工业物联网中有哪些关键传感器?

贸泽电子设计圈 发表于 2020-11-26 15:56:42 收藏 已收藏
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工业物联网中有哪些关键传感器?

贸泽电子设计圈 发表于 2020-11-26 15:56:42

如果说物联网(IoT)是以人为中心,通过物与物之间的互动和连接,增强人类对周围环境的感知和响应,那么工业物联网(IIoT)中的通信则是面向机器的,它横跨各种不同的市场和应用,主要场景包括监视类应用和自动化应用。可以说,IIoT影响着整个产业价值链,是智能制造的必然要求。

工业物联网之所以重要,主要是因为它有助于管理者更快更好地做出决策。同时,工业物联网所能带来的变化与许多企业正在进行的数字化转型密切相关。

那么,哪些行业正在采用工业物联网呢?总体来看,目前制造业、零售业、公用事业和运输业是工业物联网应用较普遍的行业。

在制造业,工业物联网可以让制造商更好地了解生产线的运行情况,并提前预知机器在何时需要维修,从而减少意外停机的情况发生。

在公用事业方面,借助工业物联网,管理者能随时监控远程设备的运行状况,大大降低了人工巡检成本。

对零售商来说,有了工业物联网,供应链、运输过程等一切信息尽在掌握中。

除去上面这些我们耳熟能详的应用领域,医疗保健和政府部门接下来将有可能成为工业物联网的应用大户。
 

工业物联网市场究竟有多大?

根据IDC的分析和预测,2019年全球物联网的支出达到7,450亿美元,高于2018年的6,460亿美元,这一数据在2022年可能达到1万亿美元。如果按技术类型划分,IDC表示2019年物联网服务的支出将占其中的2,580亿美元,硬件支出紧随其后,为2,500亿美元,其中超过2,000亿美元的支出用在了传感器上面。

另据MarketsandMarkets的预测,到2025年,工业物联网市场将从2020年的773亿美元增长至1,106亿美元,年复合年增长率为7.4%。半导体和电子设备的技术进步、云计算平台的大量使用、IPv6的标准化以及各国政府对工业物联网相关研发活动的支持等因素将进一步推动工业物联网产业的发展。
 

工业物联网对传感器市场影响有多大?

谈起工业物联网,它的三个主要的基础设施组件最容易被大家提出来,那就是传感器、网络和数据分析。然而,每一个组件分析起来都要花费很长的篇幅,今天我们就把讨论内容主要放在传感器上面。 根据项目的不同,传感器可以是摄像机,也可以是温度计或运动传感器等。所有这些传感器将产生大量的实时数据,通过对这些数据的快速分析,就可以迅速做出有利于提高企业效率的决策。市场分析机构Gartner预测,2019年将有142亿台联网设备投入使用;到2021年,总数将达到250亿台。这些联网设备无一不需要配备相应的传感器。其中,制造业对物联网的接受度相对较高,从系统装配线到测试和检测,越来越多的传感器被用于制造业的各种应用。

图1:IoT在制造业中的重要性最高(图源:Dresner Advisory Services) 物联网传感器市场的一些主要参与者包括Bosch Sensortec、德州仪器、TDK(Invensense)、TE Connectivity、Broadcom(Avago)、恩智浦、意法半导体、英飞凌、ADI、欧姆龙、霍尼韦尔以及Murata等,这些企业在工业物联网的高速发展中获益颇多。
   

工业物联网中有哪些关键传感器?

数据是工业物联网实施的关键,传感器对于整个生态系统的智能化至关重要。为了满足现代工厂中各种各样的应用目的,需要配备多种传感器,光学、温度、运动、位置、视觉等是最常见的传感器类型。下面重点介绍工业自动化解决方案所需的几种传感器类型。

烟雾传感器:该传感器问世时间很长,在物联网工业自动化解决方案中创造了很多有趣的应用案例,如暖通空调、建筑工地监控以及火灾和煤气泄漏几率较高的工业装置。当烟雾传感器与工业物联网解决方案集成后,即使是最轻微的气体泄漏或轻微的火灾事件也能被及时发现。

接近传感器:它们最常见于汽车保险杠上,以在即将发生碰撞时提醒驾驶员。接近传感器在零售业也有应用,当顾客走近产品时,该顾客会被告知折扣。

红外传感感:红外传感器基本上是用来侦测人类的存在,已广泛应用于军事领域,但在过去几年里,与工业物联网解决方案相结合的红外传感器也在其他行业得到应用,现在它们已被广泛部署在电子、化学和医疗保健行业。Murata、Melexis、已并入瑞萨的Intersil等是为数不多的可以提供工业中使用的物联网红外传感器的企业。

压电传感器:当与物联网解决方案集成时,压电传感器可以实时发送与压力变化相关的数据。利用这些传感器,我们可以开发一个工业物联网系统,用来监测压力关键设备,如锅炉、水系统、航空航天、石油钻井系统等。

运动传感器:它能感知设备的运转速度、加速度、旋转角度、位移等信息,比如在精密有感伺服电机控制中需要用到的磁阻传感器。这些信息对于机器设备操控的精确性和效率至关重要。

温度传感器:温度传感器是工业物联网应用中应用最广泛的传感器之一。在许多行业中都能找到它们的使用案例,其中包括制药、生物技术和其他温度监控至关重要的行业。

光学传感器:光学传感器的底层技术使其能够监测任何种类的电磁辐射,即光、电和磁场等。电信、电梯、建筑、医疗、安全系统都是光学传感器的工业自动化应用。比如Vishay的VCNL4020X01和TCxT1600X01就是专为工业物联网应用设计的光学传感器。

图像传感器:图像传感技术在医疗保健、交通运输等许多行业实现革命性的工业自动化过程中起到了推动作用。在医疗行业,图像传感器可以用来测量心跳和血压,通过读取一整天的血压变化,有助于预防心血管疾病的发生。在运输行业,图像传感器通过提醒同一轨道上接近的列车司机来防止列车相撞。欧姆龙和Invisige就是两家在物联网中实现图像传感技术并且成果显著的企业。

视觉传感器:机器视觉的发展使得光学摄像头在工业物联网中的应用越来越广泛。尤其是随着机器人的应用,建立3D视觉信息的需求会越来越普遍,所以飞行时间(ToF)光学传感器等能够获取“深度”数据的技术也会迎来崭新的发展机遇。

图2:60GHz毫米波传感器有助于实现边缘智能化(图源:TI)

超声波/毫米波传感器:在光线较暗、视觉传感器受限的情况下,超声波传感器通过监听从对象上反射回来的回波可对视场中的物体进行探测,在避障应用中这是一种成熟且成本效益突出的方案。近年来,随着毫米波雷达技术的发展,基于毫米波的感知和探测方案越来越被工业企业所接受。尽管毫米波传感器目前的成本仍然较高,但是其可以测量物体速度、角度和位置等更丰富的信息,这些优势无疑将加速它的普及应用。

上述传感器并不是工业物联网中所需传感器的全部,许多其他传感器正在广泛部署在工业物联网解决方案中,其中许多能够测量其他参数的传感器正在开发中。物联网无疑是工业自动化的未来,其潜力在很大程度上取决于传感器的有效性、高效性和智能性;从传感器的角度来看,工业物联网的发展无疑也为其高速发展提供了丰厚的“红利”,如何把握住这一机遇,至关重要。

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原文标题:哪些传感器能够享用工业物联网的发展“红利”?

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