根據Freedonia集團最近的一份研究報告,1預計美國的傳感器銷售量將在2016年達到6.1%,達到149億美元。該研究預測,化學特性傳感器和接近和定位傳感器將實現最快增長。這些都是在軍事領域大量使用的傳感器。
用于炸彈和生物制劑檢測和監視的傳感器繼續保護軍隊以及民眾,并且所采用的技術正迅速進入汽車,醫療和消費者市場等非軍事應用。然而,雖然這意味著所涉及的研究和開發正在使各種各樣的用戶受益,但結果顯然是混合的。與此同時,檢測和分析功能正在大幅提升,實時系統現在采用數據流,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據中。分析 - 了解所有數據 - 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和數據融合。 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以及工業部門使用。
生物制劑和炸彈檢測等領域的進步令人驚嘆。例如,美國陸軍研究實驗室和私營企業開始研究基于傳感器技術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術生物探測器。 TAC-BIO是一種基于LED的紫外線生物制劑設備,與其他探測器解決方案相比,據說成本降低近10%,體積減小50%,重量減輕80%,能耗僅為4% 。它繼續在私營部門產生額外的傳感器/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字,模擬和網絡電路組合在一起,以產生實時結果。目前用于夜視應用的數字傳感器包括長波紅外(LWIR)傳感器,它們與模擬同類產品一起工作以節省電池電量并利用多種技術的屬性。
用于夜視光學,激光測距儀和天線定位等應用,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加速度計結合模擬和數字支持電路,MPU和適當的算法,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轉換(ADC)功能對收集的信息進行數字化,并立即與數字地圖,無人機和其他資源共享。另一種選擇是基于固態硅IC的全數字解決方案,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)必須同時執行多項功能:它們必須監控系統,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據(圖4)。
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。應用包括遠程數據采集和儀表和控制系統。此外,UMV的一部分是德州儀器LM27,這是一款精密,單數字輸出,低功耗恒溫器,內置基準電壓源,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。數字低光CMOS圖像正在取代模擬I2管技術,與其IR競爭對手相比具有先進性 - 盡管差距正在縮小。 CMOS和圖像處理的結合使得能夠在所有環境條件下進行軍事用途。通常情況下,技術領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揮作用,每個都發揮著關鍵作用。
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探測器的紅外發光二極管組成。只要不透明物體通過發射器和探測器之間的槽,就會發生探測器切換。 HOA096X-7X系列采用帶孔徑開口的不透明聚砜外殼,適用于對環境光的最大抑制很重要的應用,以及需要最大位置分辨率的應用,如大多數軍事用途。
圖5:HOA096x/7x系列由紅外二極管和Optoschmitt探測器組成。
軍事應用中使用的傳感器處理大量數據,因此,軍方正在尋求單一數據流,可以結合無人機,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據的數學語言,并以此方式幫助該機構應對威脅。該計劃被稱為“感知,開發和執行數學”,旨在尋求制定和發展新數學原理的建議,這些原則支持傳統數據收集,分析和后續行動的統一方法。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,試圖尋找能夠將軍事應用中現有的大量傳感器數據轉化為有用,實用和可操作的信息的解決方案。
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