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工业物联网“头号功臣”传感技术

2017-02-24 04:09:04

市场分析公司Nano Markets发表的“工业互联网用传感器市场”报告就将工厂自动化、楼宇自动化、智能电网和公共交通等作为工业互联网的利用，并预测到2019年之前这1领域每一年消费的传感器将超过200亿美元。

VDC Research公司的2014年工业自动化和传感器战略视察报告指出，今后的技术人员和保护人员将愈来愈多地使用强大的平板电脑搜集和处理来自工业机械中集成的传感器发出的信息。VDC还估计到2018年全球仅位置传感器市场就将超过80亿美元。

工业传感利用

使用电位计、光学、磁学、霍尔效应、磁阻和感应等技术都可以实现位置检测。市场上有各种感应传感器，包括能够丈量位移和位置的线性和旋转可变差动变压器(LVDT/RVDT)。

感应传感器体积非常小，不需要使用电路，因此非常合适诸如涡轮阀门、军用和航空装备和部署在卑劣环境中的工业进程控制器等利用。

另外，具有内置预校准信号调理功能的LVDT和RVDT有助于简化外部电路和系统集成。兼容性的控制与仪表模块则可进1步简化设计，缩短产品上市时间。

另外一方面，光学-微型传感器是非接触型光学接近或位置检测利用的理想之选。市场上的这类传感器有各种各样的配置，比如带或不带致动器的，或带用于定制致动器的成型安点缀的。

传感器还有其它多种选项可以用来满足不同的要求，比如有带原始光电晶体管输出或内置放大器的传感器，有采取螺丝安装或推合安装方式的，有通过PCB引脚或微型电缆连接器实现电气连接的，和提供有光开或无光开开关极性的传感器等等。另外，装备设计师必须选择孔径大小和检测距离来满足目标利用的需求。

浊度丈量是光学传感技术的又1种有趣的利用，可以用来量化液体中悬浮的固体小颗粒。这些利用包括控制各种工业进程，比如酿造、采水、制药生产、净化或在水产养殖中用来监视海水质量或研究水生动物的栖息环境。

我们可以丈量通过液体视察光源变模糊所需的液体深度来量化浊度指标。在这类情况下，浊度用杰克逊浊度单位(JTU)来表示。比浊法浊度单位(NTU)是1种更加现代的丈量方法，它使用沿光源布置的检测器来评估被液体中的小颗粒散射的光线。

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浊度仪表将1个或多个传感器与数据收集和用户界面子系统整合在1起，市场上有各种各样的类型，比照实验室使用的手持式或台式仪表，或用于工厂和工艺用处的内嵌仪表等。

传感技术和浊度检测模块使用光电晶体管和2极管来丈量光线在样本液体中的传输。这类基本的传感器非常合适家用电器使用，并且有助于下降能耗，比如检测衣服什么时候干净可以缩短洗衣时间。

对温度传感来讲，热敏电阻被公认为是非常可靠和稳健的1种方法，它具有合适工业、采暖透风空调(HVAC)、医疗、军事/航空等利用的各种温度范围。封装和连接类型是很重要的标准，有助于简化装备的设计。举例来讲，管钳探头可以直接安装在热水管的外面，从而帮助装备设计师消除安装参与式探头所需的钻孔和密封等代价高昂的步骤。这些探头非常方便使用，不需要购买或设计独立的安装夹具。设计师还能为各种利用选择外罗纹探头或1体成型探头，或为诸如锅炉等装备中的浸入式监视选择内罗纹探头。另外，采取芯片封装或陶瓷及玻璃封装的板载温度传感器支持在控制模块的外壳内完全地实现局部温度检测，并有助于节省到外部传感器的连接。

检查工厂装备的保护人员可能常常要寻觅异常振动的证据，以便检测在轴承等部件中的过度磨损情况。振动可以用压容传感器进行丈量，这类传感器的电容变化正比于施加在上面的加速度值。标称电容1般是几百个pF，而电荷灵敏度范围可以从几个fC/ms⑵ (毫微微库仑每米每秒平方)到几10个fC/ms⑵。压容传感器常常被封装为微型的芯片级板载器件，能够提供相对电路板0°、25°或90°的角度检测结果。

这些传感器也可用于实现计算机硬盘驱动器中的自由跌落保护。除自由跌落传感器外，还有两个正交放置的传感器可以用来产生监视机电旋转振动的差分信号。它们还被用于供应链利用中，比如记录装备或产品在运输进程中遭受的撞击。

作为芯片级传感器的替换产品，面板安装型振动传感器是1种IP67标准的部件，允许在安保系统中的敏感性装备中使用。当产生地震等事件或检测到其它意外冲击时，这些传感器可以用来紧急关断电源。面板安装传感器也是倾斜利用的理想之选，可以在游戏机、自由贩卖机或智能仪表中用来避免篡改数据或歹意破坏。

工业中的安保系统极可能采取压力传感器实现各种目的，比如限压阀或煤气泄漏检测利用中的各种目的。可靠联网的压力传感器对煤气供应事业公司来讲也很有价值，可在基础设施装备和智能仪表中使用。

使用电容检测技术的固态压力开关是工业利用和智能计量利用的理想之选，还可用于连续正气压(CPAP)装备和人工呼吸机等医疗装备中。使用MEMS检测技术的装备则提供了另外1种途径，它们具有宽压力检测范围和低供电电流等优势。

楼宇自动化中的传感器

智能建筑作为工业互联网的另外1个方面，有助于减少温室气体排放和水电气费用，同时下降保护本钱，为使用者保持1个更加舒适的环境。据国际能源管理局估计，全球住宅和商业大楼中的电气照明耗电量占发电总量的约20%，在2030年前预计每一年节省的电量有望超过2.4EJ。

随着技术人员致力于减少能耗，新的楼宇方案也在积极推行使用自然光，最大限度地减少对电气照明的依赖。自动调光技术可以确保仅最少许的电气照明用于“补充”日光，并保持1致的照度，从而实现最大可能的节能效果。光谱响应性能类似于人眼的环境光线传感器非常合适于用来控制电子调光，并能安装在开关等便利的部件或灯具本身当中。

完全关闭无人区域的灯光可以到达明显的节能效果，不过这其实不是甚么新的主张了。在灯的开关旁边张贴标签、提示用户随时关灯是我们很熟习的做法，但目前的有人居住传感器可以提供更加经济更加有效的方法。无源红外(PIR)传感器可以通过检测人体热量可靠地检测是不是有人，内置放大器和数字输出可直接连接主要的微控制器，因此能够集成进智能楼宇网络。对电池供电的无线模块中用的传感器来讲，低功耗是必须斟酌的1个因素。

有人检测技术还可以用来改进采暖与透风系统的控制。虽然实时调剂可以明显节省能耗，但居住者可能不被允许人工调剂HVAC设置参数。采取挂墙或管道安装方式的智能2氧化碳传感器可以根据大楼中各个区域的空气质量丈量结果提供透风调理信号。智能传感器有各种外形尺寸，包括紧凑的管道内传感器和极具吸引力的挂墙式传感器。

对HVAC系统中各个点丈量得到的相对湿度可用于进1步调理，以到达最高的舒适性和最好的能效。湿度传感器是通过丈量诸如薄膜聚合物等敏感元件在吸收水蒸汽时的阻抗变化进行工作的。

物联网利用，特别是工业互联网，正在驱动全部工厂、楼宇和智能电网等基础设施对更加智能的传感技术的需求。如今市场上有种类广泛的传感器，它们使用不同的技术，有各种外形尺寸和封装类型，都有助于简化设计，最大限度地下降集成难度，并帮助工程师以极具竞争力的价格向市场提供具有吸引力的、容易使用的智能传感装置。

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