五項值得關(guān)注的物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)

　　近年來，物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的興起與傳感器的興起密不可分。平均而言，每上線一臺新的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備就會連接四個新的傳感器。目前約有140億個物聯(lián)網(wǎng)連接，部署了500多億個聯(lián)網(wǎng)傳感器。物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)堆棧中扮演著至關(guān)重要的角色，因為這些傳感器從物理世界收集數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。

　　2022年出貨的所有傳感器中有三分之一是物聯(lián)網(wǎng)傳感器，這意味著它們是物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的一部分。

　　根據(jù)戰(zhàn)略物聯(lián)網(wǎng)市場洞察提供商IoT Analytics發(fā)布的《2022-2027年物聯(lián)網(wǎng)傳感器市場報告》，2022年物聯(lián)網(wǎng)傳感器市場規(guī)模達到109億美元，預(yù)計未來五年將以16%的復(fù)合年增長率增長。

　　基于MEMS的物聯(lián)網(wǎng)傳感器市場強勁，2022年占全球傳感器收入的50%。這一細分市場的領(lǐng)先公司是博世Sensortec和意法半導(dǎo)體。

　　圖像傳感器市場對物聯(lián)網(wǎng)也很重要，因為有三個最重要的物聯(lián)網(wǎng)用例推動了它的采用，即機器視覺、聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控攝像頭和先進的汽車駕駛輔助系統(tǒng)。這一領(lǐng)域的領(lǐng)先傳感器供應(yīng)商包括索尼和AMS AG。

　　在未來幾年，物聯(lián)網(wǎng)傳感器市場上幾項令人興奮的技術(shù)創(chuàng)新將改變物聯(lián)網(wǎng)傳感器的格局。

　　首先是傳感器，它們正變得越來越先進。物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)的關(guān)鍵創(chuàng)新包括更高的計算能力和檢測來自多個離散傳感元件的信號的能力。業(yè)界將這些更先進的設(shè)備稱為“智能傳感器”。智能傳感器可以直接處理信號，而不是簡單地將傳感器信號傳遞到價值鏈的下一級。例如，他們可以驗證和解釋數(shù)據(jù)、顯示結(jié)果或運行特定的分析應(yīng)用程序。這樣，傳感器就成了邊緣設(shè)備。

　　最先進的智能傳感器現(xiàn)在也將人工智能融入他們的設(shè)計中。這些傳感器是為人工智能推理而設(shè)計的，它具有許多優(yōu)勢，例如，可以立即做出決定，并且可以處理敏感數(shù)據(jù)，而無需將其發(fā)送到其他地方，從而造成數(shù)據(jù)被盜的風(fēng)險。

　　例如，2022年1月，亞馬遜推出了Ring Home安全玻璃破碎傳感器，該傳感器利用人工智能技術(shù)和Syntiant NDR101BQQF神經(jīng)處理器直接在傳感器上檢測玻璃破碎。該傳感器可準確檢測25英尺外的玻璃破碎事件，如玻璃破碎或破裂，并當場發(fā)出警報。

　　越來越多的傳感器使用太陽能或動能等可再生能源為自己供電，從而消除了更換電池或其他電源的需要。這一創(chuàng)新提高了物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的可靠性和壽命，尤其是那些部署在偏遠或難以訪問的位置的設(shè)備。此外，這些設(shè)備是自我可持續(xù)的，有助于減少整個系統(tǒng)設(shè)置對環(huán)境的影響。

　　能量采集的使用正在導(dǎo)致傳感器設(shè)計的變化，通過以下變化使傳感器變得更節(jié)能：降低形狀因數(shù)和提高信噪比。

　　Eco就是一個例子，這是一種專為室內(nèi)環(huán)境設(shè)計的溫濕度傳感器。它是由室內(nèi)太陽能電池供電的，這使得它可以在沒有電池或外部電源的情況下在建筑物內(nèi)運行。由于其節(jié)能設(shè)計和太陽能電池的使用，該設(shè)備可以在黑暗中使用長達30天。此外，該設(shè)備通過LoRaWAN技術(shù)連接，這使得它可以使用最低功率進行遠距離無線數(shù)據(jù)傳輸。這使得它非常適合在各種室內(nèi)環(huán)境中使用，如辦公室、倉庫或工廠。

　　在某些情況下，安裝物理傳感器(例如，在復(fù)雜或危險的環(huán)境中)不切實際或成本高昂。即將到來的替代解決方案包括軟傳感器和虛擬傳感器。

　　軟測量是一種計算算法，它基于其他現(xiàn)有的物理傳感器和算法/計算模型來估計難以測量的量的值，這些算法和算法/計算模型可以推斷出測量量的值。

　　虛擬傳感器類似于軟測量，不同之處在于它的值不是基于現(xiàn)有的物理傳感器，而是純粹基于算法/計算模型。

　　軟測量的一個例子是羅克韋爾自動化公司的預(yù)測質(zhì)量軟件應(yīng)用程序創(chuàng)建預(yù)測模型，該模型使用來自儀器和實驗室分析的實時數(shù)據(jù)來估計工藝和產(chǎn)品條件。這些模型以植物歷史數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，作為預(yù)測質(zhì)量參數(shù)的推論傳感器(作為附加物理傳感器的替代方案)。

　　虛擬傳感器的一個例子是西門子的口袋大小的邊緣計算機，它可以連接到資產(chǎn)(例如電機)上，并幫助計算虛擬傳感器的值。例如，通過將最新的運行電機數(shù)據(jù)輸入數(shù)字模型，可以實時計算溫度。這種操作既不需要現(xiàn)場溫度計，也不需要任何其他傳感器讀數(shù)，因為它依賴于機器狀態(tài)參數(shù)和虛擬電機模型。

　　傳感器是自動駕駛汽車的重要組成部分，因為它們?yōu)樗鼈兲峁┯嘘P(guān)周圍環(huán)境的信息。車輛的車載計算機使用這些信息來導(dǎo)航和做出決策。自動駕駛的三個關(guān)鍵傳感器包括激光雷達、雷達和3D攝像頭(圖像傳感器)。梅賽德斯、寶馬、沃爾沃和通用汽車等主要汽車原始設(shè)備制造商都選擇了激光雷達作為自動駕駛的傳感器。此前(2021年前)，特斯拉主要依靠雷達技術(shù)。然而，最近，該公司開始向特斯拉愿景(一種基于攝像頭的系統(tǒng))過渡，于2021年從Model 3和Model Y上移除了雷達，隨后在2022年從Model S和Model X上移除了雷達。

　　索尼、Mobileye和Waymo目前正專注于物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)創(chuàng)新，將攝像頭與激光雷達和雷達等其他傳感技術(shù)相結(jié)合，以改善其自動駕駛解決方案的圖像分析。當相機、雷達和激光雷達感知環(huán)境的不同特征時，這種組合(也稱為“傳感器融合”或“冗余”)背后的想法是為系統(tǒng)提供更豐富的單一世界模型，以決定行動路線或計算輸出。總體而言，自動駕駛汽車中的傳感器協(xié)同工作，提供車輛周圍環(huán)境的完整圖像，使其能夠做出安全高效的駕駛決策。

　　例如，索尼依賴于在自動駕駛應(yīng)用中使用帶有激光雷達或雷達的攝像頭進行對象識別任務(wù)的好處。該公司正在研究一種將相機和雷達相結(jié)合的解決方案。這種組合可能有利于在夜間識別人和車輛。此外，相機和激光雷達的組合對于停車輔助功能非常有用，這些功能需要高度精確的距離測量。

　　“只有當所有的技術(shù)部件都被構(gòu)建為一個單一的集成系統(tǒng)時，自動駕駛汽車才能取得成功，從而實現(xiàn)所有部件之間的協(xié)同作用。Mobileye首席執(zhí)行官兼創(chuàng)始人阿姆農(nóng)·沙舒亞(Amnon Shashua)表示:“構(gòu)建從硅到全自動駕駛系統(tǒng)的完整堆棧是一項艱巨的任務(wù)，這正是Mobileye開始做的事情。”

　　生物傳感器和一次性傳感器技術(shù)最近已經(jīng)成熟，并已在醫(yī)療保健行業(yè)中采用。然而，最近在生物傳感器研究方面的突破表明，這項技術(shù)在其他領(lǐng)域也幾乎已經(jīng)準備好上市。術(shù)語“生物傳感器”是“生物傳感器”的縮寫。生物元素與被測分析物相互作用，換能器將生物反應(yīng)轉(zhuǎn)換為電信號。根據(jù)它們的應(yīng)用，生物傳感器也被稱為免疫傳感器、光學(xué)電極、共振鏡、化學(xué)金絲雀、生物芯片、血糖儀或生物計算機。

　　生物傳感器的一個例子是雅培Freestyle Libre是用于血糖監(jiān)測的最商業(yè)化的生物傳感器解決方案之一。Freestyle Libre系統(tǒng)目前在全球擁有300多萬用戶。2022年第二季度，雅培報告自由式Libre系統(tǒng)的銷售額有機增長超過25%。