根據(jù)Freedonia集團(tuán)最近的一份研究報(bào)告,1預(yù)計(jì)美國(guó)的傳感器銷(xiāo)售量將在2016年達(dá)到6.1%,達(dá)到149億美元。該研究預(yù)測(cè),化學(xué)特性傳感器和接近和定位傳感器將實(shí)現(xiàn)最快增長(zhǎng)。這些都是在軍事領(lǐng)域大量使用的傳感器。
用于炸彈和生物制劑檢測(cè)和監(jiān)視的傳感器繼續(xù)保護(hù)軍隊(duì)以及民眾,并且所采用的技術(shù)正迅速進(jìn)入汽車(chē),醫(yī)療和消費(fèi)者市場(chǎng)等非軍事應(yīng)用。然而,雖然這意味著所涉及的研究和開(kāi)發(fā)正在使各種各樣的用戶受益,但結(jié)果顯然是混合的。與此同時(shí),檢測(cè)和分析功能正在大幅提升,實(shí)時(shí)系統(tǒng)現(xiàn)在采用數(shù)據(jù)流,海量存儲(chǔ)和先進(jìn)的模式識(shí)別,軍隊(duì)及其垂直市場(chǎng)分支實(shí)際上淹沒(méi)在數(shù)據(jù)中。分析 - 了解所有數(shù)據(jù) - 有時(shí)會(huì)滯后于收集功能。
為了抵消這種趨勢(shì),軍方建立了一個(gè)傳感信息分析中心(SENSIAC),隸屬于國(guó)防部(DOD)信息分析中心(IAC)。除核,生物和化學(xué)傳感外,它還專(zhuān)注于紅外,電光,激光,雷達(dá),聲學(xué)測(cè)量和對(duì)策以及電子戰(zhàn)和數(shù)據(jù)融合。 SENSIAC每年在研究上花費(fèi)約30億美元,其研究成果可供軍隊(duì)的所有分支機(jī)構(gòu)以及工業(yè)部門(mén)使用。
生物制劑和炸彈檢測(cè)等領(lǐng)域的進(jìn)步令人驚嘆。例如,美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室和私營(yíng)企業(yè)開(kāi)始研究基于傳感器技術(shù)的這種具有成本效益的解決方案,如Edgewood化學(xué)和生物中心的戰(zhàn)術(shù)生物探測(cè)器。 TAC-BIO是一種基于LED的紫外線生物制劑設(shè)備,與其他探測(cè)器解決方案相比,據(jù)說(shuō)成本降低近10%,體積減小50%,重量減輕80%,能耗僅為4% 。它繼續(xù)在私營(yíng)部門(mén)產(chǎn)生額外的傳感器/LED組合項(xiàng)目。在JKL Components CCFL燈(圖1)中可以看到一種這樣的功能,它提供用于追蹤制造炸彈材料的低功率照明UV CCFL。
圖1: JKL紫外燈的光譜輸出(由JKL Components提供)。
基于傳感器融合的夜視傳感器和信號(hào)處理的進(jìn)步也加入了軍方的軍火庫(kù)。放大可用光的傳感器將數(shù)字,模擬和網(wǎng)絡(luò)電路組合在一起,以產(chǎn)生實(shí)時(shí)結(jié)果。目前用于夜視應(yīng)用的數(shù)字傳感器包括長(zhǎng)波紅外(LWIR)傳感器,它們與模擬同類(lèi)產(chǎn)品一起工作以節(jié)省電池電量并利用多種技術(shù)的屬性。
用于夜視光學(xué),激光測(cè)距儀和天線定位等應(yīng)用,帶有算法模塊的霍尼韋爾HMC6343三軸羅盤(pán)(圖2)包括用于航向計(jì)算和磁失真校準(zhǔn)的固件。三軸磁阻傳感器和三軸MEMS加速度計(jì)結(jié)合模擬和數(shù)字支持電路,MPU和適當(dāng)?shù)乃惴?,形成一個(gè)完整的,即用型傾斜補(bǔ)償羅盤(pán)。
圖2:霍尼韋爾HMC6343三軸羅盤(pán)很小,但高度集成。
夜視解決方案可以使用模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)功能對(duì)收集的信息進(jìn)行數(shù)字化,并立即與數(shù)字地圖,無(wú)人機(jī)和其他資源共享。另一種選擇是基于固態(tài)硅IC的全數(shù)字解決方案,其傳感器即使在低光照條件下也很敏感。此外,如圖3所示,傳感器可以在熱過(guò)載監(jiān)視情況下與激光武器一起使用。
圖3:傳感器在激光武器類(lèi)別中用于熱過(guò)載監(jiān)視能力。對(duì)無(wú)人駕駛偵察機(jī) - 無(wú)人機(jī) - 的興趣也在迅速增長(zhǎng)。無(wú)人駕駛車(chē)輛(UVM)必須同時(shí)執(zhí)行多項(xiàng)功能:它們必須監(jiān)控系統(tǒng),與傳感器連接,以便進(jìn)行地面移動(dòng)或飛行控制,并從IR,視頻和測(cè)距傳感器收集數(shù)據(jù)(圖4)。
圖4:典型無(wú)人駕駛車(chē)輛的方框圖(由德州儀器公司提供)。
可用于圖4所示UMV的ADC是Texas Instruments ADC121S021,這是一款低功耗,單通道CMOS 12位ADC,具有高速串行接口。應(yīng)用包括遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和儀表和控制系統(tǒng)。此外,UMV的一部分是德州儀器LM27,這是一款精密,單數(shù)字輸出,低功耗恒溫器,內(nèi)置基準(zhǔn)電壓源,DAC,溫度傳感器和比較器。
電光和紅外(IR)傳感器可以收集有用的高分辨率靜止和視頻圖像。數(shù)字低光CMOS圖像正在取代模擬I2管技術(shù),與其IR競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手相比具有先進(jìn)性 - 盡管差距正在縮小。 CMOS和圖像處理的結(jié)合使得能夠在所有環(huán)境條件下進(jìn)行軍事用途。通常情況下,技術(shù)領(lǐng)域的突破是推動(dòng)進(jìn)步的,但實(shí)際情況并非如此,因?yàn)槌叽纾亓?,材料,加工要求和功率因素都在發(fā)揮作用,每個(gè)都發(fā)揮著關(guān)鍵作用。
霍尼韋爾的紅外傳感器,如HOA0961-N51透射光學(xué)傳感器(圖5),由面向Optoschmitt探測(cè)器的紅外發(fā)光二極管組成。只要不透明物體通過(guò)發(fā)射器和探測(cè)器之間的槽,就會(huì)發(fā)生探測(cè)器切換。 HOA096X-7X系列采用帶孔徑開(kāi)口的不透明聚砜外殼,適用于對(duì)環(huán)境光的最大抑制很重要的應(yīng)用,以及需要最大位置分辨率的應(yīng)用,如大多數(shù)軍事用途。
圖5:HOA096x/7x系列由紅外二極管和Optoschmitt探測(cè)器組成。
軍事應(yīng)用中使用的傳感器處理大量數(shù)據(jù),因此,軍方正在尋求單一數(shù)據(jù)流,可以結(jié)合無(wú)人機(jī),手機(jī)攔截和目標(biāo)雷達(dá)的視頻輸入。 2011年,國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局(DARPA)開(kāi)始尋找能夠清除并傳達(dá)傳感器正在收集的所有數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)語(yǔ)言,并以此方式幫助該機(jī)構(gòu)應(yīng)對(duì)威脅。該計(jì)劃被稱(chēng)為“感知,開(kāi)發(fā)和執(zhí)行數(shù)學(xué)”,旨在尋求制定和發(fā)展新數(shù)學(xué)原理的建議,這些原則支持傳統(tǒng)數(shù)據(jù)收集,分析和后續(xù)行動(dòng)的統(tǒng)一方法。目前,美國(guó)的幾家公司和大學(xué)正在開(kāi)展DARPA的補(bǔ)助,涉及語(yǔ)言學(xué)和分析,試圖尋找能夠?qū)④娛聭?yīng)用中現(xiàn)有的大量傳感器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為有用,實(shí)用和可操作的信息的解決方案。
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