根據(jù)Freedonia集團最近的一份研究報告,1預(yù)計美國的傳感器銷售量將在2016年達到6.1%,達到149億美元。該研究預(yù)測,化學特性傳感器和接近和定位傳感器將實現(xiàn)最快增長。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和監(jiān)視的傳感器繼續(xù)保護軍隊以及民眾,并且所采用的技術(shù)正迅速進入汽車,醫(yī)療和消費者市場等非軍事應(yīng)用。然而,雖然這意味著所涉及的研究和開發(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,檢測和分析功能正在大幅提升,實時系統(tǒng)現(xiàn)在采用數(shù)據(jù)流,海量存儲和先進的模式識別,軍隊及其垂直市場分支實際上淹沒在數(shù)據(jù)中。分析 - 了解所有數(shù)據(jù) - 有時會滯后于收集功能。
為了抵消這種趨勢,軍方建立了一個傳感信息分析中心(SENSIAC),隸屬于國防部(DOD)信息分析中心(IAC)。除核,生物和化學傳感外,它還專注于紅外,電光,激光,雷達,聲學測量和對策以及電子戰(zhàn)和數(shù)據(jù)融合。 SENSIAC每年在研究上花費約30億美元,其研究成果可供軍隊的所有分支機構(gòu)以及工業(yè)部門使用。
生物制劑和炸彈檢測等領(lǐng)域的進步令人驚嘆。例如,美國陸軍研究實驗室和私營企業(yè)開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化學和生物中心的戰(zhàn)術(shù)生物探測器。 TAC-BIO是一種基于LED的紫外線生物制劑設(shè)備,與其他探測器解決方案相比,據(jù)說成本降低近10%,體積減小50%,重量減輕80%,能耗僅為4% 。它繼續(xù)在私營部門產(chǎn)生額外的傳感器/LED組合項目。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處理的進步也加入了軍方的軍火庫。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)生實時結(jié)果。目前用于夜視應(yīng)用的數(shù)字傳感器包括長波紅外(LWIR)傳感器,它們與模擬同類產(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,激光測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(圖2)包括用于航向計算和磁失真校準的固件。三軸磁阻傳感器和三軸MEMS加速度計結(jié)合模擬和數(shù)字支持電路,MPU和適當?shù)乃惴?,形成一個完整的,即用型傾斜補償羅盤。
圖2:霍尼韋爾HMC6343三軸羅盤很小,但高度集成。
夜視解決方案可以使用模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)功能對收集的信息進行數(shù)字化,并立即與數(shù)字地圖,無人機和其他資源共享。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別中用于熱過載監(jiān)視能力。對無人駕駛偵察機 - 無人機 - 的興趣也在迅速增長。無人駕駛車輛(UVM)必須同時執(zhí)行多項功能:它們必須監(jiān)控系統(tǒng),與傳感器連接,以便進行地面移動或飛行控制,并從IR,視頻和測距傳感器收集數(shù)據(jù)(圖4)。

圖4:典型無人駕駛車輛的方框圖(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競爭對手相比具有先進性 - 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)境條件下進行軍事用途。通常情況下,技術(shù)領(lǐng)域的突破是推動進步的,但實際情況并非如此,因為尺寸,重量,材料,加工要求和功率因素都在發(fā)揮作用,每個都發(fā)揮著關(guān)鍵作用。
霍尼韋爾的紅外傳感器,如HOA0961-N51透射光學傳感器(圖5),由面向Optoschmitt探測器的紅外發(fā)光二極管組成。只要不透明物體通過發(fā)射器和探測器之間的槽,就會發(fā)生探測器切換。 HOA096X-7X系列采用帶孔徑開口的不透明聚砜外殼,適用于對環(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)合無人機,手機攔截和目標雷達的視頻輸入。 2011年,國防高級研究計劃局(DARPA)開始尋找能夠清除并傳達傳感器正在收集的所有數(shù)據(jù)的數(shù)學語言,并以此方式幫助該機構(gòu)應(yīng)對威脅。該計劃被稱為“感知,開發(fā)和執(zhí)行數(shù)學”,旨在尋求制定和發(fā)展新數(shù)學原理的建議,這些原則支持傳統(tǒng)數(shù)據(jù)收集,分析和后續(xù)行動的統(tǒng)一方法。目前,美國的幾家公司和大學正在開展DARPA的補助,涉及語言學和分析,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,實用和可操作的信息的解決方案。
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