适合工业环境的传感器解决方案

工业控制设置是现代传感器最早的一些环境。随着对监控安全性和效率的系统的需求增加，设计用于在具有挑战性的环境中可靠运行的传感器被用于密切关注诸如热量，流量和振动之类的问题。它们还使操作员能够与危险情况保持安全距离。

工业应用传感器现在包括非常广泛的传感器类型：温度，压力，化学，接近度，力，负载和水平。支持和支持技术包括MEMS，纳米技术和无线通信。

无线传感器正在用于监控和数据采集等系统，证明这些设备可以有效地满足工业应用的需求。这些无线传感器主要用于定位，接近，图像和安全应用。成功的关键因素是低功耗;不太遥远的未来的无线传感器网络将为不受限制的工业产品获取能量，这些产品将与电源插座断开连接。今天，从愿景到M2M通信，工业环境中的传感器已经发挥作用。随着工厂车间迅速向更高的自动化方向发展，传感器是一个重要的推动因素;它们是工业能力扩张的核心，被称为“工业4.0”，这个术语指的是第四次工业革命，包括引入自我优化，自我配置，自我诊断，认知和智能的新方法。在日益复杂的任务中支持工人。

目标是智能工厂（智能工厂），其特点是适应性，资源效率和人体工程学改进，并得到机器人，自动化系统和所谓的支持。 “物联网”（IoT）。

正如我们将要看到的，它有时是应用程序，有时是严酷或至少不友好的操作环境，它决定了所使用的传感器类型及其属性。德州仪器（TI）LDC1000（图1）是世界上第一款电感数字转换器，在低功耗，小尺寸解决方案中提供电感式传感的优势。该产品采用SON-16封装，提供多种工作模式。 SPI接口简化了与MCU的连接。

图1：TI的LDC1000实现了超低成本的系统解决方案。

电感式传感是一种无接触，无磁性的短程技术，可实现在存在灰尘，污垢，油和水分的非传导性干扰的情况下，高分辨率感应导电目标。传感器可以是缠绕线，PCB上的线圈，在柔性基板上印刷有导电墨水的线圈，或者甚至是简单的弹簧。它支持远程传感器放置，非常适合极端恶劣的环境。

电感式传感器可产生并使用高频振荡磁场。进入感测场的金属靶在靶中感应出涡流，这降低了振荡器的信号幅度。然后，检测器电路识别幅度的特定变化并产生一个信号，该信号将固态传感器输出“打开”或“关闭”。

电感式传感技术可精确测量线性/角度位置，位移，运动，压缩，振动，金属成分和许多其他应用。它可在位置检测应用中实现亚微米分辨率，具有16位谐振阻抗和24位电感值。电感式传感可用于测量金属或导电靶的位置，运动或成分，以及检测弹簧的压缩，伸展或扭曲。

另一个工业传感器的例子是Silicon Labs‘ Si7013单芯片相对湿度和温度传感器，用于恒温器，湿度调节器和其他类似设备中的工业HVAC。该传感器是单片CMOS IC，集成了湿度和传感元件，模数转换器，信号处理，校准和I²C接口。

湿度和温度传感器在出厂时已校准，校准数据存储在片上非易失性存储器中。传感器完全可互换，无需重新校准或需要更改软件。

带电源管理的辅助传感器输入可直接连接到外部热敏电阻网络或其他电压输出传感器。 Si7013采用3 x 3 mm DFN封装，可回流焊接。

其他功能包括：

精密相对湿度传感器

温度传感器

辅助第二区传感器输入（Si7013）

0至100％RH工作范围

工作范围-40°至125°C

宽工作电压范围（1.9至3.6 V）

低功耗

I²C主机接口

集成片上加热器

3 x 3 mm DFN封装

出色的长期稳定性

工厂校准

回流焊和运行期间的寿命保护

符合AEC-Q100汽车标准

振动是一个常见的罪魁祸首，必须在工业环境中密切监控。模拟器件ADIS16228数字三轴振动传感器具有FFT分析和存储功能（图2），是一个完整的振动传感系统，将三轴加速度传感与先进的时域和频域信号处理相结合。

20.48 ksample/s采样率和5 kHz平坦频带提供适合许多机器健康应用的频率响应。铝芯为MEMS加速度传感器提供了出色的机械耦合。

内部时钟驱动数据采样和信号处理系统，无需外部时钟源。数据捕获功能有三种模式，提供多种选项以满足许多不同应用的需求。此外，它的实时模式可以在一个轴上直接访问流数据。

图2：ADI公司的振动传感器（上）和方框图ADIS16228（下）。

SPI和数据缓冲结构提供了对数据输出的便捷访问。 ADIS16228还提供数字温度传感器和数字电源测量。该设备用于振动分析，状态监测，机器健康，仪器仪表，诊断和安全关闭传感等工业应用。它采用15×24×15 mm模块，带法兰，M2机器螺孔和灵活的连接器，可实现简单的用户界面和安装。 ADIS16228的封装尺寸与引脚兼容，与供应商的ADIS16210数字测斜仪系统兼容，可在±180°的整个方向范围内精确测量俯仰角和滚动角。 ADIS16228具有-40°至+ 125°C的扩展工作温度范围。

ADI公司的ADIS16000和ADIS16229（带有嵌入式RF接收器）可为各种工业创建简单的无线振动传感网络设备应用。 ADIS16000提供管理网络的网关功能，而ADIS16229则提供遥感功能。

先进的电子控制系统激增，带来更高的传感器精度，可靠性，响应时间，稳健性，小型化，通信能力，和效率。这反过来又推动了R＆amp; D，为新的传感器应用提供了机会。展望未来，工业设施将配备更多智能，以更好地管理复杂性，安全性和运营。用于这些应用的传感器系统可能非常小，功耗很小，并且成本较低的早期传感器的成本没有将智能电子设备紧密集成到传感元件中。更重要的是，这些设备通常安装在一个芯片中并可以无线操作。