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物联网需求不同 传感器必须随之进化

本文作者: 2年前 (2018-09-11)

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物联网需求不同 传感器必须随之进化

物联网需求不同 传感器必须随之进化

物联网需求不同 传感器必须随之进化

感测网络是物联网系统中的第一线架构,透过建置于传感器撷取设备数据,再将数据传送至上层系统,若感测数据不完整或不精确,后续环节的所有运作效率将大打折扣甚至失效,因此近年来各大厂商纷纷强化感测技术的相关研发,且针对不同应用领域推出专属产品。

奥地利微电子台湾区总经理李定翰指出,感测技术发展已有相当长的时间,过去的应用有限,因此技术发展并不快,物联网的兴起让此技术有了截然不同的面貌,以往由于应用领域固定,系统对传感器的需求并不高,只要能正常运作就可以,不过物联网的应用多元,传感器也就必须因应系统需求而有特别的设计,以色彩传感器来说,过去仅需要分辨基本的RGB,现在部分应用则需要透过频谱侦测功能侦测物质。

不同需求的封装设计

物联网带来的影响除了感测技术本身的精进外,外部的构造也是其一,现在物联网系统走向整合,不同传感器有可能被整合在同一封装中,而在此设计中,不同传感器在同时运作时所产生的干扰要如何解决,这都是现在的传感器厂商在设计物联网产品时,必须面对的考验。

物联网的应用都是针对特定垂直产业,如医疗、交通、制造、建筑等,李定翰就指出,这些领域对物联网的功能需求不同,因此系统中的零组件、模块、设备等,都会有一定程度的特殊需求,例如国土监测系统,会需要将传感器长期设置在户外,在耗电、强固性等部分就需要有特殊设计,若应用于智能家庭设备,由于传感器需内建于家电设备中,小体积的设计需求就会高于功耗,整体来看,制造、医疗、电力等应用场域,对传感器的规格需求较为特殊。

李定翰表示,制造业是物联网发展的重点领域之一,在工业物联网应用中,感测与RFID成为整体系统的重要技术之一。由于物联网架构中,系统必须获得真实世界的相关数据,才能进一步透过实时分析、汇整,利用人工智能推导出优化的生产决策,而产线终端要让每个生产环节都能准确被追踪、纪录,就必须导入兼具低成本、体积小、易追踪多重优势的RFID无线射频标签技术方案,同时再搭配如机器视觉、各式动作感测组件辅助,取得每个加工工序的执行状态。

机器视觉感测改朝换代

在此同时传感器也持续进行优化与更新,越来越多整合进阶嵌入式运算技术的传感器相继推出,借以追踪高速产线的加工对象实时监控与纪录用途,透过嵌入式系统整合设计,也能让传感器在体积不变的条件下,提供产线更进阶的感测、预先分析与高速处理能力,同时更轻、更小、功能更强大的嵌入式系统结合多重环境传感器方案,也可大幅降低智能对象整合物联网网通技术的难度与成本。

传感器在智能工厂的另一个应用重点是机器视觉,机器视觉主要应用于制程上,对分辨率的要求相当高,过去所采用的影像传感器以CCD为主,不过近年来CMOS影像传感器的分辨率快速提升,已然跃居机器视觉主流,各大影像传感器厂商的CCD出货量逐渐减少,龙头厂商Sony已决定从2017年起逐步减少CCD,专注于CMOS传感器研发。

与CCD相较,CMOS的优势在于成本低、耗电需求少、容易制造生产,早期因噪声难以控制,只用于低价产品;近年来因新技术导入,CMOS的成像效果已逐步跟上甚至超越CCD,目前CCD在天文、低亮度、动态摄影等领域仍有其优势,不过在制程检测,已为CMOS取代。

李定翰指出,除了制造业外,医疗系统对传感器的需求也与一般应用大不相同,感测技术在医疗的应用主要用来侦测患者的生理讯号,生理讯号主要分成几种,包含属于生理电讯号、生理化学讯号、生理机械讯号、生理抗阻讯号、生理磁讯号、生理光讯号、生理声讯号等,在医疗系统中又以生理电讯号的使用最为广泛。

3D感测发展潜力强大

目前感测技术在医疗领域的做法可分为两种,一种是透过同一感测原理侦测多样生理指针,另一种则是透过多种感测方式侦测同一生理指标,举例来说,光体积变化描记图法是一种光学感测原理,利用LED传感器可获取人的心跳、脉搏、血氧含量等,然而心跳的感测却不只有光学感测一种,还能透过电极电位的改变,纪录心脏跳动,再换算成心跳率,近年来感测技术不断创新与提升,让生理指标撷取变得更容易,感测技术所提供的精确生理数据,再加上未来AI的智能化运算与分析能力,将加速医疗智能化愿景的落实。

除了上述两个领域外,3D感测技术也被看好将应用于各种领域,李定翰表示目前3D感测主要是应用于脸部辨识,取代过去的指纹辨识解锁与手机的行动支付,而随着技术的成熟,其应用越来越多元,除了手机外,长距离的户外摄影机、短距的VR眼镜、低光源如车内的人脸辨识等,都是深具潜力的发展领域,目前3D感测有两种技术,包括结构光与TOF(Time of Flight),而VCSEL是这两者技术中的核心光源,高功率VCSEL激光器可应用于3D深度感测的数据撷取,物联网也会是其一。

3D感测从环境的深浅位置判断出物体形状与距离,因此未来将被应用于车用领域,现在ADAS系统的FDW(前部碰撞预警)功能是用雷达或光达侦测车体前方物体远近,未来的导入3D感测后,就可将外界物体形状信息提供给车内运算单元,判断物体种类后再决定车体动作,以此达到智能化功能。

从价格竞争专为质量竞争

就目前产业发展来看,物联网带动的感测技术变革仍在进行中,李定翰表示,由于物联网建构目标是整体系统所产生的价值,而非像消费性领域是以单一产品的价格为考虑,在此态势下,现在传感器市场也从过去的价格竞争转变为质量竞争,虽然这也对厂商带来另一种压力,不过他认为这种透过技术的精进提升系统效能,进而创造出更高价值的做法,对整体产业来说会是更好的方向。

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