工业传感器和工业物联网

工业互联网的事情准备改变传感器市场 - 但是通过多少？

我们生活在智慧的时代。我们的手机，我们的车，甚至我们的冰箱都变得聪明。我们的工厂也变得聪明了。智能工厂提供详细的条件和性能数据，提供新工具来改进运营，支持预测维护，削减停机时间，提高整体生产力。无论您是呼叫它的工业互联网（IIOT），Industrie 4.0，或网络物理系统，连接厂的概念，可轻松消耗的运营和商业洞察力，都准备回收工业景观。

在可见的工厂的核心位于一个传感器网络，可以监视温度，振动，能量消耗等特性。这些换能器将物理现象转换为可以路由到监督控制和数据采集（SCADA）系统或企业网络进行分析的电信号。充分达到IIOT的潜力将需要很多他们 - 一些分析师预计市场预计每年将增长24.5％，到2023年达到3475亿美元。

而其他人，比如IHS的MEMS团队负责人Jérémie Bouchaud，则更为谨慎。他表示:“我认为，在工业应用中，传感器的部署规模不会达到目前的10倍左右。”“你已经在监控很多你需要监控的东西。我认为这个故事更多的是关于使用现有的传感器。”

“IIOT是关于数据的完全是关于数据的，Nick Butler是国家仪器（德克萨斯州奥斯汀）的嵌入式系统产品营销。“这是承诺提供能够提高公司效率或产量或安全或正常运行时间的见解的数据。”

监测机器健康
停机费用可能是可怕的。例如，在汽车行业中，估计每分钟约20,000美元。感官可以提供有关机器健康的基本信息。考虑振动监测。每台机器都在其振动频谱中显示特征谐振频率，可以使用加速度计映射。像拉伸输送带或磨损轴承这样的机械问题引入了新的振动频率。加速度计可以创造详细的振动谱。作为连接网络的一部分并结合自动化数据捕获和分析，它们可以警告维护，以出现可能表明问题的新谐振频率。

类似地，温度传感器检测的不寻常加热可以发出齿轮箱或执行器中的润滑击穿等问题。

压电振动传感器坚持在中心柱和一对测试质量彼此正式柱之间的压电材料层。振动使质量振荡，压缩压电陶瓷以产生电信号。轴的方向使系统能够将力解析为它们的组成部分。

真正意识到IIOR的承诺需要紧凑，强大，易部署的传感器，也便宜。压电传感器每百元成本。结果，它们通常被利用，因为通过从机器到机器的维护移动的测试设备。MEMS技术，如果它可以实用，那将是一个更好的契合。

添加创新
MEMS振动传感器基于固定和独立的微悬臂器的组合操作。振动导致固定悬臂和独立式更改之间的距离。读出技术基于电容感应 - 随着两组悬臂之间的距离变化，电容也是如此。基于MEMS的传感器的关键益处之一是它们与半导体制造技术兼容。不仅换能器是在光刻上图案化的，传感器可以作为片上系统制造。

鉴于现任技术成熟，制造商要么需要开发新的方法，要么找到实质上不同的实施预先存在的版本。

传统上，MEMS传感器的最佳位置一直是低频应用，比如汽车安全气囊传感器。为了对机器运行状况有用，它们需要多种类型的改进。“它们需要变得更小、更便宜、更分散，这就是无线技术的切入点，”巴特勒说。“增加一台收音机也带来了一系列的挑战。将这些设备连接在一起，同步它们，在工业部署中常见的高emi环境中操作它们，以及为这些设备供电都面临着各自的挑战。当然，所有这些挑战都会催生创新。”

布肖德表示，为了实现一些更浮夸的预测，传感器技术的价格需要大幅下降。这是一个已经在振动传感器领域进行的过程，目前的振动监测系统由两个传感器和一个发射器组成，成本约为6000美元。他说:“这是一项真正的投资，在你把它安装到发动机上之前，你需要再三考虑。”与此形成对比的是ABB的一款新电机传感器。

除了该示例之外，主要趋势Bouchaud目前看到的是运动供应商之一，增加与其标准传感器产品线的连接。这可能会像向其标准设备添加连接芯片一样适度。更多高级条目可能包括芯片和软件堆栈。在这两种情况下，添加到客户的最低成本下。这是一个为未来需求做准备的过程，而且正在进行五到八年的过程。

至于预测的庞大市场是否会成为现实，他还没有发现制造商之间的共识。Bouchaud说:“一些人说，由于连通性，他们的客户会想知道更多，并在以前没有的地方增加传感器。”“其他人则更保守，认为这不是真的。”

成功的道路
挑战不仅仅是价格。所有这些无线传感器目前都靠电池供电。根据数量和效率的不同，这可能会导致维护方面的麻烦。这是传感器制造商已经在努力解决的问题。巴特勒说:“我们对我们的客户做了大量的研究，并设计了我们的无线产品的电池寿命为3年。“我们对客户做了很多调查，发现超过90%的客户已经在进行年度维护。他们没有问题改变电池每年一次,当你去一个月一次,甚至每隔六个月,你不触及的利益之间的临界点在难以到达的地方,并且运行管道的问题必须发送一个技术员每六个月改变电池难以接触到的地方。”因此，能源收集技术是目前研究的温床。

采用的一个关键驱动因素是开发简单的技术，易于为机械，电气和控制设计领域的专业知识而不是嵌入式技术的专业知识。易于放置的集成解决方案可以使这种过程的可疑部分含糊。由于介绍了半导体行业的片上设计的趋势，今天可以提供解决方案，从而消除了在嵌入式感应中进行深层技能的需求。OEM不需要学习C ++或机器代码，或者如何将IAO从处理器从处理器中获取到FPGA。例如，可以从国家仪器和模拟设备提供解决方案。

巴特勒说，一个常见的误解是，无线技术对于工业环境来说还不够成熟。“人们说他们不能在工业环境中部署它，它不够健壮，不安全，他们不能同步，他们不能获得数据速率，”他说。“这些都不是真的。美国国家仪器公司和其他公司提供非常可靠的安全无线传感解决方案。他们可以通过扩频跳频来避免电磁干扰。它们可以同步。它们可以通过行业标准协议和专有协议来回发送高速数据。基金会和可部署的产品今天就在这里。”

也许最大的错误无法执行网站调查。错过潜在问题很容易。即使是微波炉也可能是一个问题。水在2.4 GHz的共振，这是常用于工业，科学和医疗网络的频段之一。

此时，用于传感器的无线技术的采用开始移动过去的早期采用阶段。它开始看到过程自动化领域的重大部署。Butler指向一名电气客户，在10,000多个资产上安装了振动监测器。这些远程传感器设计用于检测轴承或风扇叶片或需要维修发电机或涡轮机的另一个部件。在离散自动化中，该技术不太广泛地部署，但开始看到汽车等应用中的立足点。

巴特勒，一个，是一个信徒。“这不是一个fad，”他说。“也许传感器必须稍微稍微少得更便宜，但Iiot今天在这里。”

致谢
有用的背景对话，谢谢Go To Robbie Galoso，IHS和Alex West，IHS智能制造和工业通信的主要分析师IHS和Alex West的传感器分析师。