什么是智能传感器？

智能传感器是一种设备，它接收来自物理环境的输入，在发送数据之前对其进行处理，然后在检测到特定类型的输入时，利用其内部计算能力来执行预定的任务。

智能传感器使得更自动化、更准确地收集环境数据成为可能，同时减少了准确记录数据中的错误。这些设备在各种环境中用作监测和控制方法，例如智能电网、探索、战争侦察以及许多科学应用。

智能传感器是物联网的另一个重要组成部分。物联网技术几乎可以唯一地识别任何事物，并允许通过互联网或类似的传感器网络从这些事物或关于这些事物传输数据。智能传感器可以用作无线传感器和执行器网络的一部分，该网络可能包含数千个节点。每个节点都连接到其他传感器、传感器集线器和独立的执行器。

在物联网环境中，计算资源通常由低功耗移动微处理器提供。微处理器、传感器和某种无线通信技术是智能传感器的最小组成部分。物理设计必须包含计算资源作为必要组成部分。如果一个传感器仅将其数据远程传输以供处理，则不能称之为智能传感器。

除了核心传感器之外，智能传感器还可以包含多个组件。这些组件可能包括数字滤波器、传感器、放大器、激励控制、模数转换器以及补偿，它为不完全准确的测量或输出提供集成调整。智能传感器还包括执行数据转换、数字信息处理以及与其他设备通信等任务的软件定义组件。

智能传感器的运行机制是什么？

为了处理传感器的输入，智能传感器将基本、原始传感器连接到集成计算资源。提供传感能力的部分是基础传感器。它可以被制成用于检测压力、光线或热量。通常，由基础传感器生成的应用程序算法会产生一个模拟信号，在可以使用之前需要对其进行处理。这个过程也称为信号处理。

这正是智能传感器集成技术发挥作用的地方。在信号处理中，车载微处理器使用一种称为滤波的方法来去除信号噪声，并将来自传感器的信号转换为可用的数字表示。

此外，智能传感器技术中集成的通信功能使其能够连接到互联网或私有云计算环境。因此，它们能够与其他设备通信。

智能传感器的目的是什么？

智能传感器有无数的应用。它们构成了工业4.0、工业自动化、机器人技术和其他尖端仪器等领域的支柱，并且经常出现在工业环境中。

智能传感器经常用于工厂进行诊断。智能温度传感器确保设备不会过热，而振动传感器则监测可能松动的设备。此外，智能传感器还可以实现过程控制。例如，可以监控制造过程并根据需要进行调整，以实现质量或生产目标。在被智能传感器自动化之前，这些都是手动完成的。

现代安全系统由于智能传感器的使用而取得了显著进步。热成像传感器用于检测入侵者的体温。同样，运动传感器、门窗传感器和智能锁等设备也经常连接到同一个网络。因此，安全传感器可以协同工作，全面了解当前的安防态势。它们广泛用于在住宅和商业场所检测各种类型的泄漏。

有哪些类型的智能传感器？

目前有许多种类的专用传感器在使用。工业物联网设置通常使用五种主要类型的智能传感器。

1. 液位传感器：用于计算容器占用多少空间。可以连接一个跟踪油箱中燃油量的液位传感器来指示汽车的燃油表。
2. 温度传感器：用于监控组件的温度，以便在温度过高或过低时可以采取适当的措施。例如，在工业环境中，温度传感器用于确保机器不会过热。
3. 压力传感器：用于监控管道内流体或气体的压力。压力的快速下降可能表明流量控制系统出现问题或发生泄漏。
4. 红外传感器：无论是用于控制温度的无接触红外温度计还是热成像相机，都使用它们。其他类型的红外传感器是光学传感器，已设置为允许它们感知红外光谱光线的频率。这些传感器存在于用于遥控操作的电子设备以及脉搏血氧仪等医疗设备中。
5. 接近传感器：用于确定物体或人员相对于传感器的位置。零售场所使用接近传感器来监控顾客在商店内的移动。

其他智能传感器能够跟踪光线、湿度、潮湿、振动（来自工厂机器等）以及电力使用情况。

智能传感器有哪些优点和缺点？

虽然智能传感器有许多优点，但也存在挑战和缺点。

智能传感器的优点

当智能传感器用于远程或恶劣环境中的数据收集时，其优点最为明显。在最需要的地方部署合适的传感器可以带来以下好处：

• 可持续性和能源效率：智能传感器可以被编程为对湿度、潮湿、温度或声学等环境因素的微小变化极为敏感或做出响应。这些极其精确和可靠的测量提供了可以支持可持续性和能源效率举措的观察和数据收集水平。
• 在挑战性环境中访问数据：智能传感器能够收集人类无法访问的偏远地区的数据。在困难的条件下，可以远程操作的无线智能传感器特别有用。
• 卓越的输出：当需要实时数据收集时，智能传感器可以快速、一致地收集数据。
• 内置分析和处理：与传统传感器相比，智能传感器具有内置的分析和数据处理能力。这提高了效率，因为所需的外部分析工具或资源减少了。

智能传感器的缺点

智能传感器的开发者一直在改进他们的产品以解决长期存在的问题，并且将来也会继续这样做。然而，可能需要一些时间才能解决这些设备的当前缺点。

• 存在被黑客入侵和篡改的可能：如果设备的网络安全防护不足，恶意行为者，特别是那些试图获取用于私人使用的已获取数据的人，可能会做到这一点。
• 价格：许多技术价格昂贵，并且后续维护的最终成本可能也很高。
• 维护：由于数据延迟或其他问题，有时需要进行传感器升级或重新校准。对于居住在偏远地区或恶劣环境中的人来说，到达那里可能既昂贵又困难。
• 专业知识：某些组织可能需要一定程度的 IT 专业知识才能实施智能传感器系统。可能需要进行培训或新的招聘。
• 满足物联网部署要求：在部署物联网设备之前，必须考虑其他方面，例如所需的功耗、稳定互联网连接的需求以及处理大量数据的能力，无论是工业环境还是智能家居环境。

智能传感器与基础传感器有何区别？

基础传感器缺少内置的数字运动处理器 (DMP)，而智能传感器则有。集成微处理器或 DMP 是传感器的一部分。它使传感器能够在本地处理传感器数据。这可能涉及其他形式的信号调理、数据标准化或消除电信号噪声。无论如何，在与外部设备通信之前，智能传感器会转换数据并以数字方式处理它。

简单来说，基础传感器是一种缺乏 DMP 或其他数据处理所需计算能力的传感器。基础传感器的输出通常是原始的，需要转换为可用格式，而智能传感器生成的数据则可以直接使用。

由于内置了处理能力，因此通常会选择智能传感器而不是基础传感器。然而，在某些情况下，使用基础传感器可能更有益。如果工程师正在构建一个设备并需要完全控制传感器输入，则会优先选择基础传感器。由于其组件比智能传感器少，因此基础传感器也更便宜。

尽管智能传感器通常连接到工业机械，但没有它们，物联网就不可能实现。