地震传感器检测地震波，有多种形状和大小，并以不同的方式进行工作。一些传感器放置在地面上，而另一些则附着在建筑物或其他结构上。但是，当物理传感器由于空间条件而无法放置在既定位置时，有什么替代方案呢？

近年来，传感器已成为物联网（IoT）不可或缺的一部分，从物理界收集数据并将其转换为数字信号。2022年，出售的所有传感器中物联网传感器占三分之一的数额，应用范围包括联网家庭、智能城市和工业自动化。在智能制造领域，例如IIoT（工业物联网）使工厂能够将机器与一系列传感器和监视器相连接，这些传感器和监视器与其他设备和通信系统用以收集、分析数据以提高质量和保持一致性。这种贯穿整个工厂的无缝连接使制造商能够监控设备和系统性能。这些传感器通常很昂贵，不仅是生产成本高，而且设计和安装成本也很高。这就使虚拟传感器有了发展的机会。

虚拟传感器是物理传感器基于软件的模型，可以模拟其行为并生成传感器读数，而无需实际的物理硬件。可用作数字孪生来监视或控制物理传感器，为某些应用程序提供具有成本效益和可扩展的解决方案。

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虚拟传感器利用人工智能和机器学习前沿的发展，允许数据驱动的方法来估计关键过程参数。除了成本更低之外，当物理传感器由于空间条件（例如传感器空间不足）或恶劣环境（例如暴露于酸性或极端温度）而无法放置在首选位置时，虚拟传感器提供了一种替代方案。虚拟传感器技术可以降低信号噪声，从而在传感器的输出被其他测量相同现象的传感器确认时增加信号的可信度。最后，虚拟传感器非常灵活，可以根据需要进行重新设计，而物理传感器一旦安装，通常只能通过机械干预来重新定位。

成本是关键优势

工业4.0是虚拟传感技术的重要驱动力。工厂设备数字化所需的信息是从许多现场传感器中获得的。如果仅将物理传感器用于此目的，那么工厂数字化的成本可能会让许多公司望而却步。使用虚拟传感器可以将此成本降至最低。

汽车行业在与安全、娱乐、交通控制、导航和引导相关的许多过程中严重依赖传感技术。随着车辆获得自主权，对传感设备的依赖可能会增加。然而，汽车中使用的物理传感器可能很昂贵，而且在某些情况下还不可靠。虚拟传感器正在成为汽车制造商的重要替代方案。它们可以为物理传感器提供冗余安全备份，是开发更先进的驾驶员辅助系统（ADAS）的基础，因此也是实现自动驾驶汽车的基础。

标准如何提供帮助

虚拟传感器正在成为未来社会的基础技术。未来五年，预计使用量将以超过30%的复合年增长率（CAGR）进行增长，而且这一趋势可能会持续多年。

由于机器学习工具被用于创建统计模型，而AI（人工智能）可以自动决定如何在传感器中应用这些模型，因此很容易推断出虚拟传感器是一个可以迅速成为“黑匣子”的新技术领域。这不仅涉及隐私和数据所有权问题，还涉及使用虚拟传感器的系统有效性和透明度。

人类很容易因机器的不当或意外行为而受到伤害。公共基础设施监控系统、传统的飞机传感系统和当前的地震探测系统等，如果发生故障，也会对个人和社会造成严重伤害，甚至更为危险。使用虚拟传感器可以增强这些区域的安全性。与虚拟传感器相关的技术领域更多样化，受影响的行业领域也十分广泛。

图文来源：国际电工委官网数字时代专栏

发文日期：2023年2月10日。

https://etech.iec.ch/issue/2023-01/the-rise-of-virtual-sensors

原标题：The rise of virtual sensors

原作者：Yusra Barmaz