智能传感器在数字化时代下应运而生

2019-03-15 20:19

智能传感器在数字化时代下应运而生

前言:目前,国际传感器领域已对\定义形成了基本共识,但中文译法尚未形成定论,本文所用的\智能传感器\一词属个人引用。智能传感器从其功能来说是具有一种或多种敏感功能,能够完成信号探测、变换处理、逻辑判断、功能计算、双向通讯,内部可实现自检、自校、自补偿、自诊断、具备以上部分功能或全部功能的器件。

从使用的角度,传感器的准确度、稳定性和可靠性是至关重要的。长期以来研究工作大都集中在硬件方面,虽然人们不断利用新材料研制敏感器件,改进传感器芯片的制造工艺方法来提高芯片的质量以及通过外电路补偿方法来改善传感器的线性度、稳定性和输出漂移,但都没有根本性的突破。

七十年代,微处理器举世瞩目的成就带来了数字化的革命,对仪器仪表的发展起了巨大的推动作用。如九十年代的虚拟仪器(VXI)飞速发展,使以微型计算机为基础的测控系统都需要传感器来提供赖以作出实时决策的数据。随着系统自动化程度的提高和复杂性的增加,对传感器的综合精度、稳定可靠性和响应要求越来越高。传统的传感器因其功能单一、性能不适应、不能满足多种测试要求,为此人们利用微处理器智能技术用于传感器。八十年代末期,人们又将微机械加工技术应用到传感器,从而产生新概念传感器\智能传感器。 可实现的功能

智能传感器的功能是通过模拟人的感官和大脑的协调动作,结合长期以来测试技术的研究和实际经验而提出来的。是一个相对独立的智能单元,它的出现对原来硬件性能苛刻要求有所减轻,而靠软件帮助可以使传感器的性能大幅度提高。

1.复合敏感功能----我们观察周围的自然现象,常见的信号有声、光、电、热、力、化学等。敏感元件测量一般通过两种方式:直接和间接的测量。而智能传感器具有复合功能,能够同时测量多种物理量和化学量,给出能够较全面反映物质运动规律的信息。如美国加利弗尼亚大学研制的复合液体传感器,可同时测量介质的温度、流速、压力和密度。美国EG&GICSensors公司研制的复合力学传感器,可同时测量物体某一点的三维振动加速度、速度、位移,等等。

2.自补偿和计算功能----多年来从事传感器研制的工程技术人员一直为传感器的温度漂移和输出非线性作大量的补偿工作,但都没有从根本上解决问题。而智能传感器的自补偿和计算功能为传感器的温度漂移和非线性补偿开辟了新的道路。这样,放宽传感器加工精密度要求,只要能保证传感器的重复性好,利用微处理器对测试的信号通过软件计算,采用多次拟合和差值计算方法对漂移和非线性进行补偿,从而能获得较精确的测量结果。 3.自检、自校、自诊断功能----普通传感器需要定期检验和标定,以保证它在正常使用时足够的准确度,这些工作一般要求将传感器从使用现场拆卸送到实验室或检验部门进行。对于在线测量传感器出现异常则不能及时诊断。采用智能传感器情况则大有改观,首先自诊断功能在电源接通时进行自检,诊断测试以确定组件有无故障。其次根据使用时间可以在线进行校正,微处理器利用存在EPROM内的计量特性数据进行对比校对。

4.信息存储和传输----随着全智能集散控制系统(SmartDistributedSystem)的飞速发展,对智能单元要求具备通信功能,用通信网络以数字形式进行双向通信,这也是智能传感器关键标志之一。智能传感器通过测试数据传输或接收指令来实现各项功能。如增益的设置、补偿参数的设置、内检参数设置、测试数据输出等。 智能传感器的集成化

由于大规模集成电路的发展使得传感器与相应的电路都集成到同一芯片上,而这种具有某些智能功能的传感器叫作集成智能传感器集成智能传感器的功能有三个方面的优点:较高信噪比:传感器的弱信号先经集成电路信号放大后再远距离传送,就可大大改进信噪比。改善性能:由于传感器与电路集成于同一芯片上,对于传感器的零漂、温漂和零位可以通过自校单元定期自动校准,又可以采用适当的反馈方式改善传感器的频响。信号规一化:传感器的模拟信号通过程控放大器进行规一化,又通过模数转换成数字信号,微处理器按数字传输的几种形式进行数字规一化,如串行、并行、频率、相位和脉冲等。 微机械加工技术与软件

智能传感器的制造基础是微机械加工技术,将硅进行机械、化学、焊接加工,再采用不同的封装技术来封装,近几年又发展了一种LIGA工艺(深层X射线光刻电镀成敏膜)用于制造传感器。

智能传感器一般具有实时性很强的功能,尤其动态测量时常要求在几微秒内完成数据采集、计算、处理和输出。智能传感器的一系列功能都是在程序支持下进行。如功能多少、基本性能、方便使用、工作可靠,大都在一定程度上依赖于软件设计和其质量,这些软件主要有五大类。包括标度换算、数字调零、非线性补偿、温度补偿、数字滤波技术。国内外的应用状况

十几年前,美国Honeywell公司研制第一只智能传感器。它是将硅敏感元件技术与微处理器的计算、控制能力结合在一起,建立了新的传感器概念。目前智能传感器多使用于压力、力、振动冲击加速度、流量、温湿度的测量。如美国Honeywell公司的ST3000系列全智能变送器,德国Strohrmann公司的二维加速度传感器等。

目前智能传感器系统本身都是数字式的,但其通信规定仍采用4~20mA的标准模拟信号。国际上有关标准化研究机构正在积极推出国际规格的数字标准(现场总线)。在现在的过渡阶段采用了HART协议(HighwayAddressableRemoteTransducer,寻址远程传感器数据线)。这是一种智能传感器的通信协议,与现有的4~20mA的系统兼容,模拟与数字可以同时进行通信。这样使不同生产厂家的产品具有通用性。

我国智能传感器的研究主要集中在专业研究所和大学,始于八十年代中期,八十年代末中国国防科技大学、北京航空航天大学、浙江大学等大专院校相继报道了研究成果。九十年代初,国内几家研究机构采用混合集成技术成功的研制出实用的智能传感器,标志着我国智能传感器的研究进入了国际行列,但是与国外的先进技术相比,我们还有较大差距。主要在:1、先进的计算、模拟和设计方法,2、先进的微机械加工技术与设备,3、先进的封装技术于设备,4、可靠性技术研究等方面。所以加强技术的研究和引进先进设备,提高整体水平是我们今后努力的方向。

今后几年中,智能传感器将扩展到化学、电磁、光学和核物理等领域,可以预见,越来越多的智能传感器将会在我国国民经济的各个领域发挥作用。

不管是创业阶段还是守业阶段,企业的人力资源储备以及团队协作都是核心问题之一,很多创业失败或者是运营管理之中最大的风险,就是团队协作之间的风险。

既然是创业团队协作就不能不考虑一些禁忌的问题。经过研究,我们发现企业团队协作假如规避如下的九大禁忌,就可以尽量避免很多不确定性的风险。 首先是要聚焦,而不要分散。

所谓聚焦就不单纯是注意,而且是排除干扰。

在立项的时候,不要主次不分。而且需要在事件上聚焦,在解决问题的特定时候聚焦。不仅在自己工作的时候聚焦,更需要在开会协调的时候的聚焦。

每次开会都要有前期准备,并直至达成既定成果。设定会议商讨机制,提出所商议的问题并在会议中必须有一个结果。时间周期的设定与考量,工作内容规划与落实,会议沟通的议题,由执行团队制订,并由内部会议讨论。

把要讨论的内容聚焦,相关议题在开始之前就罗列出来,通常议题均须提前至少三天进行公示。让每个人都有时间充分考虑各方面所涉及的因素与内容。

与会的决策人不单纯是一个表决器,而且需要为以后的一切相关执行亮绿灯,提供便利条件。力求将达成一致的东西形成文字,并确定下次会面商谈的时间、地点和议题,让沟通更有连续性。

简单地说,开会有开会的约法三章,事情没有解决之前就不能停下来。对达成结论的东西,允许申辩,允许反复讨论,甚至推倒重来,但不能议而不决。 关于开会,曾经有专门的主题论述过,在此不再赘述。 其次是注重全局性与战略性,不要因小失大。

这需要在方向性上与委托人之间达成共识,决策要充分尊重执行者的意见。因为执行者所面对的艰难和拒绝,所承受的压力是决策制订者难以想象的。

所以在特定项目上,执行团队拥有无可争辩的话语权,特别是在目标设定,关键环节的技术性把握方面,执行者的意见都需要得到优先尊重。 再次是在推进的时候,不要求全责备。

只有在推进的过程中,才发现自己所做的事情不仅不完美,甚至可谓千疮百孔,体无完肤。总是会有一些自己事先没考虑到的因素会阻碍前进。所以假如希望在万事俱备的时候再去推进,那么那仅有的一点东风,也会消失,并让自己前功尽弃,精心进行的前期准备毁之一旦。

第四是在推进的过程中,不要人为设定先决条件,并节外生枝。

阻碍一件事情成功的因素已经太多了,如果在内部再自行设定门槛,所以内斗将耗费巨大的精力,无异于自杀。而只有在自己能掌控主动权与节奏的事情上积极推进,才能尽量把主动权掌握在自己手中。

在做取舍的时候,多问自己一些自己的冲动的强烈程度的问题。不要在如下这些层面上的事情有所混淆:应该(should)、需要(need)、必须(must)、不得不(haveto)、愿意(will)。不同层级的迫切程度自然有所不同,所以在企业成员之间制订目标、方案与关键节点的任务管理的时候,更重要的是工作内容与层级的划分。 第五,在利益面前不要执行双重标准。

其实每个人都有双重标准的倾向性。从别人那里算计利益的时候,总是倾向于多算并先行支付;而自己需要给别人出让利益的时候,却是倾向于少算,而且支付时间朝后延续。 趋利避害是人的本能,不是劣根性。解决方法是需要换位思考,从对方的利益角度多考虑一些。在利益面前,多为别人去考虑。 第六是,不要在成本上划分彼此。

所有成本都是共同担当的,所以推卸责任是让彼此疏远的行为。

第七,不要把预期利益模糊化,而要把目标与预期目标的实现周期清晰化。

需要有数量上的描述,有关键的时间节点,有承担主要责任的人,有负责执行与冲锋的团队。

利益是必须放在明面说的,所涉及的主要因素包括:争取的目标,达成的结果,在其中取得的合理份额,支付和分配的时间与比例,提前支取会导致哪些方面的损失,如不提前支取,所共同面临的问题如何解决。

第八,在协作的时候,不要紧盯伙伴的短板,要善于发现并发挥其所长。

把人用错了地方,不仅是对对方的浪费,更是为自己埋下隐患。把人用在能发挥其最大价值之所在。才是在人力资源方面最为有效的投资。 第九,不要逃避争吵与公开发泄不满。

没有任何两个人会是完全志同道合的,更多的是求同存异。

为了实现自身的利益而隐忍,引而不发的害处更大。不发的忧患往往更值得恐惧。也只有所有的事情,所有的不悦都放在桌面上,透明、公开,才不会成为定时炸弹。

其实很多矛盾都是源自误解,但误解不表达出来,就永远是误解,而且积重难返,再到试图补救的时候已经是危险的倒计时,无法回头了。

有意见不藏着掖着,也是给对方一个申辩与澄清的机会,于自己是得到缓解,于对方是给予宽容谅解。共同塑造一个坦率面对的环境。

如果把兄弟式人情比作人的一条腿,那么,制度就是另一条腿;把兄弟式感情比作车的一面轮子,制度就是另一面的轮子,车离开了哪一面都不行,腿离开了哪一条都会拐。 人有两条腿,无论少了哪一条或者哪一条有问题了,路都走不快。 企业管理也是这样。

长期以来,从全球范围看,管理主要分为“美国式管理”和“中国式管理。” 美国式管理的特征核心是制度,说是以制度治理企业的典范。中国式管理呢,核心特征是人情,是人情治理企业的样板。

有人说,美国式管理更有效,君不见美国出了那么多大企业,根源就是他们一直良好地运用了美国式管理。对此,反对者认为,还是中国式管理好,虽然由于发展起步晚,中国式管理还没样本,但看不见人性化管理风靡全球?何况日本企业,虽然对美国式管理有所运用,但透过三洋等企业,人性化还是占着重要地位。

究竟是应该人性化占重要地位还是制度占核心?管理学界是公说公有理,婆说婆有理,至今没有定论。

而实践者们,却实因管理学家们的偏见吃足了苦头。

比如农业企业有这样一种现象,公司因为资金有限,抵抗风险能力更有限,创业可以说“全靠兄弟情谊”。不少农业企业就是靠“心往一处使,力往一块拧”的情感而做大,成为龙头的。这似乎是说,人情管理是好的。但随着公司壮大,人员的增多,问题就来了:因为大家平时习惯了称兄道弟,习惯了一切都商量着来,习惯了要不不睡觉要不连续睡几天,等到公司需要规范时,发现文化已经形成,兄弟除了大哥,别人谁的话都不听,怎么也变不成部下了!兄弟犯了错,想起以前种种好,怎么忍心不给他面子,拿他动刀?可不动刀,没规矩,难成方圆,企业以后还怎么发展下去?于是,中国的人情化管理普遍面临难以升级的阵痛。 那么,美国式管理就没问题吗?也不是。一些农业龙头倒是也跟随主流,积极地推行制度化管理。可一方面纷纷出现了迟到扣钱加班没费,约束下级不约束上级等怪现象;另一方面,由于一切以制度说话,在企业工作感觉像生活在电网中,员工的积极主动性严重受挫,安全感缺乏;当然,该种管理还有一个最大的弊端是没有文化基础,在一个重人情的国度完全实行制度化管理,本身就难以科学严密有效地运行。于是制度化管理直接导致了人才流动快、企业运营呆板、流程不严密等不得不重视的管理难题。

实行制度管理有难题,开展人情管理要升级,农业龙头们于是经常问我:为什么现在的人这么难伺侯?企业究竟应该实行什么样的管理? 其实事实永远比理论更有说服力。


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