传感器与未来居
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根据Intechno咨询公司的一项调查显示,全球3000多家传感器制造商总销售额将在2010年达到600亿美元以上,该数字超过其公司预计的2008年总销售额的20%。而近几年,根据工业及信息化部的数据统计,我国传感器市场一直呈现出增长态势,年度平均销售增长达到39%。传感器是个陌生的词,但它却无处不在,在未来,人们甚至会与它密不可分。
“传感器”是一个相对日常生活来说较为陌生的词,大家虽然都能理解它的作用,但无法准确说出它的工作原理,它究竟是什么?――传感器是接收信号或刺激并对此做出反应的元件,它能将待测物理量或化学量转换成另一对应输出的装置,多用于自动化控制、安防设备等:维基百科这样表述。
事实上,在我们每天收听的天气预报中,温度数据就是通过传感器对外界的感知而传达给人们的一项气温指标――人们用温度传感器为自己的生活提供信息,而温度传感器也是最早开发并广泛应用的一类传感器,伽利略的伟大发明之一――温度计就出现在17世纪初,由于它使用简便,数据相对精确,从而得到迅速普及,特别是医用领域,根据测量体温,使医生对疾病做出更准确的判断。
现在工业的发展中,人们需要获取各种丰富的信息,其主要获取途径也是传感器。在自动化生产过程中,人们利用各种传感器监视和控制生产过程中的各个参数,设备运转是否正常直接影响成品是否达到质量标准。可以说,没有传感器,现代化生产也就失去了基础。除此之外,在各种基础学科研究中,传感器也无处不在。观察上千光年之外的星系、天体演化或是粒子世界的瞬间反应;各种极端技术研究,如:超高温、超强磁场、超弱磁砀等等,都应用到传感器,一些新机理和高灵敏度的检测传感器的出现,往往能帮助科学家或研究员在各自的领域获得突破。
举个例子来说,大家都知道触屏手机的操作方式,如果你正在看一段视频,根据手机的水平变化,视频会自动调整朝向,方便人们观看,这中间就藏有感应器奥秘。以iPhone为例,它内置了三个传感器:一个加速计、一个接近性传感器和一个周围灯光传感器。加速计能够检测出人们是否把手机由纵向旋转为横向,然后会相应地自动更改显示的内容,就是前面提到的视频事例;它内置的接近型传感器则可以检测出用户何时把iPhone提升至耳朵附近,并立即关闭显示屏,以节省电源和防止触碰,直至iPhone被移开;最为广泛使用的是它内置的周围灯光传感器,很多其他品牌的手机也都有这一功能,就是针对当前的周围灯光自动把显示屏的亮度调整到适当水平,节省电源。所有这些充满乐趣的体验,都要感谢传感器应用。
科技的发展离不开网络。如果说几年前网络还只是一种技术,那么今天,它已经成为一种生活的代名词了。通过网络,人们可以连接各种设备,共享无限量信息,网络的超前发展同样带动了传感器技术的开发与应用――无线传感器网络(Wireless Sensor Networks)的发展和应用被认为是21世纪最具影响力的技术之一。人们已经在军事侦察、环境监测、医疗、建筑物监测等方面加以应用;未来,各种传感器网络也将遍布我们的生活环境,通过密集的节点布置,观察到微观的环境因素,例如:对海岛鸟类生活规律的观测、气象现象的观测和天气预报、森林火警和生物群落的微观观测等。
与此同时,合理的应用还能帮助人们防范自然灾害:通过在水坝、山区中关键地点合理地布置一些水压、土壤湿度等传感器,可以在洪灾到来之前预警信息,从而及时排除险情或者减少损失;在农业方面:掌控温室大棚的空气温度、土壤湿度、土壤肥料含量、光照强度、风速等传感器能更好地对农田管理进行微观调控,促进农作物生长。
各行各业对传感器的利用已经凸显出传感器的市场价值,很多跨国公司也一直致力于传感器开发研究:
在环境监测和保护方面,无线传感器网络的出现为获取随机性的研究数据提供了便利,并且还可以避免传统数据收集方式给环境带来的侵入式破坏。例如,英特尔研究实验室研究人员曾经将32个小型传感器连进互联网,以读出缅因州“大鸭岛”上的气候,用来评价一种海燕巢的条件。
在医疗护理方面,罗彻斯特大学的科学家使用无线传感器创建了一个智能医疗房间,使用微尘来测量记录居住者的重要征兆,如血压、脉搏、呼吸、睡觉姿势以及居住者一天24小时的活动状况等;英特尔公司还开发出一项无线传感器网络的家庭护理技术,该技术是为探讨应对老龄化社会的技术项目Center for Aging Services Technologies(CAST)中的一个环节而开发的,它将半导体传感器嵌入鞋、家具以家用电器中,帮助老龄人士、阿尔茨海默氏病患者以及残障人士减轻对医护人员的依赖,同时,通过无线通信将各传感器获得的重要信息在网内进行高速传递、交换,从而方便病人接受护理,减轻护理人员的负担。
在军事领域方面,军队利用无线传感器网络的密集型、随机分布的特点,将其应用于恶劣战场环境中,增加情报准确度,摆脱环境、气候对侦察项目的影响。美国国防部远景计划研究局已投资几千万美元,帮助大学进行“智能尘埃”传感器技术的研发。哈伯研究公司总裁阿尔门丁格预测:智能尘埃式传感器及有关技术的销售额将从2004年的1000万美元增加到2010年的几十亿美元。
“商业刺激未来”是市场中不变的规律,当初对智能屋的憧憬现在已是现实:配置无线传感器网络的智能建筑或将成为人们未来的主要居住模式。布置于建筑物内的各种传感器,被网络联接在一起,他们把分分秒秒获取的各种室内环境、设备参数汇总到一起,通过电脑预设的参数标准值,控制居室内环境变化、防范外来危险。
未来居概念:
人们只需在房间中分别安装温度、湿度、CO2、光照强度等传感器,同时将这些传感器和智能显示仪表或者计算机组成一个控制系统,根据人们对舒适度的需求,预先设定好标准数值,一旦传感器测定的数值与预设不符,控制系统将对各项参数执行调整,比如室内温度设定为26度,一旦室内温度发生细微偏差,传感器就将此信息反馈给计算机,计算机则通过内置的自动调控系统控制空调,直到将室内温度重新调回到默认温度。传感器的工作就是24小时不停地监测着这些参数的反馈和变化,随着互联网和无线传感器网络的发展,人们甚至可以在世界的任何一个角落来监控和操作。