傳感器的發(fā)展趨勢(shì)

　?。?）微型化

　　微型傳感器是基于半導(dǎo)體集成電路技術(shù)發(fā)展的MEMS（microelectro-mechanicalsystems微電子機(jī)械系統(tǒng)）技術(shù)，利用微機(jī)械加工技術(shù)將微米級(jí)的敏感組件、信號(hào)處理器、數(shù)據(jù)處理裝置封裝在一塊芯片上，具有體積小、成本低、便于集成等明顯優(yōu)勢(shì)，并可以提高系統(tǒng)測(cè)試精度?，F(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)始用基于MEMS技術(shù)的傳感器來(lái)取代已有的產(chǎn)品。隨著微電子加工技術(shù)特別是納米加工技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，傳感器技術(shù)還將從微型傳感器進(jìn)化到納米傳感器。微型傳感器的研制和應(yīng)用將越來(lái)越受到各個(gè)領(lǐng)域的青睞。

　?。?）智能化

　　智能化傳感器是由一個(gè)或多個(gè)敏感元件、微處理器、外圍控制及通訊電路、智能軟件系統(tǒng)相結(jié)合的產(chǎn)物，它兼有監(jiān)測(cè)、判斷、信息處理等功能。與傳統(tǒng)傳感器相比，它具有很多特點(diǎn)。例如，它可以確定傳感器工作狀態(tài)，對(duì)測(cè)量資料進(jìn)行修正，以便減少環(huán)境因素如溫度、濕度引起的誤差；它可以用軟件解決硬件難以解決的問(wèn)題；它可以完成資料計(jì)算與處理工作等。而且智能傳感器的精度、量程覆蓋范圍、信噪比、智能水平、遠(yuǎn)程可維護(hù)性、準(zhǔn)確度、穩(wěn)定性、可靠性和互換性都遠(yuǎn)高于一般的傳感器。

　?。?）仿生化

　　仿生傳感器是通過(guò)對(duì)人的種種行為如視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、感覺(jué)、嗅覺(jué)和思維等進(jìn)行模擬，研制出的自動(dòng)捕獲信息、處理信息、模仿人類的行為裝置，是近年來(lái)生物醫(yī)學(xué)和電子學(xué)、工程學(xué)相互滲透發(fā)展起來(lái)的一種新型的信息技術(shù)。隨著生物技術(shù)和其他技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，在不久的將來(lái)，模擬生體功能的仿生傳感器將超過(guò)人類五官的能力，完善目前機(jī)器人的視覺(jué)、味覺(jué)、觸覺(jué)和對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行操作的能力。我們將看到仿生傳感器應(yīng)用的廣闊前景。

　　傳感器研發(fā)趨勢(shì)

　　1、技術(shù)向高階延展

　　3D激光雷達(dá)的出現(xiàn)是為了滿足系統(tǒng)對(duì)于實(shí)時(shí)空間感知的需求而出現(xiàn)的，無(wú)人駕駛汽車、無(wú)人機(jī)等自主移動(dòng)式機(jī)器人出于空間識(shí)別、自主避障、規(guī)劃路線的目的，需要一個(gè)傳感器能夠?qū)崟r(shí)對(duì)于周邊環(huán)境進(jìn)行掃描，從而獲知周邊障礙物和道路的距離信息，由此3D激光雷達(dá)應(yīng)運(yùn)而生。

　　3D激光雷達(dá)的研發(fā)過(guò)程本質(zhì)上是激光測(cè)距技術(shù)的升維，和實(shí)現(xiàn)的需求逐步升級(jí)的過(guò)程，激光測(cè)距技術(shù)是3D激光雷達(dá)的基礎(chǔ)。最早激光測(cè)距儀的出現(xiàn)，解決了點(diǎn)到點(diǎn)一維距離測(cè)量的需求;然后2D激光雷達(dá)的出現(xiàn)，解決了在一個(gè)扇形平面內(nèi)感知接近物體的需求，測(cè)量的是平面內(nèi)的距離;如今3D激光雷達(dá)，通過(guò)高速變化激光投射角度，對(duì)周邊環(huán)境實(shí)時(shí)掃描獲取距離信息，解決了在三維空間內(nèi)的障礙物和環(huán)境識(shí)別需求，測(cè)量的是三維空間內(nèi)的距離。

　　3D激光雷達(dá)應(yīng)用最熱門的領(lǐng)域莫過(guò)于無(wú)人駕駛汽車，以3D激光雷達(dá)為主導(dǎo)的無(wú)人駕駛感知系統(tǒng)是當(dāng)今無(wú)人駕駛領(lǐng)域采取的主流技術(shù)路線，但是3D激光雷達(dá)的成本一直是此技術(shù)路線的痛點(diǎn)。以生產(chǎn)3D激光雷達(dá)最為知名的Velodyne公司的產(chǎn)品為例，三款產(chǎn)品按性能最高到底的售價(jià)分別為8萬(wàn)美元、2萬(wàn)美元、8千美元。在無(wú)人駕駛汽車研發(fā)測(cè)試階段，包括谷歌、百度在內(nèi)的科研機(jī)構(gòu)一直采用8萬(wàn)美元的版本進(jìn)行測(cè)試，據(jù)了解，谷歌無(wú)人駕駛汽車的總成本約為30多萬(wàn)美元，而該款64線型的3D激光雷達(dá)HDL-64占整車成本的25%。

　　2、成本隨應(yīng)用降低

　　經(jīng)過(guò)了研發(fā)第一階段技術(shù)創(chuàng)新以后，成本過(guò)高是以3D激光雷達(dá)為主的無(wú)人駕駛感知系統(tǒng)的主要問(wèn)題，傳感器生產(chǎn)公司對(duì)于激光雷達(dá)研發(fā)的關(guān)注點(diǎn)從功能增強(qiáng)轉(zhuǎn)變?yōu)槌杀究刂?，由此進(jìn)入了研發(fā)第二階段：降低成本以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

　　在素有“電子消費(fèi)領(lǐng)域科技風(fēng)向標(biāo)”之稱的2016CES大會(huì)上，激光雷達(dá)科技企業(yè)Velodyne和Quanergy都展出了新型3D激光雷達(dá)。Velodyne的PuckAuto和Quanergy的S3與之前相比都是小型化的改良產(chǎn)品。

　　Velodyne公司的PuckAuto采用32線激光，掃描范圍達(dá)200米，可以認(rèn)為是VLP-16的加強(qiáng)版，相比于VLP-16更加切合于無(wú)人駕駛汽車的使用需求，相比于另外兩款產(chǎn)品價(jià)格成本更低。該公司已與福特公司達(dá)成合作意向，未來(lái)福特公司的無(wú)人駕駛汽車Fusion將配置2臺(tái)PuckAuto，并且Velodyne公司負(fù)責(zé)人稱他們將進(jìn)一步降低產(chǎn)品成本，目標(biāo)控制在1000美元以下。

　　Quanergy公司的S3是與德?tīng)柛９竞献鏖_(kāi)發(fā)的固態(tài)激光雷達(dá)，采用8線激光，內(nèi)部無(wú)旋轉(zhuǎn)部件，可集成于整車內(nèi)。在此前的報(bào)道中，Quanergy公司的CTO表示每臺(tái)S3成本在200美元。價(jià)格極低的原因在于產(chǎn)品的配置，“8線”、“固態(tài)”這兩個(gè)特性決定了成本的有效控制。“固態(tài)”意味著不能360度轉(zhuǎn)動(dòng)，只能探測(cè)前方，但探測(cè)范圍的不足，可以用數(shù)量來(lái)彌補(bǔ)，在車身四角布置四臺(tái)或六臺(tái)S3，是德?tīng)柛o(wú)人駕駛汽車所探索的方案。

　　通過(guò)這兩個(gè)美國(guó)科技企業(yè)在2016CES上發(fā)布的新產(chǎn)品，我們可以得知激光雷達(dá)的技術(shù)特性正逐步切合無(wú)人駕駛領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化需求，去除測(cè)試階段的冗余硬件配置后，成本有望大幅降低。