在智能時(shí)代里，傳感器作為數(shù)據(jù)采集的源頭，幾乎無(wú)處不在。智能最前端所需要的態(tài)勢(shì)感知，就是從傳感器開始。無(wú)論是智能制造、智慧城市、智慧醫(yī)療等，還是智能設(shè)備和大數(shù)據(jù)分析，再龐大的智能系統(tǒng)，都要從傳感器的針尖上開始。沒有傳感器實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物源頭的感知，智能是無(wú)法想象的。

當(dāng)然，作為智能時(shí)代的萬(wàn)物之眼，傳感器也經(jīng)歷了多輪技術(shù)更迭。今天，傳感器正在向智能化、思維化、分析化和診斷化的方向發(fā)展。作為一套越來(lái)越智能的微系統(tǒng)，傳感器越來(lái)越呈現(xiàn)出獨(dú)立性，并且具有自我糾錯(cuò)的能力。那么，智能傳感器將以何種能力走向未來(lái)，推動(dòng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型？

從傳感器到智能傳感器

傳感器能夠感知被測(cè)物的信息和狀態(tài)，可以將自然界中的各種物理量、化學(xué)量、生物量轉(zhuǎn)化為可測(cè)量的電信號(hào)的裝置與元件。因此，作為海量數(shù)據(jù)的接收和傳遞的入口——傳感器，是萬(wàn)物互聯(lián)的基礎(chǔ)。

回顧傳感器的發(fā)展歷程，可分為三代傳感器：第一代是結(jié)構(gòu)型傳感器，它利用結(jié)構(gòu)參量變化來(lái)感受和轉(zhuǎn)化信號(hào)。第二代是固體型傳感器，由半導(dǎo)體、電介質(zhì)、磁性材料等固體元件構(gòu)成，利用材料某些特性制成。第三代就是今天的智能傳感器，由微型計(jì)算機(jī)和檢測(cè)技術(shù)而成。

試想一下，當(dāng)前，機(jī)器學(xué)習(xí)已經(jīng)無(wú)處不在。如果算法不僅僅放在機(jī)器設(shè)備里，而是也可以放在最小的感知單元——傳感器中，那么嵌入式人工智能，就會(huì)大力推動(dòng)智能時(shí)代的發(fā)展。具體來(lái)看，智能傳感器集傳感就是芯片、通信芯片、微處理器、驅(qū)動(dòng)程序、軟件算法等于一體，其核心優(yōu)勢(shì)就在于高復(fù)雜度的信息處理能力，以及高集成度的信息傳輸能力。

普通傳感器只有感知——輸出的單一功能，以及失效后無(wú)法及時(shí)判定等問(wèn)題，已經(jīng)越來(lái)越制約信息技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)不能滿足人們的差異化需求。智能傳感器則具有普通傳感器所不能的優(yōu)勢(shì)。

智能傳感器的最大的特征，也是其最大的優(yōu)勢(shì)，就是“智能”。一方面，智能傳感器具有自校準(zhǔn)和自動(dòng)補(bǔ)償功能。智能傳感器可以通過(guò)自動(dòng)校零去除零點(diǎn)，與標(biāo)準(zhǔn)參考基準(zhǔn)實(shí)時(shí)對(duì)比，自動(dòng)進(jìn)行整體系統(tǒng)標(biāo)定、非線性等系統(tǒng)誤差的校正，實(shí)時(shí)采集大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，消除偶然誤差影響，保證智能傳感器的高精度。

并且，智能傳感器還能夠自動(dòng)補(bǔ)償因工作條件與環(huán)境參數(shù)發(fā)生變化而引起的系統(tǒng)特性的漂移，如環(huán)境溫度、系統(tǒng)供電電壓波動(dòng)而產(chǎn)生的零點(diǎn)和靈敏度的漂移，保證傳感器的高可靠性和高穩(wěn)定性。同時(shí)，由于智能傳感器具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與信息處理功能，通過(guò)數(shù)字濾波等相關(guān)分析處理，可去除輸入數(shù)據(jù)中的噪聲，自動(dòng)提取有用數(shù)據(jù)；通過(guò)數(shù)據(jù)融合、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可消除多參數(shù)狀態(tài)下交叉靈敏度的影響，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)。

除了對(duì)原始傳感數(shù)據(jù)進(jìn)行再次校準(zhǔn)和補(bǔ)償外，智能傳感器還支持對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取，并基于數(shù)據(jù)特征實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的邊緣計(jì)算模式，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)級(jí)的智能決策處理能力。比如，機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)場(chǎng)景的智能傳感器可以在邊緣側(cè)實(shí)現(xiàn)設(shè)備異常故障的識(shí)別，并在識(shí)別到設(shè)備故障后立即觸發(fā)數(shù)據(jù)上報(bào)和更密集的數(shù)據(jù)采集模式。

另一方面，智能傳感器能夠?qū)ψ陨磉M(jìn)行自動(dòng)診斷。普通傳感器需要定期檢驗(yàn)和標(biāo)定，以保證它在正常使用時(shí)具備足夠的準(zhǔn)確度，這些工作一般要求將傳感器從使用現(xiàn)場(chǎng)拆卸，送到實(shí)驗(yàn)室或檢驗(yàn)部門進(jìn)行。對(duì)于在線測(cè)量傳感器出現(xiàn)異常則不能及時(shí)診斷。采用智能傳感器時(shí)，在電源接通時(shí)智能傳感器就能啟動(dòng)自診斷功能，進(jìn)行自檢，診斷測(cè)試以確定組件有無(wú)故障。根據(jù)使用時(shí)間，智能傳感器可以在線進(jìn)行校正，確保穩(wěn)定可靠地工作運(yùn)行。

智能傳感器還具有判斷、分析與處理功能。比如，對(duì)于機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)場(chǎng)景的智能傳感器，智能傳感器可以在設(shè)備啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)調(diào)高采集頻率，以實(shí)現(xiàn)更快的狀態(tài)變化響應(yīng)速度；在設(shè)備停機(jī)時(shí)，智能傳感器能夠自動(dòng)進(jìn)入低功耗休眠模式，以延長(zhǎng)電池續(xù)航時(shí)間等。

智能傳感器路向何方？

在我們正在加速狂奔向智能時(shí)代的過(guò)程中，許多令人嘆為觀止的智能產(chǎn)品，其實(shí)都是有共性的，那就是智能傳感器。

比如，醫(yī)療器械界的奇兵——達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人有四百多個(gè)傳感器；鼎鼎有名的波士頓機(jī)器人，能夠自如地翻跳騰躍，則需要1300個(gè)傳感器。

日本著名的馬桶品牌驪住Lixil，正在推出的智能馬桶，馬桶蓋背面安裝了圖像傳感器，可以自動(dòng)識(shí)別糞便形狀，整個(gè)馬桶通過(guò)70多個(gè)傳感器，自動(dòng)檢測(cè)并與云端相連，可以實(shí)現(xiàn)慢病大健康管理。而博世公司推出的工廠協(xié)作機(jī)器人助手APAS，內(nèi)置了上百個(gè)傳感器，以便可以迅速感知人的狀態(tài)。

此外，工業(yè) 4.0也離不開智能傳感器的驅(qū)動(dòng)。工廠經(jīng)常使用智能溫度傳感器來(lái)確保機(jī)器不會(huì)過(guò)熱，并使用振動(dòng)傳感器來(lái)確保機(jī)器不會(huì)因振動(dòng)而松動(dòng)。智能傳感器還可以實(shí)現(xiàn)過(guò)程控制，比如監(jiān)控過(guò)程，并進(jìn)行可能需要的任何調(diào)整以滿足質(zhì)量或生產(chǎn)目標(biāo)。這曾經(jīng)是一個(gè)手動(dòng)過(guò)程，但智能傳感器可用于自動(dòng)化過(guò)程控制。

能傳感器在現(xiàn)代安全系統(tǒng)中也發(fā)揮著關(guān)鍵作用。熱成像傳感器可用于檢測(cè)入侵者的體溫。同樣，智能鎖、運(yùn)動(dòng)傳感器和門窗傳感器等設(shè)備通常連接到公共網(wǎng)絡(luò)。這使安全傳感器能夠協(xié)同工作，繪制出當(dāng)前安全狀態(tài)的綜合圖?？梢哉f(shuō)，這個(gè)世界的數(shù)字化步伐，一步都不能離開傳感器。

不僅如此，今天，隨著ChatGPT的爆發(fā)，智能時(shí)代還在加速到來(lái)，智能傳感器也在ChatGPT浪潮中趨勢(shì)漸顯。當(dāng)前，大多數(shù)傳感器已從交互式轉(zhuǎn)向預(yù)測(cè)性，將機(jī)器智能的主動(dòng)權(quán)部分地轉(zhuǎn)向傳感器智能。具有智能化實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析和過(guò)程校正功能的傳感器，將會(huì)大量提高設(shè)備的交互能力。這也意味著邊緣計(jì)算，將會(huì)在機(jī)器的邊緣端，再往前深探一步。

不過(guò)，一個(gè)傳感器能夠測(cè)量的參數(shù)是有限的，為什么不將多個(gè)傳感器集成在一起呢？于是各種組合傳感器就紛來(lái)沓至，溫度+濕度、壓力+流量、振動(dòng)+加速度+減速等傳感器，成為應(yīng)用最多的組合?；炀巶鞲衅髋炾?duì)，實(shí)現(xiàn)多參數(shù)檢測(cè)的“一器多用”，通過(guò)檢測(cè)各種參數(shù)來(lái)形成閉環(huán)自動(dòng)化的應(yīng)用。這在智能制造領(lǐng)域，迎來(lái)廣泛發(fā)展的空間。

另一方面，智能傳感器還在向著融合傳感器的方向發(fā)展。比如，智能傳感器正在加速無(wú)人駕駛汽車的發(fā)展，而傳感器的多功能融合，將利用不同傳感器的優(yōu)勢(shì)，提供數(shù)據(jù)分析和控制能力，從而具備嵌入式智能。這在軍事方面也具有重要應(yīng)用，美國(guó)F35戰(zhàn)斗機(jī)一直在進(jìn)行多域數(shù)據(jù)的連接和分析，核心就是利用融合傳感器，實(shí)現(xiàn)多維數(shù)據(jù)的高速分析，并且能夠利用不同平臺(tái)來(lái)的數(shù)據(jù)，無(wú)論是海上、空天、海下和陸地的傳感器數(shù)據(jù)，多種異構(gòu)數(shù)據(jù)并發(fā)處理。

傳感器與通信、計(jì)算機(jī)被稱為現(xiàn)代信息技術(shù)的三大支柱。傳感器的作用無(wú)論如何強(qiáng)調(diào)也不為過(guò)。今天，隨著新型智能傳感器愈發(fā)智能化，越來(lái)越多的智能傳感器已經(jīng)被用在各種應(yīng)?中。隨著ChatGPT的到來(lái)，未來(lái)的傳感器甚至還將產(chǎn)生認(rèn)知屬性?？梢哉f(shuō)，傳感器就是自動(dòng)化系統(tǒng)的五官，而智能傳感器也將引領(lǐng)人類奔向數(shù)字化的未來(lái)。