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當你站在飲料裝瓶的自動化產(chǎn)線旁，你會發(fā)現(xiàn)，無需人工介入，每一個空瓶都能夠精準地停在注射噴頭的下方，完成裝填后轉(zhuǎn)移到下一道工序，這是位置傳感器和編碼器在產(chǎn)線上的精美配合。在今天的工業(yè)制造場景里，工業(yè)傳感器無所不在，物流、上料、訂單控制等自動化環(huán)節(jié)都離不開它們，是機器進行數(shù)據(jù)采集的關鍵器件，與控制系統(tǒng)、軟件一起成為支撐工業(yè)體系運轉(zhuǎn)新的“鐵三角”。
目前，全球主要國家和地區(qū)都在強調(diào)工業(yè)4.0升級，其本質(zhì)是打造數(shù)字化、定制化的產(chǎn)品和服務的生產(chǎn)模式。現(xiàn)階段，挖掘數(shù)據(jù)價值進而實現(xiàn)智能化升級成為工廠自主革新的要點。工業(yè)傳感器賦予工廠和外界“溝通交流”的能力——通過傳感數(shù)據(jù)構建數(shù)字網(wǎng)絡來優(yōu)化生產(chǎn)設備。當然，這個過程也帶動了工業(yè)傳感器的需求量大漲。根據(jù)MarketsandMarkets的報告，全球工業(yè)傳感器市場規(guī)模預計將從2021年的206億美元增長到2026年的319億美元，期間該市場預計將以9.1%的復合年增長率增長。
工業(yè)傳感器的品類和特點
從概念上看，工業(yè)傳感器是用于石油、化工、冶金、電力、機械制造等各種工業(yè)場景的傳感器，泛指在工業(yè)制造過程中能將感受的力、熱、光、磁、聲、濕、電、環(huán)境等被測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成電信號輸出的器件與裝置。在龐大的工業(yè)自動化系統(tǒng)中，傳感器主要作為輸入設備，主要的產(chǎn)品特點是技術密集、多品種、小批量、部署靈活、安全穩(wěn)定等。
在自動化技術的基礎上，目前全球主要國家和地區(qū)都在部署和攻堅工業(yè)4.0。在此過程中，傳統(tǒng)傳感器和通信芯片、微處理器、驅(qū)動程序、軟件算法等融為一體，成為工業(yè)智能傳感器。如下圖所示，目前亞太、北美和歐洲地區(qū)是工業(yè)4.0的重點區(qū)域，因此對工業(yè)智能傳感器的需求量更大，廠商紛紛設立辦事處。
圖1：工業(yè)智能傳感器廠商辦事處分布
（圖源：賽迪顧問）
在產(chǎn)品供應上，和廣泛意義上的傳感器一樣，工業(yè)傳感器也存在寡頭市場特征，歐美日廠商手握大部分市場份額，代表廠商包括通用電氣、愛默生、西門子、博世、意法半導體、霍尼韋爾、ABB、日本橫河、歐姆龍等。
圖2：工業(yè)智能傳感器三市場分布
（圖源：Frost & Sullivan）
如上所述，這些工業(yè)智能傳感器塑造了工業(yè)4.0的“感知系統(tǒng)”。所謂的工業(yè)4.0就是以工業(yè)自動化技術為基礎，實現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)和底層設備的深度融合，包括智慧工廠和智慧產(chǎn)品兩大核心主題。從下圖IBM工業(yè)4.0系統(tǒng)框圖能夠看出，系統(tǒng)最下方是物理層，也是整個系統(tǒng)的地基，我們剛剛提到的底層設備便主要分布于物理層，負責數(shù)據(jù)采集和現(xiàn)場執(zhí)行，其中前者便是傳感器在工業(yè)4.0系統(tǒng)中的用武之地。
圖3：IBM工業(yè)4.0系統(tǒng)
（圖源：IBM）
那么，傳感器在工業(yè)4.0系統(tǒng)中具體要做哪些事情呢？實際上，工業(yè)4.0的核心要點是“務聯(lián)網(wǎng)”，這里的“務”指的是具體的每一項業(yè)務。要將具體的業(yè)務部署到系統(tǒng)中，就需要對此進行量化，也就是制定各項任務指標。傳感器要做的就是，幫助精密儀器、工業(yè)機器人、伺服控制系統(tǒng)和傳動設備等設備嚴格執(zhí)行這些指標，進而輸出合格的產(chǎn)品。
當然，根據(jù)工業(yè)4.0承擔的業(yè)務不同，所需要的傳感器類型也就迥異。目前，比較常用的六種傳感器分別是位置傳感器、接近傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、振動傳感器和陀螺儀等六種。
這些常用的工業(yè)傳感器在工業(yè)自動化以及工業(yè)4.0場景中應用廣泛，尤其是工業(yè)4.0九大創(chuàng)新場景——OCP（訂單控制生產(chǎn)）、AF（高適應性工廠）、SAL（自組織、自適應物流）、VBS（基于價值的服務）、TAP（產(chǎn)品透明性和適配性）、OSP（生產(chǎn)中對員工支持）、SP2（智能生產(chǎn)的智能產(chǎn)品開發(fā)）、IPD（創(chuàng)新性產(chǎn)品開發(fā)）和CRE（循環(huán)經(jīng)濟）。正如IBM工業(yè)4.0框架中提到的，這些應用場景的基礎都是機器數(shù)據(jù)，由傳感器采集而來。
隨著工業(yè)4.0進程的深入，工業(yè)傳感器也在發(fā)生著變化，主要趨勢包括模塊化、緊湊封裝、更高精度、更大測量范圍以及適合用于空間受限和惡劣環(huán)境的應用。接下來，我們就為大家推薦貿(mào)澤電子平臺在售的“六種常用工業(yè)傳感器”的代表產(chǎn)品。
符合AEC-Q100標準的軸上磁性位置傳感器
位置傳感器主要用于檢測產(chǎn)品和設備的具體位置，根據(jù)實現(xiàn)原理的不同，可以分為自動平衡式位置傳感器、超聲波位置傳感器、電容式位置傳感器、壓力式位置傳感器、電磁式位置傳感器等。在工業(yè)制造場景中，除了我們開篇提到的工業(yè)產(chǎn)線流程控制案例，位置傳感器還可以用于工業(yè)電機、太陽能跟蹤器、風機渦輪機等大型設備的位置控制。
下面我們?yōu)榇蠹彝扑]一款電磁式位置傳感器，貿(mào)澤電子官網(wǎng)上該器件的料號為AS5116-HSOM，來自制造商ams OSRAM。
圖4：AS5116-HSOM
（圖源：ams OSRAM）
AS5116-HSOM軸上磁性位置傳感器是一款非接觸式傳感器，具有高可靠性、耐用性、低輸出噪聲和高精度模擬輸出等領先的性能優(yōu)勢。AS5116-HSOM采用基于霍爾傳感器技術的堅固架構和簡單的雙極磁體，能夠測量整圈旋轉(zhuǎn)時磁通密度（Bz）的正交分量以及角度信息，其中角度信息由緩沖差分正弦和余弦電壓提供。
圖5：AS5116-HSOM系統(tǒng)框圖
（圖源：ams OSRAM）
AS5116-HSOM符合AEC-Q100標準，在高速電機和其他要求嚴苛的汽車應用中提供準確的角度測量。由于采用的非接觸式測量方式，AS5116-HSOM的高精度不會受到污物、灰塵、油脂、水分或其他污染物等環(huán)境因素影響。在方案設計上，AS5116-HSOM采用8引腳SOIC封裝，使其更容易集成到汽車系統(tǒng)板布局中，且無需屏蔽，可降低系統(tǒng)成本。
在應用領域方面，AS5116-HSOM可用于電換向電機轉(zhuǎn)子角度檢測、電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電動泵、傳輸系統(tǒng)中的執(zhí)行器、起動機/發(fā)電機系統(tǒng)以及其他360°角度測量解決方案。
采用IsoSensor技術的數(shù)字壓力傳感器
壓力傳感器是指將系統(tǒng)中的壓力信號轉(zhuǎn)換為可輸出信號的裝置，根據(jù)測試壓力類型的不同，可以分為壓阻式壓力傳感器、電容式壓力傳感器和壓電式壓力傳感器等。壓力傳感器的應用范圍極為廣泛，比如產(chǎn)線注塑、沖模、壓縮、增壓等程序都需要壓力傳感器，此外航空安全系統(tǒng)、礦山測試系統(tǒng)以及醫(yī)療檢測系統(tǒng)等也會用到壓力傳感器。
在這里我們?yōu)榇蠹彝扑]一款滿液式圓柱形腔體內(nèi)設有壓阻式傳感器芯片的數(shù)字I2C壓力傳感器，貿(mào)澤電子官網(wǎng)上該器件的料號為NPI-19J-002G2，來自制造商Amphenol Advanced Sensors。
圖6：NPI-19J-002G2
（圖源：Amphenol Advanced Sensors）
Amphenol Advanced Sensors公司的NPI-19數(shù)字I2C壓力傳感器采用先進的IsoSensor技術，在產(chǎn)品設計上，將壓阻式傳感器芯片封裝在滿液式圓柱形腔體內(nèi)，通過不銹鋼閥體和膜片與被測介質(zhì)隔開。通過將隔離式傳感技術和I2C接口協(xié)議融合在一起，具有理想的性能和成本優(yōu)勢。在數(shù)據(jù)輸出端，NPI-19數(shù)字I2C壓力傳感器采用SenStable加工技術，提供優(yōu)異的輸出穩(wěn)定性。
在產(chǎn)品應用方面，得益于NPI-19數(shù)字I2C壓力傳感器的模塊化設計，允許各種壓力傳感器端口模塊密封焊接到傳感器頭部，可以靈活用于工業(yè)過程控制、腐蝕性液體和氣體測量、液壓系統(tǒng)和閥門、儲罐液位測量、氣壓測量、船舶和海洋系統(tǒng)、飛機和航空電子系統(tǒng)、醫(yī)療設備等廣泛領域。
適用于空間受限應用的接近傳感器
接近傳感器能夠檢測被檢測物的移動信息和存在信息，與位置傳感器相比，一般接近傳感器的響應更靈敏，根據(jù)實現(xiàn)原理不同，可分為電容式、電感式和光電式。接近傳感器在工農(nóng)業(yè)、航天和醫(yī)療領域都有廣泛的應用，典型的應用包括防誤觸、避撞、喚醒等。
Molex Contrinex接近傳感器既有電感式也有光電式，工程師朋友可以通過搜索料號120253-0181查看具體的產(chǎn)品詳情。
圖7：120253-0181
（圖源：Molex Contrinex）
Molex Contrinex電感式和光電式傳感器是集成IO-Link的一體式傳感器，采用緊湊封裝。雖然體型小巧，但性能卓越、堅固耐用，能夠提供較大的檢測范圍，其中電感式傳感器具有1mm至40mm的檢測距離范圍，而光電式傳感器則具有1mm至50,000mm的檢測距離范圍。Molex Contrinex電感式和光電式傳感器采用多種專用設計保證產(chǎn)品的穩(wěn)定輸出，比如光電式傳感器具有良好的色彩和對比度識別功能，包括帶背景抑制功能的漫射傳感器，并采用用于透明物體檢測的紫外線技術；電感式傳感器采用一體式factor-1鋼制和鋁制外殼，具有良好的抗振動和抗沖擊能力。并且，這些產(chǎn)品都支持IP67防護等級。
在應用領域方面，Molex Contrinex電感式和光電式傳感器可以廣泛用于包裝機、食品和飲料、裝罐設備、紡織、機床、物流、風電等行業(yè)，其中包括灰塵、面粉、油污、碎石片或泥濘的水中等高度污染環(huán)境。
高精度的可編程數(shù)字陀螺儀
陀螺儀是測量被檢測物角度、角速度和角加速度的傳感器設備，陀螺儀的種類也有很多，僅電子式就有壓電陀螺儀、MEMS微機械陀螺儀、光纖陀螺儀和激光陀螺儀等不同類型。陀螺儀最典型的應用就是提供方位基準，幫助礦山、交通、航天、生物醫(yī)學、環(huán)境監(jiān)控等領域的精密儀器實現(xiàn)定位和姿態(tài)控制。
下面為大家介紹一款來自制造商ADI的可編程數(shù)字陀螺儀，貿(mào)澤電子官網(wǎng)上該器件料號為ADIS16260BCCZ。
ADIS16260BCCZ作為一款可編程低功耗陀螺儀，在單個緊湊型封裝內(nèi)集成了業(yè)界領先的MEMS和信號處理技術，用于在復雜和惡劣工作條件下檢測和測量物體角速率。ADIS16260BCCZ提供數(shù)種可編程系統(tǒng)內(nèi)優(yōu)化功能，包括傳感器帶寬開關（50Hz和330Hz）、Bartlett窗口FIR濾波器長度和采樣速率設置，幫助用戶優(yōu)化噪聲和帶寬。并且，數(shù)字輸入/輸出線路提供數(shù)據(jù)就緒信號，以便主機處理器高效管理數(shù)據(jù)的一致性。
圖8：ADIS16260BCCZ系統(tǒng)框圖
（圖源：ADI）
上述這些創(chuàng)新式的設計為ADIS16260BCCZ帶來兩大明顯的產(chǎn)品優(yōu)勢。其一是該器件具有同類MEMS陀螺儀需要全動校準才能達到的精度性能；其二是該器件接通電源后，無需從系統(tǒng)處理器發(fā)出配置命令，便自動啟動并開始傳感器數(shù)據(jù)采樣。此外，通過ADIS16260BCCZ器件上的可尋址寄存器結構和通用串行外設接口（SPI），可以輕松訪問傳感器數(shù)據(jù)和配置設置。這些領先的性能使得ADIS16260BCCZ在平臺控制與穩(wěn)定、導航、醫(yī)療儀器、機器人技術等應用領域擁有明顯優(yōu)勢。
高精度、低功耗的振動傳感器
振動傳感器是指將系統(tǒng)中的機械量通過內(nèi)部機械裝置和機電轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)化為電信號的傳感器，根據(jù)機電轉(zhuǎn)換裝置的不同，有電動式、壓電式、電渦流式、電感式、電容式、電阻式、光電式等豐富的類型。振動傳感器在防盜、故障檢測和精度檢測等領域應用廣泛，尤其是后兩者，隨著工業(yè)設備精密度提升，振動傳感器可以第一時間捕捉到異常震動，防止因為緊固件松動等原因造成的系統(tǒng)故障。
我們在此為大家介紹一款MEMS 3軸加速度傳感器，來自制造商Omron，貿(mào)澤電子官網(wǎng)上該器件的料號為D7S-A0001。
圖9：D7S-A0001
（圖源：Omron）
D7S-A0001是高精度新一代振動傳感器，用于減輕地震引起的次生災害。該器件具備高精度、低功耗的產(chǎn)品特性，通過3軸加速傳感器+獨特SI值計算算法的創(chuàng)新設計，使其能夠提供卓越性能。在預防地震次生災害方面，D7S-A0001的SI值設計可實現(xiàn)更接近地震烈度的高精度判定，配備與傳統(tǒng)鋼珠式地震計動作類似的阻斷輸出端子（INT 1），確保與鋼珠式地震計兼容，并可以通過關閉和停止危險器件來防止二次損壞。器件上的I2C接口使其能夠與外部通信，提供傳感器獲取到的地震信息。
圖10：D7S-A0001動作時序圖
（圖源：Omron）
特別需要指出的是，D7S-A0001面積非常小，僅為9.8mm x 10.9mm，可以嵌入到各種器件中，比如控制柜、電表/燃氣表、橋梁/隧道、防火系統(tǒng)和鐵路等應用。
類型豐富的工業(yè)溫度傳感器
溫度傳感器是指能感受溫度并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的傳感器，主要的分類包括熱敏電阻、熱電偶、電阻溫度檢測器、模擬溫度計和數(shù)字溫度計等。溫度傳感器廣泛應用于醫(yī)療、重型機械、水處理、風電、軌道交通等行業(yè)，流量、輻射、氣體壓力、熱化學反應等環(huán)境參數(shù)都可以被溫度傳感器轉(zhuǎn)化為電信號。
同樣來自Omron的E52-P35C-ND3.2是一款工業(yè)溫度傳感器，是已停產(chǎn)產(chǎn)品E52-P35C D=3.2的替代型號。
圖11：E52-P35C-ND3.2
（圖源：Omron）
E52-P35C-ND3.2是Omron E52系列溫度傳感器里的新一代產(chǎn)品，適用于溫度控制器的熱輸入裝置。Omron E52系列擁有豐富的產(chǎn)品類型可供選擇，包括通用型、低成本型、專用型三大類，適配于各種溫度、位置和環(huán)境，以及終端的類型和形狀。
工業(yè)傳感器價值不斷提升
隨著越來越多的行業(yè)以實現(xiàn)工業(yè)4.0為目標，傳感器在工業(yè)領域的應用將越來越廣泛。有了傳感器，系統(tǒng)設備就有了“感知器官”，就有了和外界交流的窗口，幫助提升工業(yè)生產(chǎn)效率和智能化水平。毫無疑問，隨著工業(yè)4.0進程深入，工業(yè)傳感器會迸發(fā)出更大的能量。在產(chǎn)品供應方面，工業(yè)傳感器將愈發(fā)集中，頭部廠商的市占比會與日俱增；在產(chǎn)品設計方面，網(wǎng)絡化、智能化、小型化和模塊化等技術趨勢將進一步提升智能傳感器的占比。
當然，工業(yè)應用有自己的特殊性，需要工程師根據(jù)具體情況慎重挑選傳感器方案，在貿(mào)澤電子官網(wǎng)，可以為工程師提供應有盡有的工業(yè)傳感器選擇。
