智慧製造2019.06.11

感測器怎麼裝?

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物聯網 雲端服務 創新

時間不回頭,感測回報的數據也沒有重來的機會。精準度當然是毫無疑問的考量。然而,感測器的裝設還牽涉成本,這其中除了裝置的初始成本,還必須考量維護成本、耗能成本等。因此,感測器的裝設看似簡單概念,實行起來倒像是裝置藝術了。這話怎麼說呢?

 

 

自駕車為例:

光是實現關鍵的導航功能, 就至少涉及 GPS 定位、陀螺儀方向測定。動態方面,還需雷達測距、測速、測角量,以及 Ultrasound 超聲波近距測量輔助停車,或是加上最新的 LIDAR 光學測距;像是 ADAS 中的死角偵測/監控等各項功能就少不了上述感測器,再加上上山爬坡需求的垂直高度、坡度測定需求等。再來,影像感測所需 Camera 目前也發展出 360° 全景式視野,加強自駕車的感測範圍。此外,溫度、溼度等基本環境測值,用以維持車內恆定的舒適環境;以及油箱、水箱等液壓感測,還有胎壓偵測功能需用到氣壓感測等;針對眾多電子裝置,電壓、電流感測也是基本配備。

 

再看智動化工廠環境:

單一工廠的空間動輒超過百坪,規劃上更內含產線區、辨公區、裝卸貨區、進出入安檢區、 危險物料管制區等,每一區所需的感測數據類型、頻率等都有其特定用途考量,也必須考量以最有效率的設計,涵蓋最廣泛的必要範圍。有些採用相同物理感測,如:光感、磁感、氣體偵測等,但頻率需求不同;也有些相同涵蓋範圍,但個別單一功能需併合部份相同又部份相異的物理原理感測技術。

 

醫療院所方面:

除了一般應用物理、化學原理的感測裝置之外,還有 Biosensor 生物感測專用,用以感測包括:酵素、抗原、抗體、 DNA、微生物等,講究極度精確,也更注重符合人體構造的精微特性。

 

物聯網 OT- CT- IT 概念下,OT 感測資訊蒐集並不是哪裡需要什麼資訊就往哪裡裝上一個。 如果只是一個勁兒就讓 IoT 閘道器儲存一堆持續回傳的資訊,那麼不過是一股腦兒收藏大量數據,無從分析也無法演算。以物聯網體系下的新食品供應生態而言,如果要在果園裡裝設感測器,預估產量及果實甜酸度,將不會只有一個裝設據點,也不會是每棵樹都裝設,而必須事實確認當地形、雨水、土壤、河流等相關地理因素及歷史性天候資訊,在具指標性的地點感測收集資訊後,傳送契約採購工廠。再看智慧路燈的多功能性,空污監控的氣體感測、雨水資訊蒐集的水流感測、智慧故障回報系統的電壓/電流感測、預估氣候變化的大氣壓力感測等,當然也不可能裝上七、八個個別感測裝置,不僅空間不夠,也相當耗能。

 

除了成本之外,感測器收集的數據,牽涉時間性、順序性、位置選擇等許多關聯因素,及其相互之間的關係。感測器的裝設,其實反映的是縝密思考後,所相對必要獲取的資訊需求。這就好比葡萄酒釀製所需葡萄,其果實產量及品質所必要考量土壤、雨水、坡度等因素,或許有其共識的常識性,但當中的因素相對關係、比例考量及獨特見解卻是因人而異;或是汽車工廠內產線流程的安排中,影響最終產品的應力點位置、壓力感測、光感測等種種選項,甚至是作業順序的調動,都將具備個別獨特性。

 

在整個物聯網的資料流中,感測器的選擇及裝設布局將反映背後的人類思考,結合對市場/使用者觀點、產品品質要素概念、生產製程規劃等因素後的資料蒐集規劃。如同裝置藝術以有形物質表達自身無形理念,感測器裝設布局也應能如實提供足以對應無形決策理念所需求的有形資訊及數據。

延伸討論

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關於感測器的兩三事

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感測收集的資料囊括類比、數位兩種訊號輸出。一般自然界的連續波都屬於類比訊號,包括:風速、太陽幅射、光強度、聲波、電波等;由於數位時代電子儀錶的蓬勃發展,許多感測器均已能轉化類比訊號為數位訊號,方便數位資料處理。隨著科學研發成果進展愈發豐碩,人類對環境中的基本物質愈發瞭解,透過物理特性(如:聲波回傳測距、幅射能反應為熱感指標等)、化學變化(如:特殊物質遇特定氣體產生濃氣味或色變的氣體偵測等)等感測指標也已愈發多元又精密,還能以不同感測數據交叉比對,滿足高精準度要求的感測結果。
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晶片所面對的 5G 物聯網新需求

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晶片的設計與製造,始終都是效能、耗能與體積三角點之間的完美平衡。過往,資料處理具備像是電腦、行動裝置等獨立專用裝置,無非強調運算速率提升、記憶體存取速度加快等規格優越性,如今資料處理體系走出專用裝置,結合種種用途各異的電子物件,還有供新型雲端體系所承載巨量資料流處理的共享伺服器新興市場,再加上迎接 5G 所帶來全新通訊技術與規格的通訊功能,晶片產品進入了另一階段的新技術考量及挑戰。
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從 CPU Architecture 談起 晶片 於物聯網時代的再進化

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智慧物聯網已經進入了風起雲湧的初期市場爭奪大戰階段。從電信設備到相對應 5G 智慧手機都緊鑼密鼓,各自紛紛就定位,少數已上市,多數也已經排定陸續上市。相對於過往從 2G 語音到 4G 影音以獨立裝置為應用發展環境,物聯網的概念更顯得具無限延伸特性。 在此之中,核心運算舞台 ─ CPU 成了往後應用擴展機會的基石。