物联网

相比于往年,2018年有关智慧城市议题的热度有所降温,但不少关注点转移到人工智能技术在智慧城市建设方面的应用。这说明智慧城市建设目前不止停留在政策层面,更多的是怎么创新落地。

创新对于整个智慧城市建设而言,事关当下,影响长远,关乎全局。当下,创新关乎缓解城市压力,提振经济发展;长远,创新决定智慧城市建设项目能否在经济社会活动中发挥其效用,创建更高质量的幸福社会;全局,创新关乎2020年将建成一批特色鲜明的智慧城市目标的实现。那么我们应该如何让创新理念在智慧城市发展中落地生根,开花结果呢?

一是端要多,加大各类应用端的生产制造,扩大智能应用范围。评价智慧城市,可以从城市智能化建设来看,看这个城市的运行效率以及服务的方便性。智慧城市层次的思维不是具体项目应当怎样做,而是如何实现智能应用创新繁荣,繁荣不是静态的概念而是动态的发展概念,智慧城市意味着智能化应用创新可持续繁荣。

二是网要强,表现为低时延、高密度、广覆盖,并加快“物联网与5G通信网、北斗+地面通讯网等空地一体网”的建设。网络是系统运行的基础,所有的“智慧”都离不开网络,智慧城市建设需要强大的网络支持。低时延、高密度、广覆盖的网络,意味着更高效、更及时的资源利用,能为智慧城市的电网能源、交通、安防等方面提供了直接的解决方案,从而带来多方面的社会效益和经济效益。

三是云要能,提高端与平台之间的分析与落实能力,实现智能快速决策,形成“端+云+应用”三者的全闭环。便捷的云计算可以让大数据拥有更低的实现成本与更广泛的应用机会,而大数据发展又为AI发展奠定了数据基础。未来AI需要更加便捷、更加细致地深入智慧城市各个应用场景。从建设智慧城市的角度而言,这呼唤着城市云系统的进一步升级。

四是制要智,利用智能机器人以及3D打印等技术提高智能制造业的生产率。智慧城市建设离不开智慧产业、信息技术的支撑,将新一代信息技术与工业发展相融合,推动制造业的智能化、推动互联网和实体经济的深度融合是当前的发展趋势

五是才要多,增强学校和企业间的互动,完善智能化人才培养机制,同时推动企业人工智能人才能力再培训、再培养。智慧城市建设过程中需要大量创新型人才的参与。因此,我国高校在相关人才的培养方面,需要打破原来的学校独立培养人才的模式,实践新型的高校、企业和社会三方合作人才培养模式,加快对符合智慧城市发展需求的应用型人才的培养。

结语

城市从早期发展到完全成熟需要经过起步、策划、整合和转型4个阶段。城市管理者如果想要突破传统智慧城市的禁锢,并逐步转变升级为创新型智慧城市,不仅需要在整个建设过程中具备战略、数据、科技、能力、开放、生态、创新、方案以及安全这九个要素,同时还要与自身城市实际需求相结合,采用最佳战略布局。

本文转自:智慧城市高质量发展要下好创新先手棋

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从 1965 年创立至今,ADI 公司这家科技常青树在它的发展历程中取得了众多突破性成就,也充分展现出在不断变化的技术世界里取得成功所需要的敏捷性和创造性。在物联网越来越趋于高度互联化、高度智能化的当下,在传统厂商越来越重视高科技差异话的今天,这家“专注于高性能模拟技术,致力于建立一个连接物理世界与数字世界桥梁”的企业有怎样的战略布局和规划呢?从近期该公司总裁兼首席执行官 Vincent Roche 和 ADI 中国区总裁 Jerry Fan 在面对媒体采访的讲话中可找到清晰的蓝图,或许对当前中国科技行业企业公司战略部署和产品策略定位上具有参考价值。

专注模拟技术创新,抓住物联网时代的入口

“ADI最重要的一个核心战略就是创新——专注于高性能的模拟技术创新。”Vincent Roche 在面对媒体时这样清晰的表述了公司的战略,这个战略也准确踩中了当前科技发展的节拍——无论是物联网、大数据还是人工智能,自然信号采集的高性能处理都是至关重要的环节。

“当我们讲到高性能模拟技术,就会讲到这几个产品的系列:转换器(模拟转数字、数字转模拟)、放大器(把一个信号加强的功能)、数字处理器、射频、电源管理。这五种核心技术组成了我们高性能模拟技术的整个系列。 ”Vincent Roche表示。

无论物联网还是人工智能或者大数据,核心基础其实就是数据处理。事实上,解决数据处理基本上有两条途径,要么在云端或后端放入很大很强的计算能力做集中化数据处理,要么在入口端植入更多的协作处理。在ADI看来,后面更是一种大的趋势,这也将给该公司的业务发展带来极大的利好。在协作处理里面把人工智能进行分区化,在传感器这一端加入更多智能性的处理。这样一来,在数据采集和数据上送的时候就不是原始数据而是有效信息,对在云端的数据存储和数据处理的要求就没有那么强。

这种方式正在成为当前业界的一种大趋势,也是全球产业关注的热点,包括边缘计算和分布式计算大概都是这个趋势下的不同实现方法论吧。毫无疑问,占据数据采集端口的 ADI公司,在提供前端完整解决方案上具有相当大的优势。

聚焦优势领域,关注中国五大热点产业市场

2017年,中国零售市场总额已经达到或超过美国成为全球第一。假以不长的时日,相信在很多关键市场数据上中国将毫无意外的超越成为全球第一。毫无疑问,在全球衰退的市场条件下,庞大的中国市场以及 6.9% 的超高增量是所有企业必修重视的,其中就包括了ADI公司。“对于中国市场,ADI 的愿景是持续投入和发展。在过去的十几年,中国已经成为 ADI 全球市场中增长最快和最重要的地区。未来 ADI 将持续投入发展中国市场,支持十九大提出要建立‘创新型国家’和驱动中国科技创新进入新时代的国策。”Jerry 在《2018 领袖寄语:未来是一个“万能传感”时代》中指出。

按照ADI公司的技术优势和布局,将中国的“五个” 产业领域作为关注的焦点,未来充满了商机:
汽车无人驾驶,ADI认为这会带动整个汽车行业的发展和演变;

通讯,由两部分组成的,即5G通信基础设施加上在客户端上物联网的应用会共同推动通讯的发展;
能源,不仅是新能源的建立,还有如何储存能源,如何更有效地传输能源,这都是很重要的应用突破;
工业自动化,也是中国讲的“中国制造2025计划”,提高制造的效率、自动化程度和智能程度是很重要的机会;

医疗的数字化,医疗是技术发展、行业转型的重要领域。

“在技术领域突破方面,ADI在新能源汽车和工业自动化两个领域有很快速的增长。新能源汽车的电池监控和管理市场上,ADI拥有领先的技术优势和市场份额。国内的各种客户,汽车厂商和汽车零部件厂商都在做新能源车有效的电池系统,ADI帮助他们推动整个电池的有效管理。”Jerry Fan表示。

在新能源汽车领域需要一个核心技术即电池监控和管理,在这一技术方面ADI 在中国市场占有 80%~90% 的份额,几乎中国所有的电动汽车厂商都用到 ADI 的技术。

工业自动化在“中国制造2025”的宏大规划下,变得越发重要而让所有企业不可忽视。工业自动化要用很多的机器人,在生产的流程中要求更多的智能性和互联性。而帮助客户做自动化的信息采集和控制是 ADI 的优势,ADI可以通过有线与无线的方式在工业环境里实现信息采集与互联(同时能够完全克服噪声或无线信号的干扰,这对于很多公司来说是技术门槛)。在这方面,目前很多在前端做机器人、自动化设备的企业都需要 ADI 的帮助。在ADI 很少公开报道的合作项目中,大疆就是其直接客户(注:大疆除了做无人机,还做很多工业领域的控制设备)。

“ADI 在中国拥有技术实力雄厚的本地化研发团队,加上 ADI 完成了对 Linear 的收购,把高度互补的行业领先产品进行组合,将打造行业最全面的高性能模拟方案,为中国市场提供更具本土特色的技术解决方案。” Jerry 表示,“此外,通过和国内伙伴的合作,实现包括提供系统级方案以及生态链级的服务也是我们的重点,而且这将是未来 ADI 在中国发展的重要保障。”

万能传感的时代,ADI帮助企业迎接新挑战

ADI 将现阶段半导体技术的最大特征归属为“融合”二字,即 B2B 技术与个人消费电子技术正在加速融合。这种融合,包括很多面向消费电子应用所开发的技术被广泛拓展应用于其他领域中,包括工业、机器人、汽车、化学、生物医学等。因此,消费电子技术是推动 B2B 技术发展的一个重要驱动因素。

这一波技术趋势与传感器技术密切相关,所以 ADI 也称当前这个时代为“万能传感”时代——因为传感是用来做最重要的数据和信息采集的,这也是接下来所有智能设备做计算处理的前提,有了数据才可以做智能化、数字化的下一步工作。这一趋势也对传统的技术企业带来新的挑战,以工业物联网应用为例,通常他们需要解决除了要在传统的机器里面设计各种各样的传感器,还要把这些机器和传感器的数据信息全部连接起来。对大部分的企业来讲,这是非常困难的——难点不仅体现在数据采集上,还包括数据的连接和安全性,以及数据的高可靠性、高可用性。

要想实现工业物联网,除了让传感器能够获得很多数据外,这些数据还需要通过连接传到云端。但是,只有那些有用的、相关的数据对后台的决策才是最重要的,因此 ADI公司注重在传感器这一端集成很多智能性,在数据获得的过程中只将最为重要相关的数据传输到后台,这就减少了数据传输的压力,而且这些数据与后台决策是最相关、最有效的,从而加速后台决策速度。

对于汽车产业的企业也面临类似的挑战。以往,传统汽车厂商相互之间差异化的对比主要聚焦在汽车引擎技术上。而现在,传统汽车厂商间的竞争最重要的是怎样应用电子技术和信息技术实现差异化。

“原来车厂不是那么重视信息技术或半导体技术公司,但现在车厂直接跳过中间环节,与关键半导体技术的供应商直接建立关系。ADI 有各种各样的传感技术和关键的半导体技术,这也是为什么汽车厂商愿意和ADI建立直接战略合作的原因之一。ADI的其中一个合作伙伴就是奥迪。” Vincent Roche曾指出。在合作过程中,车厂和关键半导体技术供应商之间共同规划,设想十年以后这个市场会怎样发展,会需要什么样的技术才能够支持这样的市场发展,现在就开始共同研发。最终,双方的共同技术路线图能够支持整个市场未来的需求。

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传感器

传感器(Sensor)是一种常见的却又很重要的器件,它是感受规定的被测量的各种量并按一定规律将其转换为有用信号的器件或装置。对于传感器来说,按照输入的状态,输入可以分成静态量和动态量。我们可以根据在各个值的稳定状态下,输出量和输入量的关系得到传感器的静态特性。

传感器的静态特性的主要指标有线性度、迟滞、重复性、灵敏度和准确度等。传感器的动态特性则指的是对于输入量随着时间变化的响应特性。动态特性通常采用传递函数等自动控制的模型来描述。通常,传感器接收到的信号都有微弱的低频信号,外界的干扰有的时候的幅度能够超过被测量的信号,因此消除串入的噪声就成为了一项关键的传感器技术。

物理传感器

物理传感器是检测物理量的传感器。它是利用某些物理效应,把被测量的物理量转化成为便于处理的能量形式的信号的装置。其输出的信号和输入的信号有确定的关系。主要的物理传感器有光电式传感器、压电传感器、压阻式传感器、电磁式传感器、热电式传感器、光导纤维传感器等。

作为例子,让我们来了解一下常用的光电式传感器。这种传感器把光信号转换成为电信号,它直接检测来自物体的辐射信息,也可以转换其他物理量成为光信号。其主要的原理是光电效应:当光照射到物质上的时候,物质上的电效应发生改变,这里的电效应包括电子发射、电导率和电位电流等。

显然,能够容易产生这样效应的器件成为光电式传感器的主要部件,比如说光敏电阻。这样,我们知道了光电传感器的主要工作流程就是接受相应的光的照射,通过类似光敏电阻这样的器件把光能转化成为电能,然后通过放大和去噪声的处理,就得到了所需要的输出的电信号。这里的输出电信号和原始的光信号有一定的关系,通常是接近线性的关系,这样计算原始的光信号就不是很复杂了。其它的物理传感器的原理都可以类比于光电式传感器。

物理传感器的应用范围是非常广泛的,我们仅仅就生物医学的角度来看看物理传感器的应用情况,之后不难推测物理传感器在其他的方面也有重要的应用。

比如血压测量是医学测量中的最为常规的一种。我们通常的血压测量都是间接测量,通过体表检测出来的血流和压力之间的关系,从而测出脉管里的血压值。测量血压所需要的传感器通常都包括一个弹性膜片,它将压力信号转变成为膜片的变形,然后再根据膜片的应变或位移转换成为相应的电信号。在电信号的峰值处我们可以检测出来收缩压,在通过反相器和峰值检测器后,种传感器外形我们可以得到舒张压,通过积分器就可以得到平均压。

让我们再了解一下呼吸测量技术。呼吸测量是临床诊断肺功能的重要依据,在外科手术和病人监护中都是必不可少的。比如在使用用于测量呼吸频率的热敏电阻式传感器时,把传感器的电阻安装在一个夹子前端的外侧,把夹子夹在鼻翼上,当呼吸气流从热敏电阻表面流过时,就可以通过热敏电阻来测量呼吸的频率以及热气的状态。

再比如最常见的体表温度测量过程,虽然看起来很容易,但是却有着复杂的测量机理。体表温度是由局部的血流量、下层组织的导热情况和表皮的散热情况等多种因素决定的,因此测量皮肤温度要考虑到多方面的影响。热电偶式传感器被较多的应用到温度的测量中,通常有杆状热电偶传感器和薄膜热电偶传感器。

由于热电偶的尺寸非常小,精度比较高的可做到微米的级别,所以能够比较精确地测量出某一点处的温度,加上后期的分析统计,能够得出比较全面的分析结果。这是传统的水银温度计所不能比拟的,也展示了应用新的技术给科学发展带来的广阔前景。

从以上的介绍可以看出,仅仅在生物医学方面,物理传感器就有着多种多样的应用。传感器的发展方向是多功能、有图像的、有智能的传感器。传感器测量作为数据获得的重要手段,是工业生产乃至家庭生活所必不可少的器件,而物理传感器又是最普通的传感器家族,灵活运用物理传感器必然能够创造出更多的产品,更好的效益。

光纤传感器近年来,传感器在朝着灵敏、精确、适应性强、小巧和智能化的方向发展。在这一过程中,光纤传感器这个传感器家族的新成员倍受青睐。光纤具有很多优异的性能,例如:抗电磁干扰和原子辐射的性能,径细、质软、重量轻的机械性能,绝缘、无感应的电气性能,耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等,它能够在人达不到的地方(如高温区),或者对人有害的地区(如核辐射区),起到人的耳目的作用,而且还能超越人的感官界限,接收人的感官所感受不到的外界信息。

光纤传感器是最近几年出现的新技术,可以用来测量多种物理量,比如声场、电场、压力、温度、角速度、加速度等,还可以完成现有测量技术难以完成的测量任务。在狭小的空间里,在强电磁干扰和高电压的环境里,光纤传感器都显示出了独特的能力。目前光纤传感器已经有70多种,大致上分成光纤自身传感器和利用光纤的传感器。

所谓光纤自身的传感器,就是光纤自身直接接收外界的被测量。外接的被测量物理量能够引起测量臂的长度、折射率、直径的变化,从而使得光纤内传输的光在振幅、相位、频率、偏振等方面发生变化。测量臂传输的光与参考臂的参考光互相干涉(比较),使输出的光的相位(或振幅)发生变化,根据这个变化就可检测出被测量的变化。光纤中传输的相位受外界影响的灵敏度很高,利用干涉技术能够检测出10的负4次方弧度的微小相位变化所对应的物理量。利用光纤的绕性和低损耗,能够将很长的光纤盘成直径很小的光纤圈,以增加利用长度,获得更高的灵敏度。

光纤声传感器就是一种利用光纤自身的传感器。当光纤受到一点很微小的外力作用时,就会产生微弯曲,而其传光能力发生很大的变化。声音是一种机械波,它对光纤的作用就是使光纤受力并产生弯曲,通过弯曲就能够得到声音的强弱。光纤陀螺也是光纤自身传感器的一种,与激光陀螺相比,光纤陀螺灵敏度高,体积小,成本低,可以用于飞机、舰船等的高性能惯性导航系统。如图就是光纤传感器涡轮流量计的原理。

另外一个大类的光纤传感器是利用光纤的传感器。其结构大致如下:传感器位于光纤端部,光纤只是光的传输线,将被测量的物理量变换成为光的振幅,相位或者振幅的变化。在这种传感器系统中,传统的传感器和光纤相结合。光纤的导入使得实现探针化的遥测提供了可能性。这种光纤传输的传感器适用范围广,使用简便,但是精度比第一类传感器稍低。

光纤在传感器家族中是后起之秀,它凭借着光纤的优异性能而得到广泛的应用,是在生产实践中值得注意的一种传感器。

仿生传感器

仿生传感器,是一种采用新的检测原理的新型传感器,它采用固定化的细胞、酶或者其他生物活性物质与换能器相配合组成传感器。这种传感器是近年来生物医学和电子学、工程学相互渗透而发展起来的一种新型的信息技术。这种传感器的特点是机能高、寿命长。在仿生传感器中,比较常用的是生体模拟的传感器。

仿生传感器按照使用的介质可以分为:酶传感器、微生物传感器、细胞器传感器、组织传感器等。仿生传感器和生物学理论的方方面面都有密切的联系,是生物学理论发展的直接成果。在生体模拟的传感器中,尿素传感器是最近开发出来的一种传感器。下面就以尿素传感器为例子介绍仿生传感器的应用。

尿素传感器,主要是由生体膜及其离子通道两部分构成。生体膜能够感受外部刺激影响,离子通道能够接收生体膜的信息,并进行放大和传送。当膜内的感受部位受到外部刺激物质的影响时,膜的透过性将产生变化,使大量的离子流入细胞内,形成信息的传送。其中起重要作用的是生体膜的组成成分膜蛋白质,它能产生保形网络变化,使膜的透过性发生变化,进行信息的传送及放大。生体膜的离子通道,由氨基酸的聚合体构成,可以用有机化学中容易合成的聚氨酸的聚合物(L一谷氨酸,PLG)为替代物质,它比酶的化学稳定性好。PLG是水溶性的,本不适合电机的修饰,但PLG和聚合物可以合成嵌段共聚物,形成传感器使用的感应膜。

生体膜的离子通道的原理基本上与生体膜一样,在电极上将嵌段共聚膜固定后,如果加感应PLG保性网络变化的物质,就会使膜的透过性发生变化,从而产生电流的变化,由电流的变化,便可以进行对刺激性物质的检测。

尿素传感器经试验证明是稳定性好的一种生体模拟传感器,检测下限为10的负3次方的数量级,还可以检测刺激性物质,但是暂时还不适合生体的计测。

目前,虽然已经发展成功了许多仿生传感器,但仿生传感器的稳定性、再现性和可批量生产性明显不足,所以仿生传感技术尚处于幼年期,因此,以后除继续开发出新系列的仿生传感器和完善现有的系列之外,生物活性膜的固定化技术和仿生传感器的固态化值得进一步研究。

在不久的将来,模拟生体功能的嗅觉、味觉、听觉、触觉仿生传感器将出现,有可能超过人类五官的敏感能力,完善目前机器人的视觉、味觉、触觉和对目的物进行操作的能力。我们能够看到仿生传感器应用的广泛前景,但这些都需要生物技术的进一步发展,我们拭目以待这一天的到来。

红外传感器

红外技术发展到现在,已经为大家所熟知,这种技术已经在现代科技、国防和工农业等领域获得了广泛的应用。红外传感系统是用红外线为介质的测量系统,按照功能能够分成五类:

(1)辐射计,用于辐射和光谱测量;
(2)搜索和跟踪系统,用于搜索和跟踪红外目标,确定其空间位置并对它的运动进行跟踪;
(3)热成像系统,可产生整个目标红外辐射的分布图象;
(4)红外测距和通信系统;
(5)混合系统,是指以上各类系统中的两个或者多个的组合。

红外系统的核心是红外探测器,按照探测的机理不同,可以分为热探测器和光子探测器两大类。下面以热探测器为例子来分析探测器的原理。

热探测器是利用辐射热效应,使探测元件接收到辐射能后引起温度升高,进而使探测器中依赖于温度的性能发生变化。检测其中某一性能的变化,便可探测出辐射。多数情况下是通过热电变化来探测辐射的。当元件接收辐射,引起非电量的物理变化时,可以通过适当的变换后测量相应的电量变化。

电磁传感器

磁传感器是最古老的传感器,指南针是磁传感器的最早的一种应用。但是作为现代的传感器,为了便于信号处理,需要磁传感器能将磁信号转化成为电信号输出。应用最早的是根据电磁感应原理制造的磁电式的传感器。这种磁电式传感器曾在工业控制领域作出了杰出的贡献,但是到今天已经被以高性能磁敏感材料为主的新型磁传感器所替代。

在今天所用的电磁效应的传感器中,磁旋转传感器是重要的一种。磁旋转传感器主要由半导体磁阻元件、永久磁铁、固定器、外壳等几个部分组成。典型结构是将一对磁阻元件安装在一个永磁体的刺激上,元件的输入输出端子接到固定器上,然后安装在金属盒中,再用工程塑料密封,形成密闭结构,这个结构就具有良好的可靠性。磁旋转传感器有许多半导体磁阻元件无法比拟一款电磁传感器的外形的优点。除了具备很高的灵敏度和很大的输出信号外,而且有很强的转速检测范围,这是由于电子技术发展的结果。另外,这种传感器还能够应用在很大的温度范围中,有很长的工作寿命、抗灰尘、水和油污的能力强,因此耐受各种环境条件及外部噪声。所以,这种传感器在工业应用中受到广泛的重视。

磁旋转传感器在工厂自动化系统中有广泛的应用,因为这种传感器有着令人满意的特性,同时不需要维护。其主要应用在机床伺服电机的转动检测、工厂自动化的机器人臂的定位、液压冲程的检测、工厂自动化相关设备的位置检测、旋转编码器的检测单元和各种旋转的检测单元等。

现代的磁旋转传感器主要包括有四相传感器和单相传感器。在工作过程中,四相差动旋转传感器用一对检测单元实现差动检测,另一对实现倒差动检测。这样,四相传感器的检测能力是单元件的四倍。而二元件的单相旋转传感器也有自己的优点,也就是小巧可靠的特点,并且输出信号大,能检测低速运动,抗环境影响和抗噪声能力强,成本低。因此单相传感器也将有很好的市场。

磁旋转传感器在家用电器中也有大的应用潜力。在盒式录音机的换向机构中,可用磁阻元件来检测磁带的终点。家用录像机中大多数有变速与高速重放功能,这也可用磁旋转传感器检测主轴速度并进行控制,获得高画面的质量。洗衣机中的电机的正反转和高低速旋转功能都可以通过伺服旋转传感器来实现检测和控制。

这种开关可以感应到进入自己检验区域的金属物体,控制自己内部电路的开或关。开关自己产生磁场,当有金属物体进入到磁场会引起磁场的变化。这种变化通过开关内部电路可以变成电信号。

更加突出电磁传感器是一门应用很广的高新技术,国内、国外都投入了一定的科研力量在进行研究,这种传感器的应用正在渗透入国民经济、国防建设和人们日常生活的各个领域,随着信息社会的到来,其地位和作用必将。

磁光效应传感器

现代电测技术日趋成熟,由于具有精度高、便于微机相连实现自动实时处理等优点,已经广泛应用在电气量和非电气量的测量中。然而电测法容易受到干扰,在交流测量时,频响不够宽及对耐压、绝缘方面有一定要求,在激光技术迅速发展的今天,已经能够解决上述的问题。

磁光效应传感器就是利用激光技术发展而成的高性能传感器。激光,是本世纪六十年代初迅速发展起来的又一新技术,它的出现标志着人们掌握和利用光波进入了一个新的阶段。由于以往普通光源单色度低,故很多重要的应用受到限制,而激光的出现,使无线电技术和光学技术突飞猛进、相互渗透、相互补充。现在,利用激光已经制成了许多传感器,解决了许多以前不能解决的技术难题,使它适用于煤矿、石油、天然气贮存等危险、易燃的场所。

如说用激光制成的光导纤维传感器,能测量原油喷射、石油大罐龟裂的情况参数。在实测地点,不必电源供电,这对于安全防爆措施要求很严格的石油化工设备群尤为适用,也可用来在大型钢铁厂的某些环节实现光学方法的遥测化学技术。

磁光效应传感器的原理主要是利用光的偏振状态来实现传感器的功能。当一束偏振光通过介质时,若在光束传播方向存在着一个外磁场,那么光通过偏振面将旋转一个角度,这就是磁光效应。也就是可以通过旋转的角度来测量外加的磁场。在特定的试验装置下,偏转的角度和输出的光强成正比,通过输出光照射激光二极管LD,就可以获得数字化的光强,用来测量特定的物理量。

自六十年代末开始,RCLecraw提出有关磁光效应的研究报告后,引起大家的重视。日本,苏联等国家均开展了研究,国内也有学者进行探索。磁光效应的传感器具有优良的电绝缘性能和抗干扰、频响宽、响应快、安全防爆等特性,因此对一些特殊场合电磁参数的测量,有独特的功效,尤其在电力系统中高压大电流的测量方面、更显示它潜在的优势。同时通过开发处理系统的软件和硬件,也可以实现电焊机和机器人控制系统的自动实时测量。在磁光效应传感器的使用中,最重要的是选择磁光介质和激光器,不同的器件在灵敏度、工作范围方面都有不同的能力。随着近几十年来的高性能激光器和新型的磁光介质的出现,磁光效应传感器的性能越来越强,应用也越来越广泛。

磁光效应传感器做为一种特定用途的传感器,能够在特定的环境中发挥自己的功能,也是一种非常重要的工业传感器。

压力传感器

压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器,而我们通常使用的压力传感器主要是利用压电效应制造而成的,这样的传感器也称为压电传感器。

我们知道,晶体是各向异性的,非晶体是各向同性的。某些晶体介质,当沿着一定方向受到机械力作用发生变形时,就产生了极化效应;当机械力撤掉之后,又会重新回到不带电的状态,也就是受到压力的时候,某些晶体可能产生出电的效应,这就是所谓的极化效应。科学家就是根据这个效应研制出了压力传感器。

压电传感器中主要使用的压电材料包括有石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。其中石英(二氧化硅)是一种天然晶体,压电效应就是在这种晶体中发现的,在一定的温度范围之内,压电性质一直存在,但温度超过这个范围之后,压电性质完全消失(这个高温就是所谓的“居里点”)。由于随着应力的变化电场变化微小(也就说压电系数比较低),所以石英逐渐被其他的压电晶体所替代。而酒石酸钾钠具有很大的压电灵敏度和压电系数,但是它只能在室温和湿度比较低的环境下才能够应用。磷酸二氢胺属于人造晶体,能够承受高温和相当高的湿度,所以已经得到了广泛的应用。

在现在压电效应也应用在多晶体上,比如现在的压电陶瓷,包括钛酸钡压电陶瓷、PZT、铌酸盐系压电陶瓷、铌镁酸铅压电陶瓷等等。

压电效应是压电传感器的主要工作原理,压电传感器不能用于静态测量,因为经过外力作用后的电荷,只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的情况不是这样的,所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。

压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。压电式加速度传感器是一种常用的加速度计。它具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点。压电式加速度传感器在飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑的振动和冲击测量中已经得到了广泛的应用,特别压电传感器的外形是航空和宇航领域中更有它的特殊地位。

压电式传感器也可以用来测量发动机内部燃烧压力的测量与真空度的测量。也可以用于军事工业,例如用它来测量枪炮在膛中击发的一瞬间的膛压的变化和炮口的冲击波压力。它既可以用来测量大的压力,也可以用来测量微小的压力。

压电式传感器也广泛应用在生物医学测量中,比如说心室导管式微音器就是由压电传感器制成的,因为测量动态压力是如此普遍,所以压电传感器的应用就非常广泛。

除了压电传感器之外,还有利用压阻效应制造出来的压阻传感器,利用应变效应的应变式传感器等,这些不同的压力传感器利用不同的效应和不同的材料,在不同的场合能够发挥它们独特的用途。

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工业以太网系统必须比办公室以太网更健壮。

以太网,特别是工业以太网最近已成为制造业界流行的行业术语。虽然相似,但它们都具有不同的特性和优点。本文将探讨以太网和工业以太网是什么以及它们有何不同。

什么是以太网?

以太网最初是在20世纪70年代开发的,后来被标准化为IEEE 802.3。以太网是IEEE 802.3涵盖的一组局域网(LAN)产品,IEEE 802.3是一组电气和电子工程师协会(IEEE)标准,定义 了有线以太网媒体访问控制的物理层和数据链路层。1 这些标准还描述了配置以太网网络的规则以及网络元素如何 相互协作。

以太网允许计算机通过一个网络连接 - 如果没有它,现代世界中的设备之间的通信将不可能实现。以太网是电线和电缆系统的全球标准,可通过组织的单一网络连接多台计算机,设备,机器等,以便所有计算机都可以相互通信。以太网始于单根电缆,可以在一个网络上连接多个设备。现在,以太网可以根据需要扩展到新设备。以太网现在是世界上 最流行 和广泛使用的网络技术。3

工业以太网如何工作

图1.工业环境中需要这种先进技术以确保正确发送和接收具体的制造数据。如果使用灌装设备的例子,工业以太网自动化技术能够通过网络发送灌装数据,以确保瓶子按照预期进行灌装。

当使用以太网时,数据流将被分成较短的部分或帧,每部分包含特定信息,例如数据的来源和目的地。这些数据是必要的,以便网络根据需要接受和发送数据。

以太网技术的其他术语包括:

介质:在现代以太网技术中,介质是以太网设备连接的双绞线或光缆,为数据传输提供路径

细分:单个共享媒体。

节点:连接到网段的设备。

标准以太网能够以10 Mbps到100 Mbps的速度发送数据。千兆位以太网是在IEEE 802.3标准下用于描述以1 Gbps速率传输的以太网速度的术语。千兆位以太网首先通常用于骨干网传输以及高性能或高容量服务器。然而,随着时间的推移,桌面连接和PC已经能够支持它。

以太网上的其他信息

PC Magazine解释说,以太网不能与Wi-Fi-Ethernet 使用电缆连接电脑和设备混淆 。4 几乎每个对网络或LAN连接的引用都是以太网。

什么是工业以太网?

工业以太网就像听起来一样 - 以太网适用于工业设备,这往往需要更坚固的连接器,电缆,最重要的是更好的确定性。为了实现更好的确定性,工业以太网使用专用协议和以太网。目前比较流行的工业以太网协议是PROFINET ®,EtherNet / IP的®,EtherCAT的®,SERCOS III,和POWERLINK ®。

使用工业以太网,数据传输速率范围从 10 Mbps到1 Gbps。5 然而,100 Mbps是工业以太网应用中最流行的速度。

图2.工业以太网需要在办公室中使用的以太网系统中看不到的其他考虑因素。工厂地板上的制造设备暴露于不同的温度,振动和其他可能令人不安的噪音。

怎么运行的

工业以太网协议(如PROFINET和EtherCAT)以一种方式修改标准以太网,以确保不仅能正确发送和接收特定的制造数据,还能在需要数据执行特定操作时及时发送和接收数据。例如,使用工业以太网自动化技术的灌装厂能够通过网络发送灌装数据,以确保灌装瓶按预期进行灌装。实时自动化报告称,当瓶子满了时,将通过网络发送停止灌装指令 。6

消息人士称,这样的信息在办公室环境中不会那么重要。如果网页丢失,用户只需点击刷新按钮。然而,在工厂中,一个小问题可能会变成一场灾难 - 公司不会花时间让人们注意到错误并手动按下按钮。然而,工业以太网自动化网络可以检测装瓶过程中的错误,并自动停止过程,避免浪费时间,产品和资金。

以太网和工业以太网之间的其他差异

实时自动化报告称,以太网可用于更多的办公室,而不是工业设置。办公室以太网设计用于基本的使用级别,而工业以太网可以考虑多个级别并应用于更重的环境。

工业以太网更适合处理工厂噪声,工厂过程需求和更恶劣的环境,甚至能更好地应对工厂数据冲突。

工业以太网技术中的电缆和连接器也可能有所不同。例如,实时自动化报告称,工业设置中使用的连接器不是基本的卡扣式锁定机制。由于环境较为恶劣,需要较重的锁定机构。密封连接器也经常在重型应用中需要。

商用或办公室以太网和工业以太网之间的布线也可能不同。与常规以太网电缆相比,轻型工业电缆可能具有更高的护套质量。而且,正如所料,重型电缆周围的护套和所用金属的质量也有所提高,使其更耐用。

定义工业以太网并将其与以太网分开时,确定性是一个重要因素。标准的以太网是 不确定性的自身,7 但是工业环境要求决定。他们需要在特定时间发送和接收数据包,并且他们需要保证每次都能发送数据。这是因为工业环境中设备之间的数据丢失或数据延迟可能会导致灾难,比如生产过程中的一个主要缺陷。实时信息传输通常是公司决定选择何种类型的以太网解决方案的主要决定因素。公司需要评估他们的具体需求,并确定哪些以太网解决方案最适合他们的组织。

参考

1 ANSI / IEE 802.3-2002-IEEE标准,用于IT-电信和信息交换系统-LAN / MAN-SpecificRequirements-第3部分:CSMA / CD接入方法和物理层规范 - 维护修订#6。IEEE,2002。

2 以太网教程 - 第1部分:网络基础知识。Lantronix的。

3 Nick Pidgeon。“ 以太网如何工作。” HowStuffWorks,2000年4月。

4 定义:以太网。PC杂志。

5 关于工业以太网的一切。赫斯曼。

6 什么是工业以太网。实时自动化。

7 “ 了解以太网速度和确定性 ”,自动化世界,2011年11月。

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新一轮科技革命与产业变革孕育兴起,智能制造正在成为全球制造业变革的重要方向和竞相争夺的制高点。主要制造业国家纷纷出台推动智能制造的相关战略及政策,抢占新一轮产业发展的高地。

美国在这过去的这一年中,智能制造产业技术成果丰硕,今天介绍美国在大数据、物联网以及VR的进展。

总体而言,2017年,美国的大数据与云服务、物联网产业巨头竞逐,也有新创公司表现亮眼,而VR应用开发则展现出重视医疗与照护的特色。

大数据与云服务:IBM频出大手笔,滴滴出行入驻硅谷

2017年1月,IBM(国际商业机器公司)宣布将以26亿美元收购医疗保健数据和分析提供商Truven Health Analytics。这是过去2年以来IBM进行的第4笔与健康数据有关的大型收购。Truven Health Analytics拥有8500家客户,其中包括美国联邦政府和州政府机构、雇主、医保、医院等,以及三亿病人数据。此外Truven还拥有2500名雇员,包括数据科学家、研究人员以及各类专家等,这都是IBM Watson Health真正发挥作用所必不可少的资源。

3月,美国陆军表示选择IBM为其位于阿拉巴马州的Redstone军营建设并运营数据中心。这是美国陆军私有云企业计划的一部分,美国陆军2016年宣布将采用“内部部署,商业化运营的云”以取代11个正在运营的数据中心设施。该交易合同期为一年,并有四个额外的一年期期权,这五年中将花费约6200万美元。IBM公司将构建基础架构,并提供基础架构即服务(IaaS)。IBM表示,它是美国国防信息系统局授权的唯一一家在政府机构运行基础设施即服务解决方案的公司。

同在3月,滴滴出行宣布其在美国硅谷山景城成立滴滴美国研究院,投入大数据安全与智能驾驶两大领域的研究,加速布局全球创新网络。公司指出,美国研究院目前已有数十位数据工程师和研究人员加盟,主要研究课题包括云安全、深度学习、人机交互、电脑视觉及图像学、智能驾驶等领域的技术开发与应用。目前,滴滴正在积极招聘人才。滴滴美国研究院将配合滴滴大研究网络,将研究成果应用于提升产品和服务,并运用创新科技为更多城市打造具有前瞻性的整体交通方案,助力滴滴国际化战略。

物联网:双雄发力eMTC布局,IBM同样有出色表现

3月,美国电信运营巨头Verizon在美国本土推出首个全国性商用LTE Cat-M1网络,覆盖面积达240万平方公里。而按照另一巨头AT&T之前的计划,其LTE-M网络将在2017年年底覆盖美国,不过AT&T随后决定将时间表提前至2017年年中。在完成全美覆盖后,AT&T还计划今年底将LTE-M网络覆盖至墨西哥。

4月,美国初创公司Bext360宣布试图利用人工智能、区块链以及物联网技术变革全球咖啡供应链,以此提高咖啡农收入。Bext360开发出一款咖啡豆自动回收机,利用光学筛选法评估咖啡果和咖啡豆,并按照质量为其分级。咖啡农可利用App查看咖啡豆的等级,并接受买方的购买提议。在Stellar区块链交易平台的支持下,该App会立即付款给咖啡农。

10月,IBM在物联网大会上宣布,美国家庭服务公司Sears Home Services和食品加工厂商Golden State Foods通过IBM Watson IoT的服务来提升业务质量。根据Gartner的预估,到2022年,物联网每年将为企业在维护和服务方面节省上兆美元的成本。

VR:应用研发关注医疗培训与照护领域

9月,英国AI和VR开发公司AiSolve收购了美国VR咨询公司Clay Park VR。Clay Park VR最近领导了洛杉矶儿童医院的VR试点项目,试图通过VR项目取代昂贵且耗时的假人医疗培训,且表现出色。基于此,AiSolve做出了收购Clay Park VR的决定。

也是在9月,为了提供高标准护理、高质量设施与高新科技,打造充满活力的养老环境,美国梅普尔伍德养老院为老年人量身打造了一套VR娱乐系统。该系统不仅可以改善记忆、增强老年人的社交能力,还可以帮助他们减压,推动老年教育事业进步。

总体而言,2017年,美国的大数据与云服务、物联网产业巨头竞逐,也有新创公司表现亮眼,而VR应用开发则展现出重视医疗与照护的特色

本文转自:2017,美国物联网的发展与改变

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作者:Joe Triggs 应用经理 ADI公司

摘要

对于需要进行系统设计和交付的技术团队来说,有效识别和调试半导体问题极为重要。系统复杂度增加以及产品上市时间缩短会对在最短时间内解决问题造成巨大压力——有哪位工程师没有被要求过昨天改完今天交付?在如此重压之下,很难有逻辑又有条理地调试一个问题。而逻辑条理地调试问题却恰恰是及时找到解决方案的关键所在。

显然,完整的调试框架可以大量节省工程师的时间,减少调试复杂半导体问题时的挫败感。本文通过直观的示例描述了这样一种框架。虽然本文透过视频产品来研究半导体问题的表现以及解决方法,但本文中的框架是通用的,适合多种半导体产品门类和不同问题。

简介

众所周知,《银河系漫游指南》的封面为那些拥有该书的幸运儿传达了一条平静的消息:不要慌张。1Douglas Adams写下了那句著名的话:“尽管《银河系漫游指南》包含许多明显(以及偶尔严重)的不准确内容,其销量还是超过了《银河系百科全书》,因为它稍微便宜一些,并且在封面以大而易读的字体印上了‘不要恐慌’几个字。”

然而,我们都曾经恐慌过。演示系统交付延期、市场部在电话那头要求更新,或者一小撮工程师在实验室中盯着一块工作不正常的电路板出神。像这种时候,星际旅行者便会求助于该本《指南》。工程师可以找到很多本《指南》——互联网、《电子学》,甚至Dilbert那些含义深刻的漫画。这份饱受赞扬的列表现在将由这篇文章来扩充——一份在发生恐慌时可缓解工程师恐慌情绪的故障查找秘籍。

详文请阅:不要恐慌:视频应用调试入门指南及其它

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作者:Bob Scannell,ADI公司MEMS和传感器技术部业务开发经理

导航通常与汽车、飞机及船舶相关。然而,在工业和医疗保健领域,精密导航正日益广泛地运用于从工厂机械和手术机器人到应急响应跟踪的各种应用。现有多种与定位、转向和引导设备相关的方法,可用于获得位置、方向和运动信息。事实上,许多应用已普遍依赖于GPS(全球定位系统)。然而,当涉及到室内导航以及处理更复杂、更具环境挑战性的情况时,单靠GPS已无法满足需求。

针对上述应用,可使用各类传感器来改善系统区分实际运动与异常运动的能力。某一传感器处理特定导航问题的能力不仅取决于该传感器的性能水平,同时也取决于该应用特有的动态特性。和处理所有复杂设计问题一样,首先需要了解最终应用的目标和限制,由此可将各项关键性能参数进行排序,从而大致了解所需的传感器,然后通过仔细的传感器调理、集成和处理,对实际设计进行优化。

了解导航问题

我们首先来打一个比方:假设您正在工作,想来杯咖啡,于是您起身去找咖啡壶。如果您之前去过放咖啡壶的地方,您的脑海中就会形成一条路线。不过,沿途您还需依靠各种感知,包括视觉、听觉、平衡,甚至触觉等,才能到达该位置。您自身的处理器会结合使用各种感知来源,以及某些嵌入式的模式识别,如果运气不好,您可能还得暂停下来,寻求一些外部输入,即方向。在整个过程中,您所依赖的自身传感器不仅需要逐个保持精确,还必须默契配合,必要时可拒绝误导信息(旁边隔间飘来的咖啡味道),并寻求其它传感器的帮助。在抵达目的地的过程中,您所采用的技术与车辆、手术仪器和机器人导航系统的设计人员使用的技术并无不同。

将上述例子扩展到工业领域,会涉及到多种传感技术,而这些技术中,无一能够独力满足大多数应用需求。正如此前所提及的,由于障碍物会阻挡卫星接收,GPS容易出错,要么降低总体精度,要么降低更新速率。另一种常见的导航辅助设备是磁力计,它需要畅通无阻地访问地球磁场,虽然这一条件通常可以实现,但工业环境中还存在许多现场干扰,使得磁力计的可靠性不尽如人意,能间歇性保持可靠运行已属万幸。光学传感器会遇到视线遮挡问题,虽然惯性传感器通常不受这些干扰影响,但也有某些自身的局限性,例如缺乏绝对参照(哪个方向是北?)。表1列出了各类主要导航传感器的相对优势和潜在问题。

详文请阅:精密MEMS传感器实现新型导航应用

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