面對智能工廠的發(fā)展趨勢，新一代感測器也不斷進行升級，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)感測器是工廠自動化和工業(yè)4.0的關鍵組成元件。最常見者包括運動、環(huán)境和振動感測器等，可用於監(jiān)測設備的健康狀況。此外，還有包括線性或角度定位、傾斜感應、水準測量、衝擊或跌落檢測等，可滿足智能工廠各不同環(huán)節(jié)的感測應用。
基於MEMS元件的專用工業(yè)運動感測器非常適用於工業(yè)4.0的應用需求，這種類型的感測器不止具有更大的機械頻率感應頻寬，還擁有高可靠性、穩(wěn)定的測量和高達105℃的精確操作溫度範圍。
工業(yè)感測器系統(tǒng)通常由24V的DC電源供電，這與由3V或5V電源供電的消費性裝置系統(tǒng)中的感測器非常不同。因此，工業(yè)感測器系統(tǒng)需要額外的電源管理來有效地驅(qū)動感測裝置。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線收發(fā)器。類比數(shù)據(jù)輸出通常由運算放大器來進行調(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)自動化感測器
| 圖一 : 工業(yè)感測器是工廠自動化的關鍵組成元件。最常見者包括運動、環(huán)境和振動感測器等。 |
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有幾種類型的工業(yè)感測器類型，包括以下幾種：
溫度感測器
溫度感測器可以感測從正係數(shù)類型設備到負係數(shù)類型設備，以及RTD（電阻溫度檢測器）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。這通常用矽材料來構(gòu)建，以提供線性特性。相反，開關型PCT熱敏電阻具有非線性溫度測量曲線。當熱敏電阻加熱時，電阻會降低，直到達到臨界溫度，之後溫度會升高。
它們通常用於工業(yè)設備中的電動機組以及監(jiān)控繼電器，以提供過熱保護以防止絕緣損壞。非線性響應曲線在最大允許的溫度下電阻顯著增加，觸發(fā)繼電器以防止過熱。然後，這可以鏈接到無線感測器網(wǎng)絡。
負溫度係數(shù)（NTC）熱敏電阻，其電阻隨溫度降低，在0℃至70℃的正負0.1℃或0.2℃的寬溫度範圍內(nèi)具有精確的準確度，且具有長期穩(wěn)定性。這些通常用於IIoT和智能工廠的熱敏電阻探頭組件，可應用於故障診斷。熱敏電阻感測元件可用於監(jiān)控與無線感測器系統(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。 |
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距離（接近）感測器
電感式接近感測器可以檢測附近的金屬，使人機界面（HMI）更安全。有2和3線DC版本以及帶有單獨放大器的感測器，用於高速操作。雷射測距（雷射雷達）感測器可以在一維空間中用於物體檢測，例如在輸送線上用作紅外線運動感測器。2D雷射雷達感測器可用作位置感測器，以識別生產(chǎn)線中零件的位置。
震動感測器
振動感測器可以使用MEMS加速度計或壓電晶體來測量振動頻率，並根據(jù)被監(jiān)測系統(tǒng)的諧波進行調(diào)諧。震動感測器為故障診斷提供重要的數(shù)據(jù)採集，而加速度計可用作運動感測器，以提供傾斜、跌落和衝擊測量。
其他感測器
其他感測器還包括有壓力、pH、流量、濕度、超音波、PIR、光電感測器等。例如在自動化工廠中經(jīng)常可見到佈建於設備上的壓力感測器，用於測量液體酸度的pH感測器，以及用於監(jiān)控執(zhí)行器的流量感測器、濕度感測器和超音波感測器等。而PIR感測器、光電感測器和旋轉(zhuǎn)編碼器等則可用作工業(yè)自動化系統(tǒng)中閾值測量的限位開關。所有這些物聯(lián)網(wǎng)感測器都可透過工業(yè)感測器網(wǎng)路（包括有線或無線）連接，然後數(shù)據(jù)資料返回物聯(lián)網(wǎng)，提供實時分析和條件監(jiān)測。
結(jié)合AI 為感測器導入機器學習能力
一般來說，工業(yè)用的工規(guī)感測器與消費等級的商規(guī)感測器需求就不相同。除了工業(yè)規(guī)格需要能適應更寬的工作溫度之外，更重要的則是在於感測器的穩(wěn)定度，以及供貨的持久度。一般來說，商用感測器由於配合終端產(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)感測器卻必須要能滿足長達10年的穩(wěn)定供貨。再者，工業(yè)4.0的應用環(huán)境對於連網(wǎng)的需求大增，因此感測器多半還必須要賦予連網(wǎng)能力，才能進一步加快智慧工廠實現(xiàn)的腳步。
意法半導體（ST）亞太區(qū)資深產(chǎn)品行銷經(jīng)理陳建成指出，面對智能工廠的趨勢，新一代的感測器也進行不斷的升級，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)定運作，持續(xù)環(huán)境的偵測行為而不中斷功能。此外，感測器的智能化也是邁向工業(yè)4.0不可或缺的關鍵。針對感測器的智能化，ST也為感測器導入機器學習（ML）的能力，並結(jié)合AI，如此不只可讓工廠中的自動化設定最佳化，更可提升整體的生產(chǎn)效能。
感測元件讓機器人擁有『眼睛』與『耳朵』
ADI擁有許多應用於機器人的感測器。例如MEMS、LiDAR、RADAR、TOF和接近感測等技術，這些技術使機器人能擁有更多的『眼睛』和『耳朵』。ADI亞太區(qū)工業(yè)自動化行業(yè)市場部經(jīng)理于常濤指出，目前ADI的MEMS感測器產(chǎn)品線包括了加速度計、陀螺儀和IMU等，由於在零偏穩(wěn)定性、溫度回置特性、長時穩(wěn)定性、以及震動條件下的性能，都遠遠超過消費等級的MEMS感測器產(chǎn)品，因此在工業(yè)領域中，被廣泛應用於各種機器人、無人機的導航、以及機械自動化的穩(wěn)定等功能。
以目前ADI所推出的ADIS16470系列高性能IMU來看，透過三軸MEMS加速度計和陀螺儀共可提供6自由度（DoF）檢測，並注重工業(yè)『運動物聯(lián)網(wǎng)』及其對精準地理定位的需求。其性能令系統(tǒng)能精確地表徵運動，不受湍流、振動、風、溫度和其他環(huán)境干擾，從而實現(xiàn)更精準的導航和引導和/或儀器穩(wěn)定度。
基於ADI產(chǎn)品的LiDAR和TOF技術可以實現(xiàn)高精度的蔽障功能，適用於AGV等領域。ADI2018年收購的symeo公司，使ADI在毫米波雷達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，可以實現(xiàn)mm級的距離測量，相應的產(chǎn)品被廣泛應用在大型廠礦設備的精確定位和自動化運作上。
為工業(yè)感測器提供最佳性價比
| 圖三 : 隨著設備與技術變得越來越依賴於物聯(lián)網(wǎng)，可以檢測來自物理世界的訊息並執(zhí)行指定指令，正成為新產(chǎn)品設計中不可或缺的一部分。 |
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在當今的高科技工廠中，工業(yè)感測器在處理系統(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，並且足夠小以適應整合於印刷電路板（PCB）上的有限空間。此外，應對的另一個挑戰(zhàn)就是：降解效應，例如光柵就是一個例子。對於客戶想選擇最佳性價比的高品質(zhì)工業(yè)感測器半導體，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滿足客戶設計所需的所有產(chǎn)品，而且都具備最好的品質(zhì)。
除了搭配XMC1000系列微控制器來發(fā)揮感測器功能之外，英飛凌也透過對於工業(yè)感測器應用的深入了解，幫助客戶的系統(tǒng)開發(fā)出合適的解決方案。至於另一個優(yōu)點則是，英飛凌提供了專門針對工業(yè)感測器的參考設計，例如用於雷達液位計的24GHz晶片組。
實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)願景
對於羅姆來說，檢測環(huán)境與物理條件的感測器，和傳輸以及共享感測器數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡，對於實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)將至關重要。ROHM集團也將來自自家、LAPIS和Kionix等不同專有技術結(jié)合起來，提出解決方案並打造下一代的感測器網(wǎng)路產(chǎn)品開發(fā)。
讓感測器滿足各種電機需求
從減少意外停機時間到預防性維護的計劃時間，TE Connectivity（TE）的感測器解決方案可測量和監(jiān)控工業(yè)電機的振動、溫度和位置，以確保工廠設備間的高效運行。在惡劣環(huán)境和條件下可進行精確測量，並可將感測器的範圍擴展到各種類型的設備和製程。更具體地說，TE的工程感測解決方案可滿足各種電機應用的獨特要求，包括大型設備操作和更精確的功能。此外，具有多個數(shù)位輸出信號和無線感測器技術的感測器，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)感測器需要能適應更寬的工作溫度之外，更重要的則是在於感測器的穩(wěn)定度。 |
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智能化感測器不可或缺
隨著設備與技術變得越來越依賴於物聯(lián)網(wǎng)，可以檢測來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)的智能感測器，正在成為新產(chǎn)品設計中不可或缺的一部分。瑞薩提供可擴展的微控制器解決方案，還包括放大器和緩衝器、接口設備（RS-485/422和RS-232）、電壓基準、類比數(shù)位轉(zhuǎn)換器、數(shù)位類比轉(zhuǎn)換器和開關穩(wěn)壓器等，以提供支持下一個小型到大型感測器和執(zhí)行器的設計之用。
