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人抓握功能的必備條件。
　　
　　除以上五種人體感覺(jué)以外，一些物理傳感器還具有超越人體的感覺(jué)，比如生物傳感器可以測(cè)量血壓、體溫等，環(huán)境傳感器可以測(cè)量溫濕度、空氣粉塵顆粒物含量、紫外線光照強(qiáng)度等。這些超越人體感官的傳感器如今被可穿戴設(shè)備搭配起來(lái)，可穿戴設(shè)備從而被賦予了擴(kuò)充人體感官的功能。
　　
　　傳感器研發(fā)趨勢(shì)
　　
　　隨著微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)、激光技術(shù)、高科技材料等的技術(shù)進(jìn)步，傳感器的研發(fā)呈現(xiàn)多樣化的趨勢(shì)，有的利用生物材料模擬人類皮膚，創(chuàng)新傳感器的觸覺(jué);有的利用MEMS技術(shù)研發(fā)微型智能化傳感器，從而有利于復(fù)雜系統(tǒng)的集成;有的利用高精度的激光技術(shù)創(chuàng)造激光雷達(dá)，從而利于系統(tǒng)實(shí)時(shí)感知周邊障礙物與環(huán)境等等。
　　
　　然而總體而言，傳感器的研發(fā)過(guò)程呈現(xiàn)兩階段的趨勢(shì)：一、技術(shù)創(chuàng)新，根據(jù)未能滿足的需求開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品。在階段中，傳感器研發(fā)創(chuàng)新的方向源于智能裝備、創(chuàng)新設(shè)備的需求，研發(fā)人員根據(jù)使用需求，創(chuàng)新出新型傳感器。二、成本降低，應(yīng)用落地，產(chǎn)品逐步切合產(chǎn)業(yè)化需求。在第二階段中，在研發(fā)創(chuàng)新的過(guò)程中，為了滿足人們對(duì)于智能裝備產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的需求，研究人員從對(duì)技術(shù)開(kāi)發(fā)的關(guān)注轉(zhuǎn)為對(duì)成本下降的關(guān)注，以實(shí)現(xiàn)傳感器大規(guī)模生產(chǎn)，智能裝備產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的愿景。
　　
　　3D激光雷達(dá)就是這樣一種從功能創(chuàng)新中誕生，又開(kāi)始進(jìn)入商業(yè)化開(kāi)發(fā)的傳感器。下面以激光雷達(dá)為例，梳理傳感器典型的發(fā)展趨勢(shì)。