市場(chǎng)分析公司Nano Markets發(fā)表的“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)用傳感器市場(chǎng)”報(bào)告就將工廠自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化、智能電網(wǎng)和公共交通等作為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，并預(yù)測(cè)到2019年之前這一領(lǐng)域每年消費(fèi)的傳感器將超過(guò)200億美元。
VDC Research公司的2014年工業(yè)自動(dòng)化和傳感器戰(zhàn)略觀察報(bào)告指出，今后的技術(shù)人員和維護(hù)人員將越來(lái)越多地使用強(qiáng)大的平板電腦收集和處理來(lái)自工業(yè)機(jī)械中集成的傳感器發(fā)出的信息。VDC還估計(jì)到2018年全球僅位置傳感器市場(chǎng)就將超過(guò)80億美元。
工業(yè)傳感應(yīng)用
使用電位計(jì)、光學(xué)、磁學(xué)、霍爾效應(yīng)、磁阻和感應(yīng)等技術(shù)都可以實(shí)現(xiàn)位置檢測(cè)。市場(chǎng)上有各種感應(yīng)傳感器，包括能夠測(cè)量位移和位置的線性和旋轉(zhuǎn)可變差動(dòng)變壓器(LVDT/RVDT)。
感應(yīng)傳感器體積非常小，不需要使用電路，因此非常適合諸如渦輪閥門、軍用和航空設(shè)備以及部署在惡劣環(huán)境中的工業(yè)過(guò)程控制器等應(yīng)用。
另外，具有內(nèi)置預(yù)校準(zhǔn)信號(hào)調(diào)節(jié)功能的LVDT和RVDT有助于簡(jiǎn)化外部電路和系統(tǒng)集成。兼容性的控制與儀表模塊則可進(jìn)一步簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。
另一方面，光學(xué)-微型傳感器是非接觸型光學(xué)接近或位置檢測(cè)應(yīng)用的理想之選。市場(chǎng)上的這種傳感器有各種各樣的配置，比如帶或不帶致動(dòng)器的，或帶用于定制致動(dòng)器的成型安裝點(diǎn)的。
傳感器還有其它多種選項(xiàng)可以用來(lái)滿足不同的要求，比如有帶原始光電晶體管輸出或內(nèi)置放大器的傳感器，有采用螺絲安裝或推合安裝方式的，有通過(guò)PCB引腳或微型電纜連接器實(shí)現(xiàn)電氣連接的，以及提供有光開或無(wú)光開開關(guān)極性的傳感器等等。另外，設(shè)備設(shè)計(jì)師必須選擇孔徑大小和檢測(cè)距離來(lái)滿足目標(biāo)應(yīng)用的需求。
濁度測(cè)量是光學(xué)傳感技術(shù)的又一種有趣的應(yīng)用，可以用來(lái)量化液體中懸浮的固體小顆粒。這些應(yīng)用包括控制各種工業(yè)過(guò)程，比如釀造、采水、制藥生產(chǎn)、凈化或在水產(chǎn)養(yǎng)殖中用來(lái)監(jiān)視海水質(zhì)量或研究水生動(dòng)物的棲息環(huán)境。
我們可以測(cè)量通過(guò)液體觀察光源變模糊所需的液體深度來(lái)量化濁度指標(biāo)。在這種情況下，濁度用杰克遜濁度單位(JTU)來(lái)表示。比濁法濁度單位(NTU)是一種更加現(xiàn)代的測(cè)量方法，它使用沿光源布置的檢測(cè)器來(lái)評(píng)估被液體中的小顆粒散射的光線。
濁度儀表將一個(gè)或多個(gè)傳感器與數(shù)據(jù)采集和用戶界面子系統(tǒng)整合在一起，市場(chǎng)上有各種各樣的類型，比如實(shí)驗(yàn)室使用的手持式或臺(tái)式儀表，或用于工廠和工藝用途的內(nèi)嵌儀表等。
圖中所示的傳感技術(shù)和濁度檢測(cè)模塊使用光電晶體管和二極管來(lái)測(cè)量光線在樣本液體中的傳輸。這種基本的傳感器非常適合家用電器使用，并且有助于降低能耗，比如檢測(cè)衣服何時(shí)干凈可以縮短洗衣時(shí)間。
圖：整合式光學(xué)濁度傳感器和溫度檢測(cè)模塊使用光電晶體管和二極管來(lái)測(cè)量光線在樣本液體中的傳輸。
對(duì)于溫度傳感來(lái)說(shuō)，熱敏電阻被公認(rèn)為是非?？煽亢头€(wěn)健的一種方法，它具有適合工業(yè)、采暖通風(fēng)空調(diào)(HVAC)、醫(yī)療、軍事/航空等應(yīng)用的各種溫度范圍。封裝和連接類型是很重要的標(biāo)準(zhǔn)，有助于簡(jiǎn)化設(shè)備的設(shè)計(jì)。舉例來(lái)說(shuō)，管鉗探頭可以直接安裝在熱水管的外面，從而幫助設(shè)備設(shè)計(jì)師消除安裝介入式探頭所需的鉆孔和密封等代價(jià)高昂的步驟。這些探頭非常方便使用，不需要購(gòu)買或設(shè)計(jì)獨(dú)立的安裝夾具。設(shè)計(jì)師還能為各種應(yīng)用選擇外螺紋探頭或一體成型探頭，或者為諸如鍋爐等設(shè)備中的浸入式監(jiān)視選擇內(nèi)螺紋探頭。另外，采用芯片封裝或陶瓷及玻璃封裝的板載溫度傳感器支持在控制模塊的外殼內(nèi)完整地實(shí)現(xiàn)局部溫度檢測(cè)，并有助于節(jié)省到外部傳感器的連接。
檢查工廠設(shè)備的維護(hù)人員可能經(jīng)常要尋找異常振動(dòng)的證據(jù)，以便檢測(cè)在軸承等部件中的過(guò)度磨損情況。振動(dòng)可以用壓容傳感器進(jìn)行測(cè)量，這種傳感器的電容變化正比于施加在上面的加速度值。標(biāo)稱電容一般是幾百個(gè)pF，而電荷靈敏度范圍可以從幾個(gè)fC/ms-2 (毫微微庫(kù)侖每米每秒平方)到幾十個(gè)fC/ms-2。壓容傳感器經(jīng)常被封裝為微型的芯片級(jí)板載器件，能夠提供相對(duì)于電路板0°、25°或90°的角度檢測(cè)結(jié)果。
這些傳感器也可用于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)硬盤驅(qū)動(dòng)器中的自由跌落保護(hù)。除了自由跌落傳感器外，還有兩個(gè)正交放置的傳感器可以用來(lái)產(chǎn)生監(jiān)視電機(jī)旋轉(zhuǎn)振動(dòng)的差分信號(hào)。它們還被用于供應(yīng)鏈應(yīng)用中，比如記錄設(shè)備或產(chǎn)品在運(yùn)輸過(guò)程中遭受的撞擊。
作為芯片級(jí)傳感器的替代產(chǎn)品，面板安裝型振動(dòng)傳感器是一種IP67標(biāo)準(zhǔn)的部件，允許在安保系統(tǒng)中的敏感性設(shè)備中使用。當(dāng)發(fā)生地震等事件或檢測(cè)到其它意外沖擊時(shí)，這些傳感器可以用來(lái)緊急關(guān)斷電源。面板安裝傳感器也是傾斜應(yīng)用的理想之選，可以在游戲機(jī)、自由販賣機(jī)或智能儀表中用來(lái)防止篡改數(shù)據(jù)或惡意破壞。
工業(yè)中的安保系統(tǒng)很可能采用壓力傳感器實(shí)現(xiàn)各種目的，比如限壓閥或煤氣泄漏檢測(cè)應(yīng)用中的各種目的?？煽柯?lián)網(wǎng)的壓力傳感器對(duì)煤氣供應(yīng)事業(yè)公司來(lái)說(shuō)也很有價(jià)值，可在基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備和智能儀表中使用。
使用電容檢測(cè)技術(shù)的固態(tài)壓力開關(guān)是工業(yè)應(yīng)用和智能計(jì)量應(yīng)用的理想之選，還可用于連續(xù)正氣壓(CPAP)設(shè)備和人工呼吸機(jī)等醫(yī)療設(shè)備中。使用MEMS檢測(cè)技術(shù)的設(shè)備則提供了另外一種途徑，它們具有寬壓力檢測(cè)范圍和低供電電流等優(yōu)勢(shì)。
樓宇自動(dòng)化中的傳感器
智能建筑作為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的另外一個(gè)方面，有助于減少溫室氣體排放和水電氣費(fèi)用，同時(shí)降低維護(hù)成本，為使用者維持一個(gè)更加舒適的環(huán)境。據(jù)國(guó)際能源管理局估計(jì)，全球住宅和商業(yè)大樓中的電氣照明耗電量占發(fā)電總量的約20%，在2030年前預(yù)計(jì)每年節(jié)省的電量有望超過(guò)2.4EJ。
隨著技術(shù)人員致力于減少能耗，新的樓宇方案也在積極推廣使用自然光，最大限度地減少對(duì)電氣照明的依賴。自動(dòng)調(diào)光技術(shù)可以確保僅最少量的電氣照明用于“補(bǔ)充”日光，并保持一致的照度，從而實(shí)現(xiàn)最大可能的節(jié)能效果。光譜響應(yīng)性能類似于人眼的環(huán)境光線傳感器非常適合于用來(lái)控制電子調(diào)光，并能安裝在開關(guān)等便利的部件或燈具本身之中。
完全關(guān)閉無(wú)人區(qū)域的燈光可以達(dá)到顯著的節(jié)能效果，不過(guò)這并不是什么新的主意了。在燈的開關(guān)旁邊張貼標(biāo)簽、提醒用戶隨時(shí)關(guān)燈是我們很熟悉的做法，但目前的有人居住傳感器可以提供更加經(jīng)濟(jì)更加有效的方法。無(wú)源紅外(PIR)傳感器可以通過(guò)檢測(cè)人體熱量可靠地檢測(cè)是否有人，內(nèi)置放大器和數(shù)字輸出可直接連接主要的微控制器，因此能夠集成進(jìn)智能樓宇網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于電池供電的無(wú)線模塊中用的傳感器來(lái)說(shuō)，低功耗是必需考慮的一個(gè)因素。
有人檢測(cè)技術(shù)還可以用來(lái)改進(jìn)采暖與通風(fēng)系統(tǒng)的控制。雖然實(shí)時(shí)調(diào)整可以顯著節(jié)省能耗，但居住者可能不被允許人工調(diào)整HVAC設(shè)置參數(shù)。采用掛墻或管道安裝方式的智能二氧化碳傳感器可以根據(jù)大樓中各個(gè)區(qū)域的空氣質(zhì)量測(cè)量結(jié)果提供通風(fēng)調(diào)節(jié)信號(hào)。智能傳感器有各種外形尺寸，包括緊湊的管道內(nèi)傳感器和極具吸引力的掛墻式傳感器。
對(duì)HVAC系統(tǒng)中各個(gè)點(diǎn)測(cè)量得到的相對(duì)濕度可用于進(jìn)一步調(diào)節(jié)，以達(dá)到最高的舒適性和最佳的能效。濕度傳感器是通過(guò)測(cè)量諸如薄膜聚合物等敏感元件在吸收水蒸汽時(shí)的阻抗變化進(jìn)行工作的。
物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，特別是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，正在驅(qū)動(dòng)整個(gè)工廠、樓宇和智能電網(wǎng)等基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)更加智能的傳感技術(shù)的需求。如今市場(chǎng)上有種類廣泛的傳感器，它們使用不同的技術(shù)，有各種外形尺寸和封裝類型，都有助于簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，最大限度地降低集成難度，并幫助工程師以極具競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格向市場(chǎng)提供具有吸引力的、容易使用的智能傳感裝置。
轉(zhuǎn)型的最終目的 -提質(zhì)降本增效
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