越來越多的行業(yè)正在尋找一種不使用傳感器測量物理量（壓力、溫度……）的方法。
這種方法便是軟傳感器。
而軟件傳感器的挑戰(zhàn)在于：如何在不測量物理量的情況下獲得其值？
1. 什么是軟傳感器？
傳感器是將觀察到的物理量的狀態(tài)轉(zhuǎn)換為可用量的裝置。例如，傳感器將汽車的速度測量值轉(zhuǎn)換為儀表盤上的顯示值，供駕駛員使用。一般而言，傳感器可分為兩種：物理現(xiàn)實中的傳感器與軟傳感器。
物理傳感器是測量物理量的設(shè)備，例如：壓力傳感器（氣壓計）、 速度傳感器（轉(zhuǎn)速表）和溫度傳感器（溫度計）等等。
而軟傳感器，也稱為虛擬傳感器，是軟件的通用名稱，其可以同時處理多個測量。通常，軟傳感器基于控制理論，有時也被稱為 “觀察者”，它是通過間接使用的，可能有數(shù)十個甚至數(shù)百個測量值。
軟傳感器在數(shù)據(jù)融合中特別有用，它將不同特性和動態(tài)的測量結(jié)合在一起。因此，軟傳感器可以用于故障診斷以及控制應(yīng)用。典型的軟傳感器包括卡爾曼濾波器，而最新的軟傳感器會使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或模糊計算。
軟傳感器應(yīng)用示例：卡爾曼濾波器用于估計位置、電動機速度估算器、使用自組織神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)估算過程數(shù)據(jù)、過程控制中的模糊計算、食品質(zhì)量評估。
綜上所述，軟傳感器是一種利用其他傳感器的信息來估計物理量的軟件程序，而不是直接測量。
2.軟傳感器是如何運作的？
軟傳感器經(jīng)常被用于在線估計，基于對硬件傳感器的測量信號的分析，用軟件實現(xiàn)數(shù)學(xué)模型。通常情況下，建模采用第一原理模型、回歸模型或人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行。軟傳感器已經(jīng)成功地應(yīng)用于大規(guī)模工業(yè)過程的監(jiān)測和控制。
軟傳感器需要測量、模型和估計算法來工作。
測量：
由于軟傳感器技術(shù)的無限可能實現(xiàn)，對所需硬件的確切需求是逐一研究的。利用系統(tǒng)知識的優(yōu)勢，可以使用更經(jīng)濟的儀器來獲得所需精度的測量。軟傳感器可以共享一些現(xiàn)有的硬件能力。
模型：
軟傳感器中使用的模型代表了系統(tǒng)的知識，這些知識被用來提高測量的質(zhì)量。所需模型的復(fù)雜度取決于軟傳感器開發(fā)的目標和系統(tǒng)的復(fù)雜度，范圍從無到數(shù)千個動態(tài)變量。
簡單的模型只需要很少的計算能力來執(zhí)行估計算法。如果是更復(fù)雜的模型，可能需要安裝額外的計算能力。許多模型允許作為嵌入系統(tǒng)來實現(xiàn)。
這些模型可能是基于 1)有關(guān)過程變量的物理過程知識——即所謂的第一原理模型或白箱模型；2)從系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)中確定，但對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)幾乎沒有洞察力——即所謂的黑箱模型；3)混合灰箱模型，合并前兩種方法。
估計算法：
同樣，在模型的情況下，可以應(yīng)用廣泛的估計算法來計算感興趣的變量。從Lueneberger Observer或Kalman Filter等簡單的線性濾波技術(shù)開始，到Extended Kalman Filter或Moving Horizon State Estimation等最先進的非線性估計算法，將軟傳感器的適用范圍擴大到在頻繁變化的工作點上運行的具有挑戰(zhàn)性的高度非線性系統(tǒng)。
3.應(yīng)用：從物理傳感器到軟傳感器
軟傳感器為工業(yè)中遇到的許多問題提供解決方案，這些問題涉及可用性，成本，質(zhì)量和測量的實用性。通過改進的過程控制，操作和故障檢測，改進的措施可以提高產(chǎn)品或系統(tǒng)性能的質(zhì)量。
在由于經(jīng)濟或技術(shù)限制（例如，空間不足，惡劣的環(huán)境條件，極端的操作條件）而無法使用經(jīng)典儀器完全或頻繁地測量這些變量的情況下，軟傳感器可提供所需的過程變量的估計值。這些估計值可以解決以下問題。
問題1：測量非常昂貴，因此只能定期執(zhí)行。
解決方案：軟傳感器為變量提供連續(xù)的估計。
問題2：儀器過于昂貴且尚未安裝，因此該過程更加難以控制。
解決方案：軟傳感器提供廉價的變量近似值估計值，從而改善了操作。
問題3：沒有儀器可以直接測量感興趣的過程變量，例如系統(tǒng)的熱負荷。
解決方案：軟傳感器使用可用的測量值來提供變量的估計值，例如，結(jié)合系統(tǒng)動力學(xué)的知識以及冷卻劑質(zhì)量流量和系統(tǒng)溫度的測量值來計算熱負荷。
問題4：由于惡劣的條件或僅缺少空間，無法在目標位置安裝任何儀器，例如，在目標位置沒有放置溫度計的地方。
解決方案：軟傳感器提供了變量的估計，使用在不同地點進行的測量，與感興趣的地點相關(guān)聯(lián)，例如，使用感興趣點周圍的溫度知識和系統(tǒng)模型允許估計該地點的溫度。
