工業(yè)傳感器的熱點(diǎn)趨勢及其解決方案

　　迎?九?（《電子產(chǎn)品世界》，北京?100036）

　　摘?要：預(yù)測性維護(hù)、工業(yè)4.0、智能工廠等帶來了對(duì)工業(yè)傳感器的新需求。作者訪問了8家領(lǐng)先的工業(yè)傳感器供應(yīng)商或代理商，請(qǐng)他們介紹了工業(yè)傳感器的新動(dòng)向，及其最新的解決方案。

　　關(guān)鍵詞：預(yù)測性維護(hù)；加速度計(jì)；慣性傳感器；角度傳感器；低功耗

　　1 預(yù)測性維護(hù)

　　1.1 村田無線振動(dòng)傳感器在預(yù)測性維護(hù)中的應(yīng)用

　　1）預(yù)測性維護(hù)的重要性

　　轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境中，而由于設(shè)備磨損、老化等原因造成的設(shè)備停機(jī)給企業(yè)帶來的損失，這不僅僅包括設(shè)備的維修成本，而且因?yàn)樵O(shè)備停機(jī)造成的產(chǎn)線停滯會(huì)給企業(yè)造成更大的經(jīng)濟(jì)損失。通過振動(dòng)信號(hào)的分析，可以在設(shè)備故障的早期階段偵測設(shè)備潛在故障，為設(shè)備的維修保養(yǎng)做提前預(yù)判，大幅度增加企業(yè)的生產(chǎn)效率及OEE （Overall EquipmentEffectiveness，設(shè)備總體效能）。

　　在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)中，預(yù)測性維護(hù)是最受全球制造業(yè)CEO（首席執(zhí)行官）關(guān)注的一項(xiàng)技術(shù)。表1中的數(shù)據(jù)是由德勤與美國競爭力委員會(huì)在2016年做的調(diào)查，通過對(duì)全球制造業(yè)CEO訪問，對(duì)包括預(yù)測性分析在內(nèi)的多個(gè)先進(jìn)工業(yè)技術(shù)進(jìn)行了排序，排序1到11，1為最高排序，11為最低排序。

　　數(shù)據(jù)來源：德勤與美國競爭力委員會(huì)，《2016年全球制造業(yè)競爭力指數(shù)》。

　　從表1可見，預(yù)測性維護(hù)在美國和中國市場均排在首位。其背后的原因在于，每年制造業(yè)企業(yè)花費(fèi)在設(shè)備維護(hù)上的費(fèi)用開支巨大，但是依舊無法避免設(shè)備的停機(jī)或是因?yàn)樵O(shè)備老化而造成的生產(chǎn)良品率下降。據(jù)ISA數(shù)據(jù)顯示，全球制造商每年因停機(jī)遭受的損失總計(jì)約為6 470 億美元。而在預(yù)測性維護(hù)的產(chǎn)業(yè)中，占市場份額最大的是振動(dòng)傳感器，66%的預(yù)測性維護(hù)系統(tǒng)使用振動(dòng)傳感器抓取設(shè)備的振動(dòng)頻率，并對(duì)振動(dòng)頻譜分析從而做出預(yù)判。

　　2）村田的解決方案

　　村田電子通過向后一體化整合戰(zhàn)略，結(jié)合村田電子在壓電陶瓷振動(dòng)敏感元件的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)和遍布全球的先進(jìn)制造能力，推出了可用于工業(yè)設(shè)備預(yù)測性故障維護(hù)的無線振動(dòng)傳感器。圖1所示是村田電子的無線振動(dòng)傳感器。

　　村田電子推出的無線振動(dòng)傳感器LBAC0ZZ1LZ使用433 MHz無線通信技術(shù)，在工業(yè)現(xiàn)場復(fù)雜環(huán)境下可實(shí)現(xiàn)100 m的穩(wěn)定通信距離。傳感器采用電池供電，小巧靈活，易于現(xiàn)場安裝，避免了現(xiàn)場布設(shè)數(shù)據(jù)線或電源線的困難。傳感器的敏感元件采用的是村田電子的陶瓷壓電元件，體積小巧，可檢測最高10 kHz的振動(dòng)信號(hào)。結(jié)合超低功耗MCU（微控制器），對(duì)采集的振動(dòng)信號(hào)在傳感器端做快速傅里葉變換（FFT）算法。配合村田電子的智能無線網(wǎng)關(guān)使用，可以應(yīng)對(duì)各種復(fù)雜的工業(yè)現(xiàn)場，在100 m的范圍內(nèi)，可支持多達(dá)50個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)接入，為智能化工廠轉(zhuǎn)型助力。

　　1.2 預(yù)測性維護(hù)需要性能穩(wěn)定、超低功耗、超低自噪聲的傳感器

　　1）預(yù)測性維護(hù)的技術(shù)趨勢

　　在工業(yè)傳感器領(lǐng)域，工業(yè)4.0是最熱門的詞匯之一。這個(gè)主題非常復(fù)雜，因此許多傳感器技術(shù)將會(huì)變得更加重要。最強(qiáng)勁的增長可能出現(xiàn)在氣體、壓力、震動(dòng)、濕度、溫度和光學(xué)傳感器等領(lǐng)域。

　　結(jié)合工業(yè)4.0，預(yù)測性維護(hù)可能是最令人關(guān)注的話題。通過監(jiān)測工業(yè)機(jī)器的性能及其狀態(tài)，以備故障發(fā)生的提前預(yù)防，這需要智能地結(jié)合使用不同的傳感器。根據(jù)對(duì)發(fā)現(xiàn)潛在故障的早晚時(shí)間需要，可以使用超聲波、加速度或麥克風(fēng)傳感器。

　　這類產(chǎn)品的普遍技術(shù)趨勢要求是更高的熱穩(wěn)定性、超低功耗、超低自噪聲（高SNR）、低失真以及先進(jìn)的數(shù)字功能。

　　2）儒卓力的解決方案

　　儒卓力的目標(biāo)不僅僅是銷售單一的產(chǎn)品，而且是在從創(chuàng)意階段到產(chǎn)品生命周期結(jié)束的過程中為客戶提供支持服務(wù)。在了解應(yīng)用及其特定需求后，儒卓力嘗試優(yōu)化PCB（印制板），因此儒卓力使用現(xiàn)有的通用實(shí)踐場景，把應(yīng)用必需的不同產(chǎn)品組合起來。

　　大多數(shù)情況下，傳感器應(yīng)用需要一個(gè)微控制器、無線組件和至少一個(gè)顯示器件。而儒卓力為客戶提供一站式的服務(wù)，讓客戶不僅可以從儒卓力獲取所有的這些器件，甚至其他更多的資源。

　　此外，儒卓力還擁有自己的開發(fā)實(shí)驗(yàn)室，結(jié)合最新的市場趨勢，有針對(duì)性地設(shè)計(jì)并開發(fā)相關(guān)的演示板，以幫助客戶顯著地縮短開發(fā)時(shí)間。

　　2 工業(yè)傳感器的熱點(diǎn)產(chǎn)品

　　2.1 用于精密振動(dòng)測量的加速度計(jì)及模塊

　　工業(yè)4.0的浪潮正在興起。眾所周知，工業(yè)4.0有著大量的承諾，其中包括生產(chǎn)力和安全性的指數(shù)級(jí)改進(jìn)。如何實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)力和安全性的大幅提升呢？這其中工業(yè)條件監(jiān)測將發(fā)揮重要作用，而傳感器在其中將扮演關(guān)鍵角色。振動(dòng)是機(jī)器診斷的關(guān)鍵要素之一，已被可靠地運(yùn)用于監(jiān)控各種工業(yè)應(yīng)用中的最關(guān)鍵設(shè)備。

　　1）高精度的振動(dòng)加速度計(jì)

　　振動(dòng)測量可以使用放置在被監(jiān)測元件附近的加速度計(jì)進(jìn)行。這種傳感器可以是壓電式，也可以是MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）類型，后者更具優(yōu)勢，不僅可以在低頻率下提供更好的響應(yīng)，而且體積小巧。

　　以滾珠軸承故障監(jiān)測為例，每次滾珠碰觸到開裂處或者觸碰到內(nèi)環(huán)或外環(huán)的缺陷位置，就會(huì)發(fā)生撞擊，引起振動(dòng)，甚至導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)軸輕微移位。撞擊發(fā)生的頻率由轉(zhuǎn)動(dòng)速度，以及滾珠的數(shù)量和直徑?jīng)Q定。一旦故障出現(xiàn)，撞擊有時(shí)候會(huì)產(chǎn)生可以聽見的聲音，即沖擊波，表現(xiàn)為低能量譜分量和相對(duì)較高的頻率，通常大于5 kHz，而且總是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過基本的旋轉(zhuǎn)頻率。只有低噪聲、高帶寬加速度計(jì)（例如ADI公司的ADXL100x）才能測量與首個(gè)故障信號(hào)相對(duì)應(yīng)的頻譜線。

　　2）測量模塊的解決方案

　　盡管諸如ADXL100x系列加速度計(jì)具有寬帶寬和低噪聲特點(diǎn)。但是，它們采用單軸，需要配備相關(guān)的處理電子設(shè)備。為了簡化設(shè)計(jì)，ADI越來越多地提供從組件到完整功能模塊產(chǎn)品。例如ADI公司提供了一套完整的解決方案，采用 ADcmXL3021型號(hào)實(shí)施三軸測量。這款3.3 V電源電壓產(chǎn)品包括3個(gè)基于ADXL1002的測量鏈、1個(gè)溫度傳感器、1個(gè)處理器和1個(gè)FIFO（先入先出）。整個(gè)裝置封裝在一個(gè)鋁殼 (23.7 mm×26.7mm×12 mm) 內(nèi)，可以即時(shí)安裝在旋轉(zhuǎn)機(jī)器上。該產(chǎn)品的全尺寸為±50 g，具有僅25 μg/√Hz的極低噪聲水平和10 kHz帶寬，這些特點(diǎn)使其能在大量應(yīng)用中捕捉振動(dòng)特征。

　　信號(hào)處理模塊不僅包括一個(gè)具有32個(gè)系數(shù)的可配置FIR（有限沖擊響應(yīng)）濾波器，還包括一個(gè)每軸2 048個(gè)節(jié)點(diǎn)的FFT（快速傅里葉變換）函數(shù)，用于對(duì)振動(dòng)進(jìn)行頻譜分析。再將用這種方法計(jì)算得出的頻譜的每個(gè)頻率級(jí)別與可配置的報(bào)警閾值（每軸6個(gè)）進(jìn)行對(duì)比。如果頻譜組件過于密集，就會(huì)生成警報(bào)。該產(chǎn)品還可以通過SPI（串行外設(shè)接口）與主機(jī)處理器進(jìn)行交互，提供訪問內(nèi)部寄存器以及一組用戶可配置的函數(shù)的權(quán)限，包括先進(jìn)的數(shù)學(xué)函數(shù)，例如計(jì)算平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差、最大值、波峰因素和峰度（四階動(dòng)力矩，支持測量振動(dòng)的銳度）。利用這些機(jī)器健康狀況的深入見解，可以提高生產(chǎn)力和效率，最大限度地延長正常運(yùn)行時(shí)間，加速實(shí)現(xiàn)工業(yè) 4.0。

　　2.2 毫米波傳感器的應(yīng)用潛力巨大

　　1）毫米波傳感器的發(fā)展趨勢

　　可用于工業(yè)領(lǐng)域的傳感器種類很多，它們各自有各特點(diǎn)。而近年來，TI在發(fā)力毫米波傳感器(mmWaveSensor)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，走在行業(yè)的前列。

　　T I 目 前 發(fā) 布 的 毫 米波傳感器，可工作于77GHz頻段（諸如IWR1642芯片等）和60 GHz頻段（IWR6843芯片），適配于各種工業(yè)場景的應(yīng)用，包含室內(nèi)室外各種應(yīng)用場景：從無人機(jī)、智能交通、安防監(jiān)控領(lǐng)域，到工業(yè)機(jī)器人、工廠自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化、智慧家居以及醫(yī)療看護(hù)等領(lǐng)域，毫米波傳感器都大有用武之地。

　　TI毫米波傳感器基于多輸入多輸出（MIMO）的調(diào)頻連續(xù)波（FMCW），精確感知目標(biāo)的相對(duì)距離、相對(duì)速度、空間位置角度、材質(zhì)（通過雷達(dá)散射截面積RCS來表述）等各項(xiàng)參數(shù)，并且隨著技術(shù)的發(fā)展，可以對(duì)目標(biāo)分類和成像。

　　毫米波傳感器在工作時(shí)不會(huì)受到周圍環(huán)境的光照、氣候等環(huán)境因素的顯著影響，可以安裝在塑料面板、石膏板等材料的后面，不會(huì)破壞工業(yè)設(shè)計(jì)與造型的美觀度；隨著系統(tǒng)信噪比的不斷提升，毫米波傳感器的輻射功率也被控制在非常安全的范圍里，在許多的室內(nèi)與家庭應(yīng)用中，TI毫米波傳感器的電磁輻射功率已經(jīng)遠(yuǎn)小于人們常用的Wi-Fi設(shè)備，而且在60 GHz或者77 GHz頻段，人體的體表皮膚對(duì)電磁波的反射率非常的高，大部分的輻射能量（超過60%）是被人體的皮膚直接反射回去而非能量吸收，事實(shí)上對(duì)人體而言是非常安全的。

　　也正是由于這些原因，可以預(yù)見在不久的將來，毫米波傳感器將會(huì)迅速地普及到工業(yè)與民用的各個(gè)領(lǐng)域中，例如電子設(shè)備（諸如手機(jī)或者燈光）的手勢控制、人體的體征探測（非接觸式呼吸與心率的探測）、居家看護(hù)的人體運(yùn)動(dòng)與姿態(tài)檢測（比如老人摔倒的事件）、智能自動(dòng)門控系統(tǒng)（可以感知到人的行動(dòng)意圖從而決定是否真的需要為您開門）、掃地機(jī)器人的自我定位與環(huán)境感知、建筑物與橋梁的輕微震動(dòng)監(jiān)測、樓宇電梯的運(yùn)行速度控制、河流與液位管道的防災(zāi)監(jiān)控（液位高低的測量以及地質(zhì)災(zāi)害引起的液面波動(dòng)監(jiān)測）等等，有越來越多的應(yīng)用可以通過毫米波傳感器來實(shí)現(xiàn)。

　　2）TI的相關(guān)技術(shù)創(chuàng)新

　　TI在業(yè)內(nèi)率先推出了基于RF（射頻）CMOS制程的毫米波傳感器，產(chǎn)品的集成度非常高，單顆芯片內(nèi)集成了射頻模塊、高速高精度數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、射頻信號(hào)處理（3D FFT）硬件加速模塊、高速DSP（數(shù)字信號(hào)處理器）模塊、芯片微控制器（MCU）模塊、各種信號(hào)輸入/輸出單元模塊，使得產(chǎn)品的性價(jià)比非常高，而且也是因?yàn)榧啥雀?，降低了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的門檻（各種高速信號(hào)鏈都已經(jīng)集成在一個(gè)單芯片內(nèi)，為毫米波傳感器的系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)帶來便利）。TI還準(zhǔn)備推出基于片上天線（AOP）的單芯片毫米波傳感器，目前IWR6843AOP的工程樣片和開發(fā)板（EVM）已經(jīng)可以提供給客戶。

　　2.3 工業(yè)用CMOS圖像傳感器的發(fā)展動(dòng)向

　　隨著視覺信息在工業(yè)應(yīng)用中變得愈發(fā)重要，未來CMOS圖像傳感器將從工業(yè)應(yīng)用中獲得巨大發(fā)展機(jī)遇。目前已有不少工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用中使用了CMOS圖像傳感器。然而隨著應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，CMOS圖像傳感器也面臨著諸多挑戰(zhàn)，解決這些挑戰(zhàn)正是未來CMOS傳感器發(fā)展的主要技術(shù)動(dòng)向。

　　1）加快產(chǎn)品迭代滿足不斷提升的分辨率需求

　　在工業(yè)應(yīng)用中，CMOS圖像傳感器非常重要的應(yīng)用之一便是自動(dòng)光學(xué)檢測（AOI，Automated OpticalInspection）。在顯示面板檢測、PCB檢測等諸多應(yīng)用中，人工檢測已無法勝任，只有依靠自動(dòng)光學(xué)。而隨著面板尺寸和分辨率、PCB電路復(fù)雜度等的提升，檢測用CMOS圖像傳感器的像素要求也在不斷提升。

　　以顯示面板檢測為例，配套的AOI用CMOS圖像傳感器像素正在不斷提升——從5 MP到12 MP，再到2018年主流的20 MP，以及今年開始廣泛使用的50 MP像素。

　　思特威目前正針對(duì)這一趨勢，設(shè)計(jì)開發(fā)分辨率更高的產(chǎn)品，以幫助工業(yè)用戶滿足其在AOI應(yīng)用上的需求。

　　2）全局快門解決高速運(yùn)動(dòng)下的圖像變形問題

　　由于CMOS圖像傳感器逐行掃描式的成像原理，當(dāng)成像物體高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生“果凍效應(yīng)”，導(dǎo)致成像變形。而在高速運(yùn)動(dòng)的生產(chǎn)線上，“果凍效應(yīng)”嚴(yán)重影響了CMOS圖像傳感器的應(yīng)用。

　　因 此 ， 業(yè) 界 推 出 了 “ 全 局 快 門 ” （ G l o b a lShutter）的概念。通過整片CMOS圖像傳感器整體曝光，可實(shí)現(xiàn)高速物體成像無變形的效果，這對(duì)目前炙手可熱的機(jī)器視覺與圖像識(shí)別算法的實(shí)現(xiàn)至關(guān)重要。

　　當(dāng)然，全局快門只是一個(gè)技術(shù)點(diǎn)，目前思特威的SmartGS系列產(chǎn)品將BSI（Backside Illuminated，背照式）、單幀HDR等技術(shù)應(yīng)用于全局快門CMOS圖像傳感器中，面向工業(yè)推出了多款具有競爭力的產(chǎn)品，未來還將繼續(xù)研發(fā)及發(fā)布更高性能的產(chǎn)品。

　　3）獨(dú)特技術(shù)優(yōu)勢應(yīng)對(duì)復(fù)雜光照條件

　　在很多工業(yè)應(yīng)用環(huán)境中，由于環(huán)境或其他因素的限制，往往存在十分復(fù)雜的光照條件，例如低光照、明暗對(duì)比極大等情況。這就要求所采用的CMOS圖像傳感器擁有非常優(yōu)秀的低光照性能和高動(dòng)態(tài)范圍（HDR）性能。

　　思特威在低光照、HDR等方面擁有不俗的技術(shù)優(yōu)勢，而通過將這些技術(shù)優(yōu)勢應(yīng)用于工業(yè)用CMOS圖像傳感器產(chǎn)品，思特威先后推出了具有高感度和HDR功能的CMOS傳感器產(chǎn)品SC2210、SC4210。這兩款產(chǎn)品主要針對(duì)復(fù)雜環(huán)境，能夠?qū)崿F(xiàn)具備高適應(yīng)性的成像性能。

　　4）創(chuàng)新工藝助力芯片適應(yīng)惡劣工作條件

　　提到工業(yè)應(yīng)用，嚴(yán)苛的工作溫度是所有相關(guān)傳感器不可回避的問題之一。傳統(tǒng)CMOS圖像傳感器芯片的工作溫度范圍往往不能滿足工業(yè)應(yīng)用的需求，這就要求CMOS圖像傳感器芯片設(shè)計(jì)者從設(shè)計(jì)、制造、封裝等多個(gè)層面出發(fā)，擴(kuò)大工作溫度。

　　2019年7月，思特威發(fā)布了兩款全新工業(yè)級(jí)CMOS圖像傳感器——SC2310T與SC4210T。這兩款產(chǎn)品兼具思特威獨(dú)特的像素技術(shù)與業(yè)界領(lǐng)先的工作溫度范圍，能夠?yàn)閻毫庸ぷ鳝h(huán)境中的應(yīng)用提供超低光照條件下的優(yōu)異成像性能，以及高達(dá)100 dB的動(dòng)態(tài)范圍。3 工業(yè)傳感器的整體趨勢探討

　　3.1 工業(yè)傳感器的高精度、綜合化和智能化

　　1）整體傳感器的動(dòng)向：高精度、綜合化、智能化

　　在工業(yè)4.0及智慧城市等市場的驅(qū)動(dòng)下，ST在運(yùn)動(dòng)傳感器（加速計(jì)、陀螺儀、磁力計(jì)）和環(huán)境傳感器（溫度計(jì)、濕度計(jì)、氣壓計(jì)、硅麥克風(fēng)）上持續(xù)投入 ^[1] ?；?0多年MEMS產(chǎn)品設(shè)計(jì)和市場經(jīng)驗(yàn)的積累，ST（意法半導(dǎo)體）認(rèn)為工業(yè)市場對(duì)于傳感器提出了更高精度、更加綜合、更加智能化的需求。

　　為了助力智能工業(yè)，ST已經(jīng)發(fā)布了很多針對(duì)工業(yè)市場的高精度傳感器。它們中有具備超高帶寬（5kHz）的加速計(jì)可以檢測到高頻振動(dòng)，從而對(duì)工業(yè)設(shè)備做出有效的預(yù)測性維護(hù)；也有基于陶瓷封裝技術(shù)的加速計(jì)具有高精度、高穩(wěn)定性（<0.075 mg/℃）及超寬溫度范圍（-40 ℃~+105℃），可以保證產(chǎn)品的安裝精度或檢測橋梁建筑物的傾斜角度。

　　在很多工業(yè)應(yīng)用場景里，客戶經(jīng)常會(huì)既有運(yùn)動(dòng)傳感器的需求（比如檢測碰撞和跌落），又有環(huán)境傳感器的需求（監(jiān)測環(huán)境的溫度）。針對(duì)這樣的多樣化要求，ST將加速計(jì)和溫度計(jì)封裝到一顆芯片中，從而給系統(tǒng)帶來了更加簡單的設(shè)計(jì)和更加小的尺寸。

　　很多工業(yè)客戶希望傳感器能更加智能化，不僅能從工業(yè)設(shè)備上采集到原始數(shù)據(jù)，更希望能告訴系統(tǒng)其數(shù)據(jù)背后的含義；也希望能通過大量設(shè)備收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化，從而讓設(shè)備工作得更有效率。ST將人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)的概念也帶到了傳感器中，將上述設(shè)想變成了現(xiàn)實(shí)。

　　2）ST的“X”戰(zhàn)略

　　最近ST發(fā)布了 一 系列“ X ”傳感器（ 例 如ISM330DHCX、IIS2ICLX等），該系列傳感器具有增強(qiáng)的機(jī)器學(xué)習(xí)核心（Core），并且可以支持可編程狀態(tài)機(jī)（Finite State Machine）。通過這些功能，傳感器可以預(yù)設(shè)告警條件，一旦采集到的數(shù)據(jù)滿足預(yù)設(shè)條件則可以自行向系統(tǒng)告警；也可以設(shè)置幾種工作模式，然后通過不同設(shè)備采集到的大數(shù)據(jù)對(duì)工作模式的細(xì)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化，從而令系統(tǒng)更加智能。

　　3.2 工業(yè)需要豐富多樣的傳感器及融合產(chǎn)品

　　受訪人：莫仕 工業(yè)解決方案業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理 LindaShan

　　1）IIoT所需傳感器的總體特點(diǎn)超高效率的工業(yè)自動(dòng)化將需要采用IIoT（工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)）支持的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)這一技術(shù)將需要一系列傳感器來監(jiān)測環(huán)境條件，包括溫度、壓力、振動(dòng)、濕度和聲學(xué)。這些類型的傳感器已經(jīng)被廣泛采用，并持續(xù)增長。

　　IIoT的增長還將推動(dòng)對(duì)機(jī)器視覺的需求，這將要求光學(xué)傳感器能支持具有極高幀速率（通常超過 1000 幀/s）的攝像機(jī)，以便近乎實(shí)時(shí)地傳輸高速工業(yè)過程的流媒體視頻。

　　在制造無人機(jī)（UAV）在過程中有無數(shù)的應(yīng)用。其中，精確導(dǎo)航需要使用加速度計(jì)、陀螺儀、磁力儀、氣壓傳感器等，其中許多都結(jié)合在慣性測量單元等“傳感器融合”設(shè)備中。這將帶來高需求和長期增長。

　　印刷傳感器的使用，例如Molex（莫仕）印刷電子產(chǎn)品Soligie生產(chǎn)線上的傳感器，將加快生產(chǎn)速度，同時(shí)降低成本。

　　2）莫仕的解決方案

　　莫仕最近與Contrinex合作，后者生產(chǎn)用于工廠自動(dòng)化、安全和RFID（射頻識(shí)別）系統(tǒng)的傳感器，現(xiàn)在可以為產(chǎn)品設(shè)計(jì)師提供多種感應(yīng)式和光電傳感器。這些設(shè)備中的大多數(shù)都具有強(qiáng)大的ASIC（專用集成電路），適用于一流的操作距離和較長的傳感器壽命。

　　針對(duì)惡劣的環(huán)境，產(chǎn)品組合包括IP67、68和69K級(jí)別的產(chǎn)品以及符合Ecolab標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。感應(yīng)范圍還包括一些非常強(qiáng)大的設(shè)備，例如具有機(jī)油一體式不銹鋼外殼，以及一些耐鹽水和其他具有焊接現(xiàn)場防護(hù)功能的設(shè)備。廣泛的光電范圍包括有專利UV（紫外線）技術(shù)的透明物體傳感器，以及顏色和對(duì)比度傳感器。

　　空間有限，莫仕可提供直徑僅為3 mm（感應(yīng)式）或4 mm（光電式）的小型獨(dú)立設(shè)備的作為選擇。與大多數(shù)組合中的傳感器一樣，這些微型設(shè)備也具有可選的IO-Link接口，用于遠(yuǎn)程傳感器教學(xué)、調(diào)整和監(jiān)控。通過IO-Link接口，傳感器處理和輸出數(shù)據(jù)可以無縫地集成到一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)中，用于持續(xù)監(jiān)測和診斷。

　　3.3 工業(yè)自動(dòng)化和智能工廠用傳感器探析

　　1）工業(yè)傳感器的技術(shù)動(dòng)向

　　Allegro MicroSystems（以下簡稱Allegro）的創(chuàng)新傳感解決方案正在推動(dòng)工業(yè)技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，從叉車中的精確速度傳感器到變頻驅(qū)動(dòng)器，以及精密控制的工廠和倉庫機(jī)器人等，都可以看到Allegro創(chuàng)新傳感的廣泛應(yīng)用。

　　在工業(yè)領(lǐng)域，一個(gè)趨勢是自動(dòng)化的深度和廣度都在不斷提高。在倉庫和廠房領(lǐng)域，許多公司都在轉(zhuǎn)向多層建筑以節(jié)省房地產(chǎn)成本，并靠近人口稠密的城市，這就需要更先進(jìn)的電梯、叉車和機(jī)器人等設(shè)備。但是，在這些自動(dòng)化設(shè)備周圍，也會(huì)有一些人在進(jìn)行各種操作。為了保證人員和設(shè)施的安全，并保證生產(chǎn)活動(dòng)的正常進(jìn)行，需要始終確保這些設(shè)備安全運(yùn)行。

　　安全正成為智能工廠的首要任務(wù)。預(yù)防性維護(hù)不僅有助于降低計(jì)劃外的維護(hù)/維修成本，還可以通過減少關(guān)鍵組件可能發(fā)生的故障來保證工廠中人員和設(shè)備的安全。例如，Allegro的霍爾和GMR（巨磁電阻）速度傳感器可以識(shí)別齒輪速度的降低，這種速度降低可能預(yù)示即將發(fā)生軸承故障。Allegro的電流傳感器可以檢測到過流狀況，而這種過流通常由過載電機(jī)引起，因而該檢測功能可增加額外的安全保護(hù)，防止對(duì)設(shè)備或人員造成傷害。電流傳感器還可用于監(jiān)控電機(jī)電流波形，并提供預(yù)測性維護(hù)和高級(jí)診斷信息，從而提高電機(jī)的整體效率和壽命。

　　除了上述安全挑戰(zhàn)之外，工業(yè)自動(dòng)化和智能工廠也正在普遍地面臨從機(jī)械系統(tǒng)過渡到高度復(fù)雜的電子系統(tǒng)，這要求制造商在電子系統(tǒng)的開發(fā)和維護(hù)方面具有精深的專業(yè)知識(shí)。Allegro開發(fā)了一些創(chuàng)新的高集成度解決方案，使客戶能更輕松地設(shè)計(jì)先進(jìn)、高效、功能強(qiáng)大的傳感系統(tǒng)。從電流傳感器到速度和線性傳感器，在Allegro所有傳感器產(chǎn)品系列中都可以看到這些優(yōu)勢。Allegro的目標(biāo)是在提高系統(tǒng)性能和可靠性的同時(shí)，幫助客戶減少電路板所需的元器件數(shù)量，簡化工藝設(shè)計(jì)和元器件采購管理。

　　此外，在工業(yè)領(lǐng)域也面臨著提高能源效率和減少碳排放的挑戰(zhàn)，在世界各地都是如此，特別是在亞洲。預(yù)計(jì)未來十年后能源需求將超過供給，因此，工業(yè)制造商需要采用低功耗的解決方案來應(yīng)對(duì)可能的能源短缺。可持續(xù)性發(fā)展是Allegro追求的目標(biāo)，其正在努力探尋更具創(chuàng)新的技術(shù)來提高能源效率。

　　2）Allegro的解決方案

　　Allegro最新的電流傳感器IC（集成電路）即是用于工業(yè)和工廠自動(dòng)化領(lǐng)域的創(chuàng)新典范，這些完全集成的解決方案可提供優(yōu)異的性能、更小的占位面積和更多的功能，同時(shí)可簡化PCB布局，并消除由于設(shè)計(jì)中的零部件擁擠而導(dǎo)致的潛在可能故障。所有這些解決方案都具有非常有競爭力的價(jià)格和功能，能滿足市場的需求。

　　Allegro的ACS720系列就是一個(gè)例子，它是一種易于使用且功效很高的解決方案，具有極低的電阻，理想適合于客戶在工廠車間實(shí)現(xiàn)“綠色”解決方案的設(shè)計(jì)目標(biāo)。ACS720的一個(gè)應(yīng)用案例是變頻驅(qū)動(dòng)器（VFD），該解決方案只需非常低的功率損耗即可實(shí)現(xiàn)電流感測，提供可提高性能和效率的優(yōu)化算法，利用該系列傳感器能夠進(jìn)行高精度的電機(jī)控制。

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　　[3]王瑩.光探測器、傳感器預(yù)見未來.電子產(chǎn)品世界[J],2019(1):1-3.

　　本文來源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2019年第10期第8頁，歡迎您寫論文時(shí)引用，并注明出處。