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，請他們介紹了工業(yè)傳感器的新動向，及其最新的解決方案。

　　關(guān)鍵詞：預(yù)測性維護(hù)；加速度計；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)線停滯會給企業(yè)造成更大的經(jīng)濟(jì)損失。通過振動信號的分析，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在2016年做的調(diào)查，通過對全球制造業(yè)CEO訪問，對包括預(yù)測性分析在內(nèi)的多個先進(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，《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傳感器，66%的預(yù)測性維護(hù)系統(tǒng)使用振動傳感器抓取設(shè)備的振動頻率，并對振動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)的無線振動傳感器。圖1所示是村田電子的無線振動傳感器。

　　村田電子推出的無線振動傳感器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的振動信號。結(jié)合超低功耗MCU（微控制器），對采集的振動信號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。這個主題非常復(fù)雜，因此許多傳感器技術(shù)將會變得更加重要。最強(qiáng)勁的增長可能出現(xiàn)在氣體、壓力、震動、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)對發(fā)現(xiàn)潛在故障的早晚時間需要，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)用需要一個微控制器、無線組件和至少一個顯示器件。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，有針對性地設(shè)計并開發(fā)相關(guān)的演示板，以幫助客戶顯著地縮短開發(fā)時間。

　　2 工業(yè)傳感器的熱點(diǎn)產(chǎn)品

　　2.1 用于精密振動測量的加速度計及模塊

　　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）高精度的振動加速度計

　　振動測量可以使用放置在被監(jiān)測元件附近的加速度計進(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，就會發(fā)生撞擊，引起振動，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)，撞擊有時候會產(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（例如ADI公司的ADXL100x）才能測量與首個故障信號相對應(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，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型號實(shí)施三軸測量。這款3.3 V電源電壓產(chǎn)品包括3個基于ADXL1002的測量鏈、1個溫度傳感器、1個處理器和1個FIFO（先入先出）。整個裝置封裝在一個鋁殼 (23.7 mm×26.7mm×12 mm) 內(nèi)，可以即時安裝在旋轉(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)用中捕捉振動特征。

　　信號處理模塊不僅包括一個具有32個系數(shù)的可配置FIR（有限沖擊響應(yīng)）濾波器，還包括一個每軸2 048個節(jié)點(diǎn)的FFT（快速傅里葉變換）函數(shù)，用于對振動進(jìn)行頻譜分析。再將用這種方法計算得出的頻譜的每個頻率級別與可配置的報警閾值（每軸6個）進(jìn)行對比。如果頻譜組件過于密集，就會生成警報。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)，例如計算平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差、最大值、波峰因素和峰度（四階動力矩，支持測量振動的銳度）。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、工廠自動化、樓宇自動化、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)的相對距離、相對速度、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，可以對目標(biāo)分類和成像。

　　毫米波傳感器在工作時不會受到周圍環(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，不會破壞工業(yè)設(shè)計與造型的美觀度；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，毫米波傳感器將會迅速地普及到工業(yè)與民用的各個領(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)動與姿態(tài)檢測（比如老人摔倒的事件）、智能自動門控系統(tǒng)（可以感知到人的行動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、射頻信號處理（3D FFT）硬件加速模塊、高速DSP（數(shù)字信號處理器）模塊、芯片微控制器（MCU）模塊、各種信號輸入/輸出單元模塊，使得產(chǎn)品的性價比非常高，而且也是因?yàn)榧啥雀?，降低了系統(tǒng)硬件設(shè)計的門檻（各種高速信號鏈都已經(jīng)集成在一個單芯片內(nèi)，為毫米波傳感器的系統(tǒng)硬件設(shè)計帶來便利）。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。

　　思特威目前正針對這一趨勢，設(shè)計開發(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)動時，便會產(chǎn)生“果凍效應(yīng)”，導(dǎo)致成像變形。而在高速運(yùn)動的生產(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，這對目前炙手可熱的機(jī)器視覺與圖像識別算法的實(shí)現(xiàn)至關(guān)重要。

　　當(dāng)然，全局快門只是一個技術(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)計者從設(shè)計、制造、封裝等多個層面出發(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)動下，ST在運(yùn)動傳感器（加速計、陀螺儀、磁力計）和環(huán)境傳感器（溫度計、濕度計、氣壓計、硅麥克風(fēng)）上持續(xù)投入 ^[1] 。基于20多年MEMS產(chǎn)品設(shè)計和市場經(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）的加速計可以檢測到高頻振動，從而對工業(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)常會既有運(yùn)動傳感器的需求（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）。針對這樣的多樣化要求，ST將加速計和溫度計封裝到一顆芯片中，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、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的增長還將推動對機(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、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)用于工廠自動化、安全和RFID（射頻識別）系統(tǒng)的傳感器，現(xiàn)在可以為產(chǎn)品設(shè)計師提供多種感應(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。

　　針對惡劣的環(huán)境，產(chǎn)品組合包括IP67、68和69K級別的產(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)自動化和智能工廠用傳感器探析

　　1）工業(yè)傳感器的技術(shù)動向

　　Allegro MicroSystems（以下簡稱Allegro）的創(chuàng)新傳感解決方案正在推動工業(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，一個趨勢是自動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，在這些自動化設(shè)備周圍，也會有一些人在進(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。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，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，同時可簡化PCB布局，并消除由于設(shè)計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格和功能，能滿足市場的需求。

　　Allegro的ACS720系列就是一個例子，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)計目標(biāo)。ACS720的一個應(yīng)用案例是變頻驅(qū)動器（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。

　　參考文獻(xiàn)

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