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传感器“偶遇”智能制造,新趋势应运而生

供稿:中国工控网 2016/9/6 9:10:24

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  • 关键词: 工业传感器 智能制造
  • 摘要:在工业4.0、智能制造以及物联网的推动下,传感器应用将无处不在,而误差的问题也将会日益凸显。与此同时,新的应用领域也对传感器提出新的要求,在产品集成度、有线无线接口协议、功耗性能等方面必须进一步完善,以提高传感器灵活性和成本优势。

  工业传感器领域普遍存在一个难点,那就是传感器在使用一段时间后,受产品老化、参数漂移等因素影响,检测将不可避免出现误差,并且很难调整修正。为此,许多产品经理和研发工程师付出无数汗水,但是效果显然并不如意。


  另一方面,在工业4.0、智能制造以及物联网的推动下,传感器应用将无处不在,而误差的问题也将会日益凸显。与此同时,新的应用领域也对传感器提出新的要求,在产品集成度、有线无线接口协议、功耗性能等方面必须进一步完善,以提高传感器灵活性和成本优势。


管中窥豹,一窥工业传感器的新趋势


  工业4.0是一个范围广泛的概念,主要是利用信息系统将生产过程中的供应、制造等环节数据化,方便对生产过程进行管理、分析和提升,以此提高制造业的智能化水平。因此,在生产的过程中,传感器神经网络的重要性自然不言而喻。


  传感器网络的检测精度和性能直接影响生产的效率。纳芯微电子总经理王升杨表示,越来越多的集成化方案开始大量应用,主要表现在以下两方面。其一:利用ASIC代替分立电路,使传感器具备更好的移植性,缩减成本,例如:TI之前的压力变送器方案都采用分立电路形式,BUF、ADC、处理器等都是独立器件;TI最新推出的方案是完整ASIC芯片,集成所有逻辑功能;其二:多品种的传感器ASIC开始横向集成,例如:工业现场温度控制方案,原本都使用RDD、热电偶等独立电路和输出,新产品已经可以实现32通道的同时测量,每种通道之间可以搭配组合,实现RDD、热电偶、二极管等各种方式的测量,管理起来非常方便。


  另一方面,生产效率与传感器设备之间协同工作能力戚戚相关。但是,现阶段传感器还是以模拟信号输出为主,只能实现信息的单向流动,不能对传感器进行调整、配置,并且模拟输出能携带的信息量非常有限,只能发送传感器的检测信息,对于传感器自身诊断、ID、运行状态等信息难以实现传输。因此,数字化接口是后续发展的必然趋势,例如:HART协议、CAN总线、点对点IO_link总线等,可以实现双向通信,实时配置传感器状态。


  “功耗是传感器网络必须要面临和改善的问题。”王升杨继续说道,因为传感器网络系统将会越来越庞大,每一个传感器设备的功耗累加起来,就意味着巨大的成本支出。另外,许多工业应用场合还是电池供电,续航能力很难保障。所以,在传感器设备中,传感器、信号处理器、电源管理、MCU、无线通信等都需要实现低功耗处理,以提高设备的续航能力。

  因此,管中窥豹,可见一斑。集成度、接口、功耗也只是传感器发展趋势的冰山一角,未来传感器更多将会与垂直领域的算法紧密合作,共同推动智能化的发展。


各显神通,传感器误差的解决方法


  在工业生产中,传感器检测的微小误差很可能导致企业的巨大损失,这是企业非常不愿意看到的情况。那么,传感器的误差如何避免呢?以下是传感器行业专家在产品应用中的案例,也许能给大家提供不少参考。


  智能抄表带来非常方便的体验,同时也存在许多问题。新奥副总经理董胜龙表示,如果抄表的数据完整性和及时性存在问题,将会导致体验非常差。这往往是多个原因造成,第一是气氛传感器只能识别,不能很好的定量分析;第二是结构设计和生产工艺不成熟,导致一致性存在缺陷;第三是电表缺乏主动传感器,每一个电表从出厂到应用,大多都需要现场充气修正补偿系数。新奥的解决办法主要采取以下几步:


其一:研究组分传感器的计量原理,形成计量动态补偿方案,通过大量实验验证,解决组分适应性的问题;


其二:通过大量实验验证,形成天然气特性和传感器计量输出之间,实时跟踪与在线修正的方案,识别时间小于一分钟,自动识别80%~97%甲烷含量;


其三:在保证速度的前提下,优化设计结构,减少流速对传感器的影响,提高计量稳定性;


其四:增加仪表的自检测能力,对仪表的工作状态进行实时检测报警。


  由于安装方便、无需电源和布线的原因,无源无线传感器受到大家的好评,能适用于许多极端的环境。赛赫信息科技总经理李泽晨说道:“汽车尾气处理系统中,尾气的温度范围在600度到1200度之间,导致能够检测过氧化硫、一氧化碳等尾气的气体传感器非常稀缺,而且传感器受到的干扰和老化情况也会更加严重。声表面波传感器是无线无源传感器之一,在老化和环境干扰的变化过程中,采用设置两个频点同步漂移的方法,通过两个频点的频率差检测物理量,从而得到精准的检测值。”

不过,在不同的应用场合,误差产生的原因各有不同,企业应该根据实际情况理出根源,解决误差的问题。


总结

 未来,传感器市场的增长点将更多集中在无线传感器、MEMS和生物传感器领域。如此庞大的市场规模,将会诞生更多的企业和拓展出更多应用。


审核编辑(王静)
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