Sắp trải qua một năm với nhiều biến động về kinh tế, tác động xấu đến nhiều ngành công nghiệp, đặc biệt là các ngành công nghiệp công nghệ cao. Công nghiệp cảm biến không phải là ngoại lệ. Tuy nhiên, bất chấp sự thụt giảm về doanh thu, sự ảm đạm của thị trường nhiều công nghệ mới vẫn được giới thiệu nhằm thỏa mãn yêu cầu khắt khe trong công nghiệp cảm biến đồng thời làm giảm giá thành tổng thể của sản phẩm.

Như thường lệ, Tự động hóa Ngày nay sẽ giới thiệu với quý độc giả xu hướng công nghiệp cảm biến từ nay tới năm 2014 trong loạt bài chào năm cũ và đón năm mới.

Hình 1. Hệ thống cảm biến hóa học tích hợp 6 loại cảm biến sẽ được đưa lên Sao Hỏa vào 2013 (nguồn NASA)

Những đánh giá này dựa trên phân tích sâu sắc của Hiệp hội Tự động hóa cho Công nghệ Cảm biến (AMA AMA Association for Sensor Technology), có trụ sở tại CHLB Đức, với hy vọng đưa ra các dự báo ngắn hạn và trung hạn về sự phát triển công nghệ trong công nghệ cảm biến khí và cảm biến vi cơ điện tử. Chúng tôi phân tích những định hướng này theo quan điểm công nghệ và ít dựa trên các nghiên cứu về thị trường.

Mục đích của những phân tích này nhằm cung cấp cho bất kỳ nhà sản xuất nào muốn có được một cái nhìn tổng quan về sự phát triển công nghệ đằng sau công nghệ cảm biến vật lý và cảm biến khí, đặc biệt là theo quan điểm về chiến lược phát triển công nghệ.

Các điểm tập trung phân tích gồm

* Nguyên lý đo lường các thông số vật lý, hóa học và sinh học

* Đóng gói điện tử và bao gói hệ thống

* Chức năng và các phương pháp xử lý tín hiệu

* Giao tiếp cảm biến-tín hiệu và truyền tải, bao gồm truyền tải với chức năng tự quản lý năng lượng, truyền thông hai chiều, và hệ thống mạng

* Tích hợp hệ thống: hệ thống cảm biến và hệ thống tích hợp cảm biến – chấp hành

* Độ thông minh của cảm biến và hệ thống cảm  biến: tự động phát hiện lỗi, tự động tìm nguyên nhân và sửa lỗi (AFDDC)

* Công nghệ kiểm tra và cân chỉnh

Do phổ ứng dụng của công nghệ cảm biến rất rộng trong mọi ngành công nghiệp cũng như lĩnh vực ứng dụng – từ nghiên cứu phát triển và các sản phẩm tự động hóa đến điều khiển và kiểm soát các đặc tuyến của sản phẩm, những đánh giá trong loạt bài này chỉ tập trung vào:

Bảng 1. Các lĩnh vực ứng dụng cảm biến

* Quy trình, năng lượng và kỹ thuật môi trường

* Kỹ thuật cơ khí

* Kỹ thuật xe hơi

* Công nghệ y dược và khoa học sự sống

* Sản phẩm tiêu dùng

Các xu hướng phát triển được đánh giá dựa trên những ứng dụng đã chín muồi trên thị trường. Nó (đánh giá) dựa trên các yêu cầu khác nhau về cảm biến trên những lĩnh vực ứng dụng cụ thể (bảng 1 và 2)

Bảng 2. Các thông số cảm biến tiêu biểu cho những ứng dụng cụ thể

*    Sản phẩm tiêu biểu cung cấp hàng năm của các nhà sản xuất

**  Phụ thuộc vào địa phương và kiểu hộ gia đình

*** Lớn hơn > 5 W

Hơn nữa, công nghệ cảm biến đang thu được những thành quả quan trọng trong lĩnh vực an toàn và an ninh, bảng 3.

Bảng 3. Ứng dụng của cảm biến trong an toàn và an ninh

Mạng lưới cảm biến tự hành cũng đang gặt hái được những thành quả quan trọng. Lĩnh vực được xác định để ứng dụng cảm biến loại này chủ yếu trong môi trường, phúc lợi (chăm sóc bệnh nhân, người già) cũng như hỗ trợ trong các hộ gia đình (“điện toán ở mọi nơi”, “nhà thông minh”, “web môi trường”…). Số lượng cảm biến trong lĩnh vực này được dự đoán sẽ tăng rất nhanh. Ở vào thời điểm hiện tại mức tăng cũng chưa thực sự ấn tượng.

với các tiêu chuẩn đo ngặt nghèo

Hình 2. Một hệ thống phát hiện sóng thần là kết hợp của rất nhiều đầu đo

Yêu cầu ứng dụng trong những lĩnh vực.  Những yêu cầu cơ bản nhất được đặt ra với cảm biến bao gồm:

* Mức đô độ không ổn định trong đo lường nhỏ nhất

* Dữ liệu lý, hóa ổn định và sẵn sàng từ mọi hệ thống và quy trình

* Phép đo được thực hiện không làm ảnh hưởng tới các quy trình có liên quan

* Có thể đo thời gian thực các giá trị

* Cảm biến có thể họat đông không cần bảo trì, cân chỉnh hay điều chỉnh

* Cảm biến hoạt động với mức độ nhiễu động nhỏ nhất và đòi hỏi sự chăm sóc ít nhất

* Cảm biến và hệ cảm biến có chi phí thấp nhất

* Cảm biến có thể thích hợp trong hệ chẩn đoán trang bị sẵn

Trong ngữ cảnh này chúng ta có thể thấy một vài yêu cầu có vẻ mâu thuẫn như việc tăng tính ổn định và chi phí. Những yêu cầu tiêu biểu và sự đánh giá trong các lĩnh vực khác nhau có tìm thấy trong bảng 4.

Bảng 4. Tiêu chí đánh giá cho các yêu cầu theo lĩnh vực ứng dụng

Chú giải: +++: rất quan trọng, ++: quan trọng, +: mong muốn, 0: không quan trọng

Dựa trên những tiêu chí đó, mỗi lĩnh vực ứng dụng đều có những bộ tiêu chí riêng biệt. Ví dụ, cảm biến trong công nghệ sản xuất một số tiêu chí cơ bản sẽ thay đổi:

* Ứng dụng không chỉ cho việc đầu tư các thiết bị mới, mà còn để tối ưu hóa những thiết bị sẵn có.

* Bên cạnh việc phát hiện dữ liệu trong quá trình sản xuất, các dữ liệu tạm thời và mang tính dự đoán cũng có ý nghĩa quan trọng.

* Với các ứng dụng cụ thể, cần có những yêu cầu về tính ổn định trong đo lường khác nhau.

* Dữ liệu trên phân bố dữ liệu của cả quá trình sản xuất ngày càng có vai trò quan trọng.

Trong số tới, Tự động hóa ngày nay sẽ giới thiệu với quý độc giả “Xu hướng phát triển trong đo lường ngành vi cơ điện tử”.

Thông tin về AMA Association

AMA là tổ chức được thành lập năm 1980 (từ nguyên gốc tiếng Đức: Arbeitsgemeinschaft Messwertaufnehmer e.V.) là tổ chức cho đo lường trong cảm biến. Ngày nay, AMA đã có trên 450 thành viên trong đó có 70 viện Nghiên cứu và Phát triển. Hiệp hội AMA không chỉ đơn thuần nghiên cứu, dự báo các vấn đề cho cảm biến mà còn cho công nghệ vi hệ thống do hệ thống đo lường ngày nay được tích hợp trong các ứng dụng vi hệ thống. q

ITIMS 2010

Số 132 (11/2011)♦Tạp chí tự động hóa ngày nay