信息技術與傳感器:2021中國5G+工業互聯網大會召開,浪潮集團執行總裁陳東風詮釋B5G理念

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信息技術與傳感器:2021中國5G+工業互聯網大會召開,浪潮集團執行總裁陳東風詮釋B5G理念鄭州2021年11月2日/美通社/–11月1日-3日,由中國科學技術協會、河南省人民政府主辦的“2021世界傳感器大會”在鄭州國際會展中心召開。德國萊茵TUV(簡稱“TUV萊茵”)大中華區產品服務事業群副總裁夏波出席了主論壇,并代表公司

信息技術與傳感器:2021中國5G+工業互聯網大會召開,浪潮集團執行總裁陳東風詮釋B5G理念  第1張

信息技術與傳感器:2021中國5G+工業互聯網大會召開,浪潮集團執行總裁陳東風詮釋B5G理念

鄭州2021年11月2日 /美通社/ -- 11月1日-3日,由中國科學技術協會、河南省人民政府主辦的“2021世界傳感器大會”在鄭州國際會展中心召開。德國萊茵TUV(簡稱“TUV萊茵”)大中華區產品服務事業群副總裁夏波出席了主論壇,并代表公司與中國(鄭州)智能傳感谷(簡稱“鄭州傳感谷”)簽署了戰略合作協議。
TUV萊茵與鄭州傳感谷建立戰略合作
TUV萊茵出席2021世界傳感器大會,與鄭州傳感谷建立戰略合作
當前,全球物聯網、大數據、云計算、人工智能等信息技術發展正處于跨界融合、加速創新、深度調整的重要階段,傳感器產業作為三大基礎性戰略產業之一,不僅是“感知世界”之基,也是“萬物互聯”之本,對支撐構建現代信息技術產業體系、實現產業轉型升級、推動經濟高質量發展具有重要意義如今,以傳感器產業為代表的新一輪產業變革已蓬勃興起,并呈現爆發式增長態勢,正在引發一場“制造革命”,成為發達國家和跨國企業布局的戰略高地。
TUV萊茵出席2021世界傳感器大會
在首日舉行的“世界傳感器科技創新高峰論壇”上,諾貝爾獎、圖靈獎獲得者,以及國內外知名院士和專家匯聚,從不同角度和領域出發,聚焦未來傳感器發展的需求分析、傳感器存在的問題短板及解決措施、國內外傳感技術發展與應用等熱點話題進行講解并展開深入探討。
夏波在接受媒體采訪時表示:“多年來,我們一直關注國內外智能感知技術和傳感器行業的發展,致力于為傳感器企業提供一站式檢測認證服務,幫助企業提升產品安全性和可靠性,為產品在全球市場通行保駕護航”
大會期間,TUV萊茵與鄭州傳感谷舉行了戰略合作簽約儀式,雙方將攜手打造智能傳感器產業服務平臺,共建檢測測試認證院,推動行業標準的建立和完善,為企業的生產研發提供技術支持。
作為歐盟機器安全指令、EMC指令和無線設備指令的公告機構,TUV萊茵同時擁有低電壓指令符合性測試能力,在傳感器架構設計、可靠性評估、安全、EMC以及無線檢測等方面積累了豐富經驗未來,TUV萊茵將憑借一流的專家團隊和覆蓋全球的服務網絡,攜手產業鏈上下游伙伴共同推動傳感技術的高水平發展。
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信息技術與傳感器:傳感技術

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傳感技術
(一種技術)
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本詞條由“科普中國”科學百科詞條編寫與應用工作項目
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。
傳感技術同計算機技術與通信一起被稱為信息技術的三大支柱。從物聯網角度看,傳感技術是衡量一個國家信息化程度的重要標志,作為第二屆杭州物聯網暨傳感技術應用高峰論壇,推進我國傳感器產業化快速發展。傳感技術是關于從自然信源獲取信息,并對之進行處理(變換)和識別的一門多學科交叉的現代科學與工程技術,它涉及傳感器(又稱換能器)、信息處理和識別的規劃設計、開發、制/建造、測試、應用及評價改進等活動。
中文名
傳感技術
外文名
sensor technology
意 義
衡量國家信息化程度的標志
領 域
信息科學
目錄
1
簡介
2
技術概述
3
發展現狀
4
發展趨勢
5
“十五”期間
6
應用前景
傳感技術簡介
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語音
傳感技術就是傳感器的技術,可以感知周圍環境或者特殊物質,比如氣體感知、光線感知、溫濕度感知、人體感知等等,把模擬信號轉化成數字信號,給中央處理器處理。最終結果形成氣體濃度參數、光線強度參數、范圍內是否有人探測、溫度濕度數據等等,顯示出來。
傳感技術技術概述
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語音
獲取信息靠各類傳感器,它們有各種物理量、化學量或生物量的傳感器。按照信息論的凸性定理,傳感器的功能與品質決定了傳感系統獲取自然信息的信息量和信息質量,是高品質傳感技術系統的構造第一個關鍵。信息處理包括信號的預處理、后置處理、特征提取與選擇等。識別的主要任務是對經過處理信息進行辨識與分類。它利用被識別(或診斷)對象與特征信息間的關聯關系模型對輸入的特征信息集進行辨識、比較、分類和判斷。因此,傳感技術是遵循信息論和系統論的。它包含了眾多的技術、被眾多的產業廣泛采用。它也是現代科學技術發展的基礎條件,應該受到足夠地重視。為了提高制造企業的生產率(或降低運行時間)和產品質量、降低產品成本,工業界對傳感技術的基本要求,是能可靠地應用于現場,完成規定的功能。
[1]
傳感技術發展現狀
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語音
無論是國內還是國外,與計算機技術和數字控制技術相比,傳感技術的發展都落后于它們。從80年代起才開始重視和投資傳感技術的研究開發或列為重點攻關項目,不少先進的成果仍停留在研究實驗階段,轉化率比較低。我國從60年代開始傳感技術的研究與開發,經過從“六五”到“九五”的國家攻關,在傳感器研究開發、設計、制造、可靠性改進等方面獲得長足的進步,初步形成了傳感器研究、開發、生產和應用的體系,并在數控機床攻關中取得了一批可喜的、為世界矚目的發明專利與工況監控系統或儀器的成果。但從總體上講,它還不能適應我國經濟與科技的迅速發展,我國不少傳感器、信號處理和識別系統仍然依賴進口。同時,我國傳感技術產品的市場競爭力優勢尚未形成,產品的改進與革新速度慢,生產與應用系統的創新與改進少。
[2]
傳感技術發展趨勢
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語音
(1)國外傳感技術發展的主要趨勢---強調傳感技術系統的系統性和傳感器、處理與識別的協調發展,突破傳感器同信息處理與識別技術與系統的研究、開發、生產、應用和改進分離的體制,按照信息論與系統論,應用工程的方法,同計算機技術和通訊技術協同發展。---突出創新。國外傳感技術的發展強調以下幾方面的創新:利用新的理論、新的效應研究開發工程和科技發展迫切需求的多種新型傳感器和傳感技術系統。
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側重傳感器與傳感技術硬件系統與元器件的微小型化。利用集成電路微小型化的經驗,從傳感技術硬件系統的微小型化中提高其可靠性、質量、處理速度和生產率,降低成本,節約資源與能源,減少對環境的污染。這種充分利用已有微細加工技術與裝置的做法已經取得巨大的效益、極大地增強了市場競爭力,例如:80年代進口一套AE傳感器及其住處預處理硬件的成本已被降至原來的百分之幾到千分之幾,使我國經“七五”和“八五”攻關的產品化系統處于無力競爭的地位。后者采用獨創的寬帶高精度AE傳感器和厚膜集成電路預處理硬件,但其成本仍比國外的產品高數倍到數十倍。在微小型化中,為世界各國注目的是納米技術。集成化。進行硬件與軟件兩方面的集成,它包括:傳感器陣列的集成和多功能、多傳感參數的復合傳感器(如:汽車用的油量、酒精檢測和發動機工作性能的復合傳感器);傳感系統硬件的集成,如:信息處理與傳感器的集成,傳感器--處理單元--識別單元的集成等;硬件與軟件的集成;數據集成與融合等。---研究與開發特殊環境(指高溫、高壓、水下、腐蝕和輻射等環境)下的傳感器與傳感技術系統。這類傳感器及傳感技術系統常常是我國缺少的一類傳感技術和產品。---對一般工業用途、農業和服務業用的量大面廣的傳感技術系統,側重解決提高可靠性、可利用性和大幅度降低成本的問題,以適應工農業與服務業的發展,保證這種低技術產品的市場競爭力和市場份額。---徹底改變重研究開發輕應用與改進的局面,實行需求驅動的全過程、全壽命研究開發、生產、使用和改進的系統工程。---智能化。側重傳感信號的處理和識別技術、方法和裝置同自校準、自診斷、自學習、自決策、自適應和自組織等人工智能技術結合,發展支持智能制造、智能機器和智能制造系統發展的智能傳感技術系統。(2)工況監視技術的現狀與發展趨勢工況監視主要指對機器裝備故障、系統運行過程與過程質量缺陷、刀具/砂輪和工件的工況的監測與控制。國外預測工況監視用傳感檢測技術系統的主要發展趨勢:①提高系統的可靠性和靈敏度;②側重發展智能傳感技術;③強調改進和提高力/力矩、功率/電流、振動、聲振(合聲發射與超聲及語音)、溫度、光視及觸針傳感系統,使它們有盡可能高的可靠性、靈敏度和可應用性,以適應21世紀初工業應用的要求;④強調發展信號處理戰略、程序和識別技術,提高硬/軟件的集成度和系統的識別速度、精度和動態特性(魯棒性等);⑤發展多傳感器數據集成與融合的研究開發,以提高對缺陷和故障的識別精度、可靠性、降低成本,提高系統可應用性。(3)國外自動化裝配對傳感技術的研究開發趨勢①對現有自動化裝配與機器人裝配用的傳感技術的改進與革新。主要針對:力、觸覺、視覺、光學、機械觸針、位置傳感和順應裝置用應力等傳感器與尺寸傳感技術系統,提高其可靠性、通用性。②開發新型傳感器,如:印刷電路板裝配用的非接觸式溫度傳感器、超聲傳感器等。③研究開發先進領域用的傳感技術系統,如:微機電器件復雜裝配等為代表的微型裝配(Mic-roassembly)用傳感系統,微型控制用的加速度傳感器、壓電執行器和小型化CCD及其集成等。④特別要重視聲振傳感技術的研究開發。⑤開發數據集成、融合與人工智能傳感技術,如:機器手腕/手指用的多感知傳感集成,多個超聲與力傳感器的組合,高精度零件識別與分類、質量檢測與控制用傳感技術系統。⑥研究開發大型易變形件加工、裝配用傳感技術系統。
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⑦改變研究開發戰略,把主要在研究中心(院、所)用的過程高技術傳感技術與系統轉向工業一線過程控制用。綜上所述,我國的優勢有:①已經形成了研究、生產和應用體系、人材隊伍和部分傳感技術的優勢,是進一步發展的基礎;②有一批先進的成果,如刀具/砂輪監控儀系列成果,石油油井用高溫、高壓傳感檢測系統、高精度熱敏檢測傳感等等;③有一個量大面廣的用戶市場;不足之處有:①研究開發戰略在系統性上的不足,如:傳感器與傳感系統未能統一布置,形成兩套并列,相互脫節的攻關;②對傳統傳感器的革新改進不足,微小型化步子慢,在國內與國際市場上形不成競爭力;③ 加緊特殊環境和工程項目傳感技術的研究開發;④集成化、智能化和納米技術與國外差距大。
[3]
傳感技術“十五”期間
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語音
目標為了發展先進制造與振興機械工業的要求和國內外發展趨勢的分析,傳感技術攻關的目標是:提高傳統傳感技術等級、可靠性和可應用性水平,增強競爭力;積極創新系統,開發新產品,縮小差距,支持和促進我國先進制造技術的發展,振興制造業。研究內容(1)傳統傳感技術與系統的研究開發。側重應用量大、面廣的力/力矩、功率/電流、視覺、聲振、光學、振動、觸針等工業用及農業用的濕度、溫度與元素等傳感系統的現代化,但核心是微小型化,要解決:提高可靠性、可應用性、降低成本,形成國內外市場的競爭優勢,支持我國工業、農業和服務業的發展。(2)高溫高壓環境下傳感技術系統的研究。側重油井、輸送管線和連續過程用的高壓、高溫和大量程傳感技術系統的研究、開發和應用,縮短差距,形成生產能力,替代進口,爭取出口。(3)新型傳感器與傳感技術系統的研究。根據生產和科學研究需求發展幾種有制高點意義的新品種,如:微流量與微磁場傳感器、生物與化學傳感分析用微芯片技術等。(4)智能傳感技術的研究。結合我國汽車、CNC機床和產業的重大裝備更新,有目的研究開發幾種智能傳感技術,使之達到或接近國際先進水平。(5)過程質量與設備故障監控技術研究。在工業背景支持下,研究開發過程質量缺陷與劣化傾向監控技術系統和過程中設備故障(含潛在故障實時診斷傳感技術系統)。
傳感技術應用前景
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語音
對比傳感器技術的發展歷史與研究現狀可以看出,隨著科學技術的迅猛發展以及相關條件的日趨成熟,傳感器技術逐漸受到了更多人士的高度重視當今傳感器技術的研究與發展,特別是基于光電通信和生物學原理的新型傳感器技術的發展,已成為推動國家乃至世界信息化產業進步的重要標志與動力。由于傳感器具有頻率響應、階躍響應等動態特性以及諸如漂移、重復性、精確度、靈敏度、分辨率、線性度等靜態特性,所以外界因素的改變與動蕩必然會造成傳感器自身特性的小穩定,從而給其實際應用造成較大影響這就要求我們針對傳感器的工作原理和結構,在小同場合對傳感器規定相應的基本要求,以最大程度優化其性能參數與指標,如高靈敏度、抗干擾的穩定性、線性、容易調節、高精度、無遲滯性、工作壽命長、可重復性、抗老化、高響應速率、抗環境影響、互換性、低成本\寬測量范圍\小尺寸\重量輕和高強度等。同時,根據對國內外傳感器技術的研究現狀分析以及對傳感器各性能參數的理想化要求,現代傳感器技術的發展趨勢可以從四個力而分析與概括:一是開發新材料、新工藝和開發新型傳感器;一是實現傳感器的多功能、高精度、集成化和智能化;三是實現傳感技術硬件系統與元器件的微小型化;四是通過傳感器與其它學科的交叉整合,實現無線網絡化。
[4]
詞條圖冊
更多圖冊
參考資料
1.

袁希光. 傳感器技術手冊[M]. 國防工業出版社, 1986.
2.

孫圣和, 王廷云, 徐穎. 光纖測量與傳感技術[M]. 哈爾濱工業大學出版社, 2000.
3.

陳強, 孫振國. 計算機視覺傳感技術在焊接中的應用[J]. 焊接學報, 2001, 22(1):83-90.
4.

何道清, 張禾, 諶海云. 傳感器與傳感器技術[M]. 科學出版社, 2008.
信息技術與傳感器:2021中國5G+工業互聯網大會召開,浪潮集團執行總裁陳東風詮釋B5G理念  第2張

信息技術與傳感器:信息技術三大支柱常見七大傳感器全解

我國國家標準(GB7665-2005)對傳感器的定義是:“能感受被測量并按照一定的規律轉換成可用輸出信號的器件或裝置”。傳感器作為信息獲取的重要手段,與通信技術和計算機技術共同構成信息技術的三大支柱。下面主要為大家介紹下面七大傳感器:
物理傳感器
物理傳感器是檢測物理量的傳感器。它是利用某些物理效應,把被測量的物理量轉化成為便于處理的能量形式的信號的裝置。其輸出的信號和輸入的信號有確定的關系。
主要的物理傳感器
光電式傳感器、壓電傳感器、壓阻式傳感器、電磁式傳感器、熱電式傳感器、光導纖維傳感器等。
物理傳感器的分類方法
按照其用途分類
壓力敏力敏傳感器、位置傳感器、液面傳感器、能耗傳感器、速度傳感器加速度傳感器、射線輻射傳感器、熱敏傳感器、24GHz雷達傳感器。
按照其原理分類
振動傳感器、濕敏傳感器、磁敏傳感器、氣敏傳感器、真空度傳感器、生物傳感器等。
按照其輸出信號分類
模擬傳感器——將被測量的非電學量轉換成模擬電信號。
數字傳感器——將被測量的非電學量轉換成數字輸出信號(包括直接和間接轉換)。
開關傳感器——當一個被測量的信號達到某個特定的閾值時,傳感器相應地輸出一個設定的低電平或高電平信號。
按照其材料分類
在外界因素的作用下,所有材料都會作出相應的、具有特征性的反應。它們中的那些對外界作用最敏感的材料,即那些具有功能特性的材料,被用來制作傳感器的敏感元件。從所應用的材料觀點出發可將傳感器分成下列幾類:
(1)按照其所用材料的類別分:金屬聚合物、陶瓷混合物
(2)按材料的物理性質分:導體絕緣體、半導體磁性材料(3)按材料的晶體結構分:單晶、多晶非晶材料
與采用新材料緊密相關的傳感器開發工作,可以歸納為下述三個方向:(1)在已知的材料中探索新的現象、效應和反應,然后使它們能在傳感器技術中得到實際使用。
(2)探索新的材料,應用那些已知的現象、效應和反應來改進傳感器技術。
(3)在研究新型材料的基礎上探索新現象、新效應和反應,并在傳感器技術中加以具體實施。
現代傳感器制造業的進展取決于用于傳感器技術的新材料和敏感元件的開發強度。傳感器開發的基本趨勢是和半導體以及介質材料的應用密切關聯的。
案例:
常用的光電式傳感器。這種傳感器把光信號轉換成為電信號,它直接檢測來自物體的輻射信息,也可以轉換其他物理量成為光信號。光電傳感器的原理是光電效應:當光照射到物質上的時候,物質上的電效應發生改變,這里的電效應包括電子發射、電導率和電位電流等。顯然,能夠容易產生這樣效應的器件成為光電式傳感器的主要部件,比如說光敏電阻。
這樣,我們知道了光電傳感器的主要工作流程就是接受相應的光的照射,通過類似光敏電阻這樣的器件把光能轉化成為電能,然后通過放大和去噪聲的處理,就得到了所需要的輸出的電信號。這里的輸出電信號和原始的光信號有一定的關系,通常是接近線性的關系,這樣計算原始的光信號就不是很復雜了。其它的物理傳感器的原理都可以類比于光電式傳感器。
物理傳感器的應用范圍是非常廣泛的,我們僅僅就生物醫學的角度來看看物理傳感器的應用情況,之后不難推測物理傳感器在其他的方面也有重要的應用。
比如血壓測量是醫學測量中的最為常規的一種。我們通常的血壓測量都是間接測量,通過體表檢測出來的血流和壓力之間的關系,從而測出脈管里的血壓值。測量血壓所需要的傳感器通常都包括一個彈性膜片,它將壓力信號轉變成為膜片的變形,然后再根據膜片的應變或位移轉換成為相應的電信號。在電信號的峰值處我們可以檢測出來收縮壓,在通過反相器和峰值檢測器后,種傳感器外形我們可以得到舒張壓,通過積分器就可以得到平均壓。
還有呼吸測量技術、體表溫度測量等都離不開物理傳感器的應用。
傳感器測量作為數據獲得的重要手段,是工業生產乃至家庭生活所必不可少的器件,而物理傳感器又是最普通的傳感器家族,靈活運用物理傳感器必然能夠創造出更多的產品,更好的效益。
信息技術與傳感器:2021中國5G+工業互聯網大會召開,浪潮集團執行總裁陳東風詮釋B5G理念  第3張

信息技術與傳感器:近傳感器計算與傳感器內計算技術

當前的傳感器網絡中,節點數量增長非常迅速,傳感器終端和計算單元之間交換著大量冗余數據,如何在處理大量數據的同時、還能降低功耗,是邊緣計算亟待解決的難題。
針對此,近日香港理工大學應用物理學系副教授柴揚發表在《自然-電子學》上題的論文《近傳感器計算與傳感器內計算》(Near-Sensor and In-Sensor Computing),創造性地提出了近傳感器計算與傳感器內計算的方法,可減少傳感器終端和計算單元之間的冗余數據移動,而計算任務被部分轉移到傳感器終端后,能減少能耗和時間延遲,還可節省通信帶寬并增強數據安全性和隱私性。
物聯網傳感器收集到的數據基本都是非結構性的,因此數據必須要先做處理。而一個完整的傳感系統既需要有傳感器,又需要有運算器。傳感器和運算器通常采用不同工藝制造,然后組裝為一個完整的系統。
究竟把數據處理放在傳感器端還是在云端,這主要出于兩個剛性需求考量:第一個考量是功耗,傳感器一般是靠電池來供電,因為電量受限,所以不能做太復雜的運算,復雜運算一般都要上傳到云端做進一步處理;第二個考量是時間,也就是實時處理。比如,自動駕駛對延時非常敏感,如果傳到云端處理再傳回來,會給安全駕駛帶來很大挑戰。因此,比較簡單且對時間敏感的數據處理,放在傳感器端比放在云端更好。
在近傳感器計算和傳感器內計算架構中,傳感器和計算單元之間的距離通常會顯著減少或消除。比如,在近傳感器計算架構中,前端處理單元被放置在傳感器旁邊,這意味著處理單元可提高系統整體性能,并最大限度減少冗余數據傳輸;在傳感器內計算架構中,單個傳感器或多個連接的傳感器可直接處理收集到的信息,這樣的設計可將傳感和計算功能結合在單一器件中。

圖 | 不同的計算架構

圖 | 用于神經網絡中乘法累加運算的、具有可重構傳感器的傳感器內計算架構示意圖

近傳感器計算面臨的一大挑戰是傳感單元和計算單元的集成。例如,計算單元已經采用了非常先進的技術節點,而大多數傳感基于大節點技術就可以很好地執行它們的功能。近傳感器計算的集成技術包括異質集成、3D 單片集成、片上系統集成和 2.5D Chiplet 技術等,其中 3D 單片集成提供了一種高密度、短距離的系統集成方法,但是其復雜的制備工藝和散熱仍面臨巨大挑戰。

圖 | 近距離傳感器和傳感器內計算的集成技術

雖然傳感器內計算架構已被證明是結合計算和傳感能力的方法,但它們通常只適用于特定場景。此外,它們只能通過處于早期開發階段的新材料和新器件結構來實現,近傳感器計算和傳感器內計算的成功部署,需要傳感器、設備、集成技術和算法的共同開發和共同優化。

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