【導讀】在如今這個信息化的21世紀，傳感器的應用深入到社會生活的方方麵麵。拿今年2月成功舉辦的北京冬奧會來說


，其“冰立方”場館就設置了由4,000多個傳感器領銜的樓宇設備管理係統，以此來檢測和監控場內溫濕度的變化。在過去5年中，傳感器已成為可穿戴、無人機、智能手機等日常設備中不可缺少的存在。

隨著“工業4.0”dedaolai，zhinenggongyechuanganqizaigongyezhizaozhongbanyandejiaoseyeyuelaiyuezhongyao。butongyuchuantonggongyechuanganqi
，zhinengchuanganqiyouyujieheleweichuliqi
，yinerjuyoushujucaiji
、處理、交換信息的能力
，並且通過充分利用計算機的計算和存儲能力，智能傳感器還具有高精度的物理信息采集
，從而及時
、有效地處理所產生的數據要求。

值得一提的是，在當前科學技術不斷發展之下
，智能傳感器的功能也在逐步增強，甚至可以利用神經網絡、人工智能、信息處理技術等多項技術
，使傳感器實現更高級的智能
，同時還具備分析
、判斷
、自適應、自學習的功能，能夠完成圖象識別、特征檢測
、多維檢測等複雜任務。總而言之，與傳統工業傳感器相比，智能傳感器在精度、穩定性、抗衝擊性方麵都提出了更為苛刻的要求。

圖1：工業智能傳感器的發展演進

（圖源：賽迪顧問）

憑(ping)借(jie)著(zhe)精(jing)準(zhun)的(de)數(shu)據(ju)采(cai)集(ji)能(neng)力(li)以(yi)及(ji)功(gong)能(neng)的(de)多(duo)樣(yang)化(hua)

，智(zhi)能(neng)傳(chuan)感(gan)器(qi)在(zai)工(gong)業(ye)物(wu)聯(lian)網(wang)全(quan)生(sheng)態(tai)構(gou)建(jian)中(zhong)，成(cheng)為(wei)了(le)提(ti)供(gong)基(ji)礎(chu)數(shu)據(ju)支(zhi)撐(cheng)的(de)關(guan)鍵(jian)。一(yi)方(fang)麵(mian)，將(jiang)傳(chuan)感(gan)器(qi)、無線傳感器網絡技術應用到智能監測中，有助於優化工業生產過程和工藝，同時提高生產線過程檢測、實時數據采集、生產設備過程監控、材料消耗監測的能力和水平，實現生產過程的智能監控
、智能控製、智能診斷、智能決策和智能維護水平。

另ling一yi方fang麵mian，憑ping借jie獨du特te的de技ji術shu特te點dian，智zhi能neng傳chuan感gan器qi的de廣guang泛fan應ying用yong也ye將jiang成cheng為wei實shi現xian工gong業ye自zi動dong化hua發fa展zhan的de必bi經jing之zhi路lu。對dui於yu工gong業ye自zi動dong化hua來lai說shuo
，智zhi能neng傳chuan感gan器qi可ke以yi保bao持chi自zi動dong化hua生sheng產chan線xian的de持chi續xu運yun行xing，在zai監jian控kong和he處chu理li振zhen動dong和he噪zao聲sheng信xin號hao之zhi餘yu，還hai能neng夠gou檢jian測ce機ji器qi健jian康kang狀zhuang況kuang並bing預yu測ce其qi發fa生sheng故gu障zhang的de可ke能neng性xing，從cong而er幫bang助zhu製zhi造zao業ye降jiang低di維wei護hu成cheng本ben。因yin此ci，在zai工gong業ye互hu聯lian網wang發fa展zhan過guo程cheng中zhong，構gou建jian完wan善shan的de工gong業ye傳chuan感gan組zu網wang體ti係xi是shi必bi經jing之zhi路lu。

在互聯網技術日益普及的當下

，包括汽車和醫療保健在內的大多數行業對高精度傳感器的需求都在日漸攀升。Markets and Markets報告數據顯示，全球工業傳感器市場規模預計將從2021年的206億美元增長到2026年的319億美元。從2021年到2026年期間，該市場預計將以9.1%的複合年增長率增長。

那麼
，工業傳感器究竟有何魅力，能讓其市場增長如此之快？本文就將用一些具有代表性的廠商的產品來說明工業傳感4.0時代智能傳感器技術的四大特點：持續在線、全天候工作、本地處理和多傳感器信息融合。

#01 持續在線

當前，我們處在一個永遠監聽、不bu間jian歇xie運yun行xing的de設she備bei得de到dao大da規gui模mo使shi用yong的de風feng口kou浪lang尖jian。持chi續xu在zai線xian是shi作zuo為wei物wu聯lian網wang的de一yi個ge重zhong要yao特te點dian

，隨sui著zhe互hu聯lian網wang技ji術shu的de發fa展zhan，人ren們men對dui於yu持chi續xu在zai線xian的de傳chuan感gan設she備bei需xu求qiu量liang也ye會hui逐zhu漸jian飆biao升sheng
，尤you其qi在zai一yi些xie工gong業ye場chang景jing中zhong，需xu要yao傳chuan感gan器qi持chi續xu在zai線xian去qu記ji錄lu和he描miao述shu數shu據ju。

而er要yao想xiang實shi現xian持chi續xu在zai線xian，能neng耗hao問wen題ti就jiu是shi關guan鍵jian
，這zhe也ye是shi工gong業ye互hu聯lian網wang給gei智zhi能neng傳chuan感gan器qi帶dai來lai的de一yi大da挑tiao戰zhan。隻zhi有you確que保bao感gan知zhi元yuan器qi件jian功gong耗hao足zu夠gou低di
，才cai能neng實shi現xian萬wan物wu互hu聯lian下xia感gan知zhi終zhong端duan節jie能neng降jiang耗hao的de目mu標biao。

因此，通過更省電來保持持續在線的工作狀態必將成為工業4.0時代下智能傳感器的標配。為了實現這個目標
，研發人員也用盡全力去掃除各種障礙，比如：實現“睡眠”功能讓整個傳感器組件以及與之相連的其他係統保持低功耗模式

，直到某些事件發生才喚醒；提升電池技術。增大電池容量，延長電池工作壽命預期；又或者采用抗老化技術，提高電阻穩定性等等。

智能傳感器

以EPCOS / TDK NTC熱敏電阻來說，這款熱敏電阻在內電極
、鎳屏障終端、高溫環境下具有出色的長期抗老化效能，並且在焊接期間擁有卓越的電阻穩定性


，足以長時間保持持續在線。

圖2：EPCOS / TDK NTC熱敏電阻

（圖源：EPCOS / TDK）

此外，這款熱敏電阻具有多層NTC，溫度測量高達150°C

，可以應用在溫度測量及補償和汽車領域，並可在汽車應用中提供電壓和噪聲抑製

、溫度測量和補償等功能。

#02 全天候工作

對於智能化工廠而言
，如果要用互聯網代替人工監測設備
，那麼生產數據的實時跟蹤、生產設備的長期穩定運轉等便是重中之重。

工廠需要通過傳感器全天候工作，才能掌握震動
、溫度、濕度、壓力等數據信號
，進而監控設備的運作狀況，並及時根據數據進行處理，才能降低機械損壞的機率
、提高生產線的穩定性。但與日常生活相比
，工業環境要惡劣許多
，智能傳感器需要抵抗震動、粉塵、高溫、腐蝕等惡劣環境影響
，不然稍有不慎就會受到環境幹擾，從而影響設備甚至工廠的運作。

因此相較於傳統傳感器，用於智能製造的工業傳感器對精度、穩定性、抗震動和抗衝擊性等都提出了更加苛刻的要求
，需要同時具備高穩定性和高可靠性，不僅要能實時通信，還要足夠精準、確保盡可能消除誤差。

換句話說
，智能傳感器需要抗幹擾能力足夠強才能保持穩定性
，進而實現全天候工作。從這個角度來看，EPCOS / TDK的PCM120T屏蔽型SMT功率電感器以及B78416A*超聲波傳感器用變壓器都是不錯的選擇。

智能傳感器

先說PCM120T屏蔽型SMTgonglvdianganqi。qishicongmingchengjiukeyikanchuzhekuanchuanganqifeichangshiheyongyuganraoyizhi
，liruqichedianjideng。jujieshao
，gaixiliechuanganqicaiyongtieyangticailiaobihewaike，wuwaibujianxi，yincijuyouchusedeEMC性xing能neng
，並bing且qie經jing優you化hua實shi現xian高gao飽bao和he電dian流liu和he低di直zhi流liu電dian阻zu，同tong時shi通tong過guo鐵tie合he金jin磁ci芯xin實shi現xian這zhe些xie出chu色se的de飽bao和he特te性xing。而er扁bian平ping線xian繞rao組zu則ze保bao持chi盡jin可ke能neng低di的de損sun耗hao，該gai結jie構gou可ke實shi現xian0.72mΩ（0.4μH）至9mΩ（10μH）低阻值。

圖3：EPCOS / TDK PCM120T屏蔽型SMT功率電感器

（圖源：EPCOS / TDK）

而超聲波傳感器用B78416A*變壓器則擁有磁屏蔽特性
，可更好地抑製幹擾。據悉，這款傳感器采用EP 6磁芯，適用於超聲波應用，轉化比介於1:1:8.42和1:1:15之間，符合AEC-Q200標準
，提供3mH至5mH的電感值，適用於52kHz至300kHz之間的頻率。

圖4：超聲波傳感器用B78416A*變壓器圖解

（圖源：EPCOS / TDK）

此外


，其允許的溫度範圍在-40°C至+125°C之間
，典型應用包括泊車輔助設備、工業機器人
、無人機
、物流機器人、自動導引車和液位測量係統等。

#03 本地處理

在實現工廠智能化過程中，智能傳感器之所以是必不可少的元部件
，原因就在於成千上萬個傳感器可以幫助工廠收集
、處理龐大的數據。對於傳感器來說，如果不能采集分析數據，那麼就將失去它的價值。

在工業3.0時代，工廠中描述設備狀況的原始傳感器數據是直接傳輸給操作員的，不涉及任何本地處理或決策任務。

圖5：工業4.0中的典型預測性維護應用

（圖源：ST）

然而隨著工業4.0時shi代dai的de到dao來lai，數shu據ju量liang將jiang呈cheng現xian出chu爆bao發fa式shi增zeng長chang。如ru果guo仍reng和he此ci前qian一yi樣yang
，那na麼me對dui於yu操cao作zuo員yuan來lai說shuo，麵mian對dui如ru此ci龐pang大da的de數shu據ju量liang，幾ji乎hu不bu可ke能neng快kuai速su完wan成cheng數shu據ju采cai集ji（感知）、分析
、決策執行等任務，無法滿足數據實時處理的條件。而若將數據上傳雲端，一方麵，大量數據上傳可能會造成網絡擁堵；另一方麵，上傳、雲端分析

、傳回
、再指導，來來回回將耽誤很多時間。

danruguorangzhinengchuanganqixianzaibendijinxingshujudejiandanchuli
，shaixuanchuyouxiaodeshujuzaishangchuan
，ercaozuoyuanjinzaishoudaoyunduandetongzhixiaoxihoucaikaishijieruchuli，jinxingxiayibuzhidaogongzuodehua，xiaolvjiuhuidadatisheng。

因此對於工業4.0來說
，智能傳感器的本地處理是一個必不可少的功能，能大大減少傳輸到雲端的數據量
，進而減輕雲計算中心或者本地服務器的負擔。

#04 多傳感器信息融合

多傳感器信息融合其實早在20世紀60年(nian)代(dai)就(jiu)已(yi)經(jing)開(kai)始(shi)發(fa)展(zhan)起(qi)來(lai)
，但(dan)隨(sui)著(zhe)計(ji)算(suan)機(ji)技(ji)術(shu)的(de)發(fa)展(zhan)
，如(ru)今(jin)也(ye)演(yan)變(bian)成(cheng)了(le)新(xin)的(de)層(ceng)次(ci)，就(jiu)是(shi)數(shu)據(ju)融(rong)合(he)。當(dang)下(xia)，多(duo)傳(chuan)感(gan)器(qi)信(xin)息(xi)融(rong)合(he)的(de)定(ding)義(yi)更(geng)傾(qing)向(xiang)於(yu)，充(chong)分(fen)利(li)用(yong)不(bu)同(tong)時(shi)間(jian)與(yu)空(kong)間(jian)的(de)多(duo)傳(chuan)感(gan)器(qi)數(shu)據(ju)資(zi)源(yuan)
，對(dui)獲(huo)得(de)的(de)觀(guan)測(ce)數(shu)據(ju)進(jin)行(xing)分(fen)析(xi)、整合、支配和使用，進而實現相應的決策和估計，使係統獲得更充分的信息。

與單傳感器相比，多傳感器信息融合優勢十分明顯，能夠綜合利用多種信息源的不同特點，多方位地對相關事物的信息進行探測
、跟(gen)蹤(zong)和(he)目(mu)標(biao)識(shi)別(bie)
，增(zeng)強(qiang)數(shu)據(ju)的(de)可(ke)信(xin)度(du)，提(ti)高(gao)整(zheng)個(ge)係(xi)統(tong)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)和(he)精(jing)度(du)。對(dui)於(yu)工(gong)業(ye)領(ling)域(yu)來(lai)說(shuo)，這(zhe)些(xie)優(you)勢(shi)恰(qia)恰(qia)能(neng)夠(gou)促(cu)進(jin)製(zhi)造(zao)業(ye)中(zhong)小(xiao)批(pi)量(liang)的(de)生(sheng)產(chan)，因(yin)為(wei)多(duo)傳(chuan)感(gan)器(qi)能(neng)夠(gou)更(geng)快(kuai)地(di)檢(jian)測(ce)到(dao)錯(cuo)誤(wu)

，對(dui)於(yu)現(xian)存(cun)工(gong)廠(chang)能(neng)源(yuan)管(guan)理(li)、狀態監測以及需要大量信息的預測維護來進行新係統非常有用。

然ran而er多duo傳chuan感gan器qi信xin息xi融rong合he也ye會hui遇yu到dao難nan題ti。由you於yu集ji成cheng了le多duo個ge傳chuan感gan器qi，體ti積ji和he功gong耗hao很hen有you可ke能neng隨sui之zhi增zeng大da
，這zhe和he用yong戶hu小xiao型xing化hua的de需xu求qiu是shi相xiang悖bei的de。換huan句ju話hua說shuo，就jiu是shi給gei智zhi能neng傳chuan感gan器qi的de小xiao型xing化hua提ti出chu了le挑tiao戰zhan。

不過這顯然不是什麼無解問題。比如EPCOS / TDK C35壓力傳感器的尺寸就隻有2.05mm x 2.05mm x 1.2mm。正是由於它足夠小，所以能更好地實現多傳感器信息融合。

圖6：EPCOS / TDK C35壓力傳感器

（圖源：EPCOS / TDK）

據介紹，該係列傳感器設計用於測量0mbar至100mbar範圍，可實現緊湊型壓力傳感器設計
，並通過了高達10V的工作電壓認證
，可通過惠斯登電橋按照壓阻式原理工作。此外，該係列還具有110mV/V/bar的高靈敏度，適合用於對靈敏度、精度和0.1% FSON的長期穩定性有高要求的應用。其工作溫度範圍從-40°C至+150°C，適合用於非腐蝕性氣體和液體的壓力測量。

寫在最後

總(zong)而(er)言(yan)之(zhi)
，工(gong)業(ye)互(hu)聯(lian)網(wang)作(zuo)為(wei)新(xin)基(ji)建(jian)重(zhong)要(yao)組(zu)成(cheng)部(bu)分(fen)之(zhi)一(yi)，其(qi)建(jian)設(she)的(de)全(quan)麵(mian)推(tui)進(jin)和(he)落(luo)地(di)執(zhi)行(xing)
，必(bi)將(jiang)助(zhu)力(li)傳(chuan)感(gan)器(qi)產(chan)業(ye)發(fa)生(sheng)革(ge)命(ming)性(xing)新(xin)變(bian)革(ge)。而(er)工(gong)業(ye)智(zhi)能(neng)傳(chuan)感(gan)器(qi)為(wei)工(gong)業(ye)物(wu)聯(lian)網(wang)運(yun)行(xing)提(ti)供(gong)所(suo)需(xu)的(de)關(guan)鍵(jian)信(xin)息(xi)及(ji)測(ce)量(liang)數(shu)據(ju)，也(ye)將(jiang)迎(ying)來(lai)巨(ju)大(da)的(de)市(shi)場(chang)機(ji)遇(yu)。換(huan)句(ju)話(hua)說(shuo)
，隨(sui)著(zhe)工(gong)業(ye)互(hu)聯(lian)網(wang)應(ying)用(yong)場(chang)景(jing)逐(zhu)漸(jian)向(xiang)廣(guang)度(du)和(he)深(shen)度(du)拓(tuo)展(zhan)
，工(gong)業(ye)智(zhi)能(neng)傳(chuan)感(gan)器(qi)將(jiang)在(zai)工(gong)業(ye)自(zi)動(dong)化(hua)領(ling)域(yu)得(de)到(dao)越(yue)來(lai)越(yue)廣(guang)泛(fan)的(de)應(ying)用(yong)。

更重要的是，未來，在工業互聯網高質量發展要求的推動下

，工業智能傳感器更新迭代的速度將不斷加快，會不斷湧現出更多新型
、低成本
、微功耗
、高性能及高精度的傳感器。而智能傳感器在逐步提高安全性和可靠性等級的同時，也將向著工業智能感知係統加速演進。

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