【傳感器在工業(yè)互聯(lián)網革命中的角色】工業(yè)互聯(lián)網作為新一代信息技術與制造業(yè)深度融合的產物，不僅能為制造業(yè)乃至整個實體經濟數字化、網絡化、智能化升級提供新型網絡基礎設施支撐，還不斷催生新模式、新業(yè)態(tài)和新產業(yè)。市場咨詢機構YoleDevelopment預測，2020年全球工業(yè)互聯(lián)網使用的專門傳感器預計超過300億件；工業(yè)互聯(lián)網接入機器設備數量將爆炸式增長，2015年接入規(guī)模為26億件，到2021年，這一數字將超過100億件，實現高達25%的年復合增長率。

工信部透露，到2020年，我國工業(yè)互聯(lián)網平臺體系將初步形成，有望建成10個左右跨行業(yè)、跨領域，能夠支撐企業(yè)數字化、網絡化、智能化生產的企業(yè)級平臺；到2020年，我國還將利用推進工業(yè)互聯(lián)網發(fā)展的契機，培育30萬個面向特定行業(yè)、特定場景的工業(yè)APP，推動30萬家企業(yè)應用工業(yè)互聯(lián)網平臺開展研發(fā)設計、生產制造、運營管理等業(yè)務。屆時，工業(yè)互聯(lián)網平臺對產業(yè)轉型升級的基礎性、支撐性作用將初步顯現。

不管物聯(lián)網是否會發(fā)展成宣傳的那樣，這個概念已經深入人心。各種提案層出不窮，從“萬聯(lián)網”一直到一些更加專業(yè)的概念，如工業(yè)互聯(lián)網；工業(yè)互聯(lián)網這個術語最先是由電子巨頭通用電氣公司提出來的，現在人們普遍理解為使用傳感器網絡和機到機(M2M)通信的工業(yè)環(huán)境自動化。

市場分析公司NanoMarkets在2014年11月發(fā)表的“工業(yè)互聯(lián)網用傳感器市場”報告就將工廠自動化、樓宇自動化、智能電網和公共交通等作為工業(yè)互聯(lián)網的應用，并預測到2019年之前這一領域每年消費的傳感器將超過200億美元。

VDCResearch公司的2014年工業(yè)自動化和傳感器戰(zhàn)略觀察報告指出，今后的技術人員和維護人員將越來越多地使用強大的平板電腦收集和處理來自工業(yè)機械中集成的傳感器發(fā)出的信息。VDC還估計到2018年全球僅位置傳感器市場就將超過80億美元。

工業(yè)傳感應用

使用電位計、光學、磁學、霍爾效應、磁阻和感應等技術都可以實現位置檢測。市場上有各種感應傳感器，包括能夠測量位移和位置的線性和旋轉可變差動變壓器(LVDT/RVDT)。

感應傳感器體積非常小，不需要使用電路，因此非常適合諸如渦輪閥門、軍用和航空設備以及部署在惡劣環(huán)境中的工業(yè)過程控制器等應用。

另外，具有內置預校準信號調節(jié)功能的LVDT和RVDT有助于簡化外部電路和系統(tǒng)集成。兼容性的控制與儀表模塊則可進一步簡化設計，縮短產品上市時間。

另一方面，光學-微型傳感器是非接觸型光學接近或位置檢測應用的理想之選。市場上的這種傳感器有各種各樣的配置，比如帶或不帶致動器的，或帶用于定制致動器的成型安裝點的。

傳感器還有其它多種選項可以用來滿足不同的要求，比如有帶原始光電晶體管輸出或內置放大器的傳感器，有采用螺絲安裝或推合安裝方式的，有通過PCB引腳或微型電纜連接器實現電氣連接的，以及提供有光開或無光開開關極性的傳感器等等。另外，設備設計師必須選擇孔徑大小和檢測距離來滿足目標應用的需求。

濁度測量是光學傳感技術的又一種有趣的應用，可以用來量化液體中懸浮的固體小顆粒。這些應用包括控制各種工業(yè)過程，比如釀造、采水、制藥生產、凈化或在水產養(yǎng)殖中用來監(jiān)視海水質量或研究水生動物的棲息環(huán)境。

我們可以測量通過液體觀察光源變模糊所需的液體深度來量化濁度指標。在這種情況下，濁度用杰克遜濁度單位(JTU)來表示。比濁法濁度單位(NTU)是一種更加現代的測量方法，它使用沿光源布置的檢測器來評估被液體中的小顆粒散射的光線。

濁度儀表將一個或多個傳感器與數據采集和用戶界面子系統(tǒng)整合在一起，市場上有各種各樣的類型，比如實驗室使用的手持式或臺式儀表，或用于工廠和工藝用途的內嵌儀表等。

圖中所示的一體化光學濁度傳感器和濁度檢測模塊使用光電晶體管和二極管來測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，比如檢測衣服何時干凈可以縮短洗衣時間。

圖：整合式光學濁度傳感器和溫度檢測模塊使用光電晶體管和二極管來測量光線在樣本液體中的傳輸。

對于溫度傳感來說，熱敏電阻被公認為是非常可靠和穩(wěn)健的一種方法，它具有適合工業(yè)、采暖通風空調(HVAC)、醫(yī)療、軍事/航空等應用的各種溫度范圍。封裝和連接類型是很重要的標準，有助于簡化設備的設計。舉例來說，管鉗探頭可以直接安裝在熱水管的外面，從而幫助設備設計師消除安裝介入式探頭所需的鉆孔和密封等代價高昂的步驟。這些探頭非常方便使用，不需要購買或設計獨立的安裝夾具。設計師還能為各種應用選擇外螺紋探頭或一體成型探頭，或者為諸如鍋爐等設備中的浸入式監(jiān)視選擇內螺紋探頭。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完整地實現局部溫度檢測，并有助于節(jié)省到外部傳感器的連接。

檢查工廠設備的維護人員可能經常要尋找異常振動的證據，以便檢測在軸承等部件中的過度磨損情況。振動可以用壓容傳感器進行測量，這種傳感器的電容變化正比于施加在上面的加速度值。標稱電容一般是幾百個pF，而電荷靈敏度范圍可以從幾個fC/ms-2(毫微微庫侖每米每秒平方)到幾十個fC/ms-2。壓容傳感器經常被封裝為微型的芯片級板載器件，能夠提供相對于電路板0°、25°或90°的角度檢測結果。

這些傳感器也可用于實現計算機硬盤驅動器中的自由跌落保護。除了自由跌落傳感器外，還有兩個正交放置的傳感器可以用來產生監(jiān)視電機旋轉振動的差分信號。它們還被用于供應鏈應用中，比如記錄設備或產品在運輸過程中遭受的撞擊。

作為芯片級傳感器的替代產品，面板安裝型振動傳感器是一種IP67標準的部件，允許在安保系統(tǒng)中的敏感性設備中使用。當發(fā)生地震等事件或檢測到其它意外沖擊時，這些傳感器可以用來緊急關斷電源。面板安裝傳感器也是傾斜應用的理想之選，可以在游戲機、自由販賣機或智能儀表中用來防止篡改數據或惡意破壞。

工業(yè)中的安保系統(tǒng)很可能采用壓力傳感器實現各種目的，比如限壓閥或煤氣泄漏檢測應用中的各種目的?？煽柯?lián)網的壓力傳感器對煤氣供應事業(yè)公司來說也很有價值，可在基礎設施設備和智能儀表中使用。

使用電容檢測技術的固態(tài)壓力開關是工業(yè)應用和智能計量應用的理想之選，還可用于連續(xù)正氣壓(CPAP)設備和人工呼吸機等醫(yī)療設備中。使用MEMS檢測技術的設備則提供了另外一種途徑，它們具有寬壓力檢測范圍和低供電電流等優(yōu)勢。

樓宇自動化中的傳感器

智能建筑作為工業(yè)互聯(lián)網的另外一個方面，有助于減少溫室氣體排放和水電氣費用，同時降低維護成本，為使用者維持一個更加舒適的環(huán)境。據國際能源管理局估計，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年前預計每年節(jié)省的電量有望超過2.4EJ。

隨著技術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，最大限度地減少對電氣照明的依賴。自動調光技術可以確保僅最少量的電氣照明用于“補充”日光，并保持一致的照度，從而實現最大可能的節(jié)能效果。光譜響應性能類似于人眼的環(huán)境光線傳感器非常適合于用來控制電子調光，并能安裝在開關等便利的部件或燈具本身之中。

完全關閉無人區(qū)域的燈光可以達到顯著的節(jié)能效果，不過這并不是什么新的主意了。在燈的開關旁邊張貼標簽、提醒用戶隨時關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濟更加有效的方法。無源紅外(PIR)傳感器可以通過檢測人體熱量可靠地檢測是否有人，內置放大器和數字輸出可直接連接主要的微控制器，因此能夠集成進智能樓宇網絡。對于電池供電的無線模塊中用的傳感器來說，低功耗是必需考慮的一個因素。

有人檢測技術還可以用來改進采暖與通風系統(tǒng)的控制。雖然實時調整可以顯著節(jié)省能耗，但居住者可能不被允許人工調整HVAC設置參數。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大樓中各個區(qū)域的空氣質量測量結果提供通風調節(jié)信號。智能傳感器有各種外形尺寸，包括緊湊的管道內傳感器和極具吸引力的掛墻式傳感器。

對HVAC系統(tǒng)中各個點測量得到的相對濕度可用于進一步調節(jié)，以達到最高的舒適性和最佳的能效。濕度傳感器是通過測量諸如薄膜聚合物等敏感元件在吸收水蒸汽時的阻抗變化進行工作的。

物聯(lián)網應用，特別是工業(yè)互聯(lián)網，正在驅動整個工廠、樓宇和智能電網等基礎設施對更加智能的傳感技術的需求。如今市場上有種類廣泛的傳感器，它們使用不同的技術，有各種外形尺寸和封裝類型，都有助于簡化設計，最大限度地降低集成難度，并幫助工程師以極具競爭力的價格向市場提供具有吸引力的、容易使用的智能傳感裝置。