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面對(duì)智能工廠的發(fā)展趨勢(shì)，新一代感測(cè)器也不斷進(jìn)行升級(jí)，例如更低的功耗，甚至可以結(jié)合工廠的綠能環(huán)境。

工業(yè)感測(cè)器是工廠自動(dòng)化和工業(yè)4.0的關(guān)鍵組成元件。最常見(jiàn)者包括運(yùn)動(dòng)、環(huán)境和振動(dòng)感測(cè)器等，可用於監(jiān)測(cè)設(shè)備的健康狀況。此外，還有包括線性或角度定位、傾斜感應(yīng)、水準(zhǔn)測(cè)量、衝擊或跌落檢測(cè)等，可滿足智能工廠各不同環(huán)節(jié)的感測(cè)應(yīng)用。

基於MEMS元件的專用工業(yè)運(yùn)動(dòng)感測(cè)器非常適用於工業(yè)4.0的應(yīng)用需求，這種類型的感測(cè)器不止具有更大的機(jī)械頻率感應(yīng)頻寬，還擁有高可靠性、穩(wěn)定的測(cè)量和高達(dá)105℃的精確操作溫度範(fàn)圍。

工業(yè)感測(cè)器系統(tǒng)通常由24V的DC電源供電，這與由3V或5V電源供電的消費(fèi)性裝置系統(tǒng)中的感測(cè)器非常不同。因此，工業(yè)感測(cè)器系統(tǒng)需要額外的電源管理來(lái)有效地驅(qū)動(dòng)感測(cè)裝置。它們將數(shù)位輸出介面（如IO-Link）直接連接到微控制器甚至無(wú)線收發(fā)器。類比數(shù)據(jù)輸出通常由運(yùn)算放大器來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，並與微控制器中的類比數(shù)位轉(zhuǎn)換器（ADC）相連。

工業(yè)自動(dòng)化感測(cè)器

圖一 : 工業(yè)感測(cè)器是工廠自動(dòng)化的關(guān)鍵組成元件。最常見(jiàn)者包括運(yùn)動(dòng)、環(huán)境和振動(dòng)感測(cè)器等。

有幾種類型的工業(yè)感測(cè)器類型，包括以下幾種：

溫度感測(cè)器

溫度感測(cè)器可以感測(cè)從正係數(shù)類型設(shè)備到負(fù)係數(shù)類型設(shè)備，以及RTD（電阻溫度檢測(cè)器）的變化量。

正溫度係數(shù)（PTC）熱敏電阻是具有正溫度係數(shù)的電阻器，因此電阻隨溫度增加。這通常用矽材料來(lái)構(gòu)建，以提供線性特性。相反，開(kāi)關(guān)型PCT熱敏電阻具有非線性溫度測(cè)量曲線。當(dāng)熱敏電阻加熱時(shí)，電阻會(huì)降低，直到達(dá)到臨界溫度，之後溫度會(huì)升高。

它們通常用於工業(yè)設(shè)備中的電動(dòng)機(jī)組以及監(jiān)控繼電器，以提供過(guò)熱保護(hù)以防止絕緣損壞。非線性響應(yīng)曲線在最大允許的溫度下電阻顯著增加，觸發(fā)繼電器以防止過(guò)熱。然後，這可以鏈接到無(wú)線感測(cè)器網(wǎng)絡(luò)。

負(fù)溫度係數(shù)（NTC）熱敏電阻，其電阻隨溫度降低，在0℃至70℃的正負(fù)0.1℃或0.2℃的寬溫度範(fàn)圍內(nèi)具有精確的準(zhǔn)確度，且具有長(zhǎng)期穩(wěn)定性。這些通常用於IIoT和智能工廠的熱敏電阻探頭組件，可應(yīng)用於故障診斷。熱敏電阻感測(cè)元件可用於監(jiān)控與無(wú)線感測(cè)器系統(tǒng)連接的各種系統(tǒng)。

圖二 : 在高科技工廠中，工業(yè)感測(cè)器在處理系統(tǒng)的精度和可靠性方面發(fā)揮著不可或缺的作用。

距離（接近）感測(cè)器

電感式接近感測(cè)器可以檢測(cè)附近的金屬，使人機(jī)界面（HMI）更安全。有2和3線DC版本以及帶有單獨(dú)放大器的感測(cè)器，用於高速操作。雷射測(cè)距（雷射雷達(dá)）感測(cè)器可以在一維空間中用於物體檢測(cè)，例如在輸送線上用作紅外線運(yùn)動(dòng)感測(cè)器。2D雷射雷達(dá)感測(cè)器可用作位置感測(cè)器，以識(shí)別生產(chǎn)線中零件的位置。

震動(dòng)感測(cè)器

振動(dòng)感測(cè)器可以使用MEMS加速度計(jì)或壓電晶體來(lái)測(cè)量振動(dòng)頻率，並根據(jù)被監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的諧波進(jìn)行調(diào)諧。震動(dòng)感測(cè)器為故障診斷提供重要的數(shù)據(jù)採(cǎi)集，而加速度計(jì)可用作運(yùn)動(dòng)感測(cè)器，以提供傾斜、跌落和衝擊測(cè)量。

其他感測(cè)器

其他感測(cè)器還包括有壓力、pH、流量、濕度、超音波、PIR、光電感測(cè)器等。例如在自動(dòng)化工廠中經(jīng)常可見(jiàn)到佈建於設(shè)備上的壓力感測(cè)器，用於測(cè)量液體酸度的pH感測(cè)器，以及用於監(jiān)控執(zhí)行器的流量感測(cè)器、濕度感測(cè)器和超音波感測(cè)器等。而PIR感測(cè)器、光電感測(cè)器和旋轉(zhuǎn)編碼器等則可用作工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中閾值測(cè)量的限位開(kāi)關(guān)。所有這些物聯(lián)網(wǎng)感測(cè)器都可透過(guò)工業(yè)感測(cè)器網(wǎng)路（包括有線或無(wú)線）連接，然後數(shù)據(jù)資料返回物聯(lián)網(wǎng)，提供實(shí)時(shí)分析和條件監(jiān)測(cè)。

結(jié)合AI 為感測(cè)器導(dǎo)入機(jī)器學(xué)習(xí)能力

一般來(lái)說(shuō)，工業(yè)用的工規(guī)感測(cè)器與消費(fèi)等級(jí)的商規(guī)感測(cè)器需求就不相同。除了工業(yè)規(guī)格需要能適應(yīng)更寬的工作溫度之外，更重要的則是在於感測(cè)器的穩(wěn)定度，以及供貨的持久度。一般來(lái)說(shuō)，商用感測(cè)器由於配合終端產(chǎn)品的快速產(chǎn)品更迭週期，大約4～5年的供貨期就大致已經(jīng)符合需求，然而工規(guī)感測(cè)器卻必須要能滿足長(zhǎng)達(dá)10年的穩(wěn)定供貨。再者，工業(yè)4.0的應(yīng)用環(huán)境對(duì)於連網(wǎng)的需求大增，因此感測(cè)器多半還必須要賦予連網(wǎng)能力，才能進(jìn)一步加快智慧工廠實(shí)現(xiàn)的腳步。

意法半導(dǎo)體（ST）亞太區(qū)資深產(chǎn)品行銷經(jīng)理陳建成指出，面對(duì)智能工廠的趨勢(shì)，新一代的感測(cè)器也進(jìn)行不斷的升級(jí)，例如更低的功耗，甚至可以結(jié)合工廠的綠能環(huán)境。以目前ST新一代的工業(yè)感測(cè)器為例，已經(jīng)加入了休眠功能，在低功耗狀態(tài)下還能維持穩(wěn)定運(yùn)作，持續(xù)環(huán)境的偵測(cè)行為而不中斷功能。此外，感測(cè)器的智能化也是邁向工業(yè)4.0不可或缺的關(guān)鍵。針對(duì)感測(cè)器的智能化，ST也為感測(cè)器導(dǎo)入機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）的能力，並結(jié)合AI，如此不只可讓工廠中的自動(dòng)化設(shè)定最佳化，更可提升整體的生產(chǎn)效能。

感測(cè)元件讓機(jī)器人擁有『眼睛』與『耳朵』

ADI擁有許多應(yīng)用於機(jī)器人的感測(cè)器。例如MEMS、LiDAR、RADAR、TOF和接近感測(cè)等技術(shù)，這些技術(shù)使機(jī)器人能擁有更多的『眼睛』和『耳朵』。ADI亞太區(qū)工業(yè)自動(dòng)化行業(yè)市場(chǎng)部經(jīng)理于常濤指出，目前ADI的MEMS感測(cè)器產(chǎn)品線包括了加速度計(jì)、陀螺儀和IMU等，由於在零偏穩(wěn)定性、溫度回置特性、長(zhǎng)時(shí)穩(wěn)定性、以及震動(dòng)條件下的性能，都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)消費(fèi)等級(jí)的MEMS感測(cè)器產(chǎn)品，因此在工業(yè)領(lǐng)域中，被廣泛應(yīng)用於各種機(jī)器人、無(wú)人機(jī)的導(dǎo)航、以及機(jī)械自動(dòng)化的穩(wěn)定等功能。

以目前ADI所推出的ADIS16470系列高性能IMU來(lái)看，透過(guò)三軸MEMS加速度計(jì)和陀螺儀共可提供6自由度（DoF）檢測(cè)，並注重工業(yè)『運(yùn)動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)』及其對(duì)精準(zhǔn)地理定位的需求。其性能令系統(tǒng)能精確地表徵運(yùn)動(dòng)，不受湍流、振動(dòng)、風(fēng)、溫度和其他環(huán)境干擾，從而實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的導(dǎo)航和引導(dǎo)和/或儀器穩(wěn)定度。

基於ADI產(chǎn)品的LiDAR和TOF技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)高精度的蔽障功能，適用於AGV等領(lǐng)域。ADI2018年收購(gòu)的symeo公司，使ADI在毫米波雷達(dá)方面不僅能提供晶片，也能夠提供整體解決方案。例如，利用60GHz雷達(dá)，可以實(shí)現(xiàn)mm級(jí)的距離測(cè)量，相應(yīng)的產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用在大型廠礦設(shè)備的精確定位和自動(dòng)化運(yùn)作上。

為工業(yè)感測(cè)器提供最佳性價(jià)比

圖三 : 隨著設(shè)備與技術(shù)變得越來(lái)越依賴於物聯(lián)網(wǎng)，可以檢測(cè)來(lái)自物理世界的訊息並執(zhí)行指定指令，正成為新產(chǎn)品設(shè)計(jì)中不可或缺的一部分。

在當(dāng)今的高科技工廠中，工業(yè)感測(cè)器在處理系統(tǒng)的精度和可靠性方面發(fā)揮著不可或缺的作用。但是感測(cè)器必須足夠耐用以在工業(yè)環(huán)境中工作，並且足夠小以適應(yīng)整合於印刷電路板（PCB）上的有限空間。此外，應(yīng)對(duì)的另一個(gè)挑戰(zhàn)就是：降解效應(yīng)，例如光柵就是一個(gè)例子。對(duì)於客戶想選擇最佳性價(jià)比的高品質(zhì)工業(yè)感測(cè)器半導(dǎo)體，英飛凌的產(chǎn)品將是首選。目前英飛凌也提供了廣泛的解決方案來(lái)滿足客戶設(shè)計(jì)所需的所有產(chǎn)品，而且都具備最好的品質(zhì)。

除了搭配XMC1000系列微控制器來(lái)發(fā)揮感測(cè)器功能之外，英飛凌也透過(guò)對(duì)於工業(yè)感測(cè)器應(yīng)用的深入了解，幫助客戶的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)出合適的解決方案。至於另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)則是，英飛凌提供了專門(mén)針對(duì)工業(yè)感測(cè)器的參考設(shè)計(jì)，例如用於雷達(dá)液位計(jì)的24GHz晶片組。

實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)願(yuàn)景

對(duì)於羅姆來(lái)說(shuō)，檢測(cè)環(huán)境與物理?xiàng)l件的感測(cè)器，和傳輸以及共享感測(cè)器數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)，對(duì)於實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)將至關(guān)重要。ROHM集團(tuán)也將來(lái)自自家、LAPIS和Kionix等不同專有技術(shù)結(jié)合起來(lái)，提出解決方案並打造下一代的感測(cè)器網(wǎng)路產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。

讓感測(cè)器滿足各種電機(jī)需求

從減少意外停機(jī)時(shí)間到預(yù)防性維護(hù)的計(jì)劃時(shí)間，TE Connectivity（TE）的感測(cè)器解決方案可測(cè)量和監(jiān)控工業(yè)電機(jī)的振動(dòng)、溫度和位置，以確保工廠設(shè)備間的高效運(yùn)行。在惡劣環(huán)境和條件下可進(jìn)行精確測(cè)量，並可將感測(cè)器的範(fàn)圍擴(kuò)展到各種類型的設(shè)備和製程。更具體地說(shuō)，TE的工程感測(cè)解決方案可滿足各種電機(jī)應(yīng)用的獨(dú)特要求，包括大型設(shè)備操作和更精確的功能。此外，具有多個(gè)數(shù)位輸出信號(hào)和無(wú)線感測(cè)器技術(shù)的感測(cè)器，也可使工廠能夠轉(zhuǎn)變?yōu)楦咧悄艿倪B接操作。

圖四 : 工業(yè)感測(cè)器需要能適應(yīng)更寬的工作溫度之外，更重要的則是在於感測(cè)器的穩(wěn)定度。

智能化感測(cè)器不可或缺

隨著設(shè)備與技術(shù)變得越來(lái)越依賴於物聯(lián)網(wǎng)，可以檢測(cè)來(lái)自物理世界的訊息並執(zhí)行指定指令，或?qū)?shù)據(jù)中繼到其他系統(tǒng)的智能感測(cè)器，正在成為新產(chǎn)品設(shè)計(jì)中不可或缺的一部分。瑞薩提供可擴(kuò)展的微控制器解決方案，還包括放大器和緩衝器、接口設(shè)備（RS-485/422和RS-232）、電壓基準(zhǔn)、類比數(shù)位轉(zhuǎn)換器、數(shù)位類比轉(zhuǎn)換器和開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器等，以提供支持下一個(gè)小型到大型感測(cè)器和執(zhí)行器的設(shè)計(jì)之用。