智能传感器

<strong>Thomas Brand ADI公司</strong>

改善状态监控和诊断并实现整体系统优化，是当今人们在使用机械设施和技术系统时面临的部分核心挑战。这个话题不仅在工业领域，在任何使用机械系统的地方都愈加重要。以往，都是根据计划来维护机器，延迟维护可能会面临生产停工的风险。

如今，人们通过处理机器的数据来预测其剩余的使用寿命。尤其是温度、噪声和振动等关键参数，可以利用记录的这些数据来确定最佳运行状态，甚至是所需的维护次数。此举可以避免造成不必要的磨损，并且能够尽早发现潜在的问题和原因。通过这种状态监控，设施的可用性和有效性可挖掘出相当大的优化空间，从而获得决定性的优势。例如，经证实，实施这种监控之后，ABB1一年内将停机时间减少了70%，将电机的服务寿命延长了30%，同时将设施的能耗降低了10%。

预防性维护的一个重要组成部分就是基于状态的监控 (CBM)，通常监控涡轮机、风扇、泵、电机等旋转机器。利用CBM可实时记录运行状态信息。但是，不会提供故障或磨损预测。这些只能通过预防性维护提供，因此带来一个转折点：借助更加智能的传感器、更强大的通信网络和计算平台，人们能够创建模型、检测变更，并详细计算服务寿命。

<strong>Mark Looney ADI公司</strong>

<strong>简介</strong>

对于那些为物联网应用领域开发智能传感器的人士而言，性能与功耗的关系是最微妙的权衡考虑。在广阔的性能空间中，噪声常常是一个重要的评估因素，因为它能制约智能传感器中关键功能模块的器件选择，进而提高功耗负担。此外，噪声特性在很大程度上决定了滤波要求，而这又会影响传感器对条件快速变化的响应能力，延长产生高质量测量结果所需的时间。

在支持连续观测（采样、处理、通信）的应用中，系统架构师常常不得不解决噪声与功耗相互对立的关系，因为噪声最低的解决方案很少正好也是功耗最低的解决方案（就特定功能类别的器件而言）。例如，MEMS加速度计常常用作远程倾斜测量系统的核心传感器。表1显示了两款不同产品的重要特性，它们提供目前在业界领先的噪声或功耗性能：ADXL355（低噪声）和ADXL362（低功耗）。

表1. MEMS加速度计比较

传统传感器仅具备感测环境参数的能力，并不具信号处理及控制的功能，因此仍须加装信号处理器及致动器，才可完成感测及控制。70 年代，制造业提出智能传感器的概念，即设法将感测信号处理、控制的功能集中于单一感测组件上。Frost & Sullivan的报告论述物联网智能传感器的创新发展，并提出各领域应用、专利发展与应用案例。

一、智能传感器在产业的应用

智能传感器的零组件包含：感测组件(Sensing Element)、模拟数字转换器(Analog-to-Digital Converter, ADC)与模拟接口电路(Analog Interface Circuit)。此外，相较于传统传感器，智能传感器具有一个或多个智能的功能，例如：自我辨识(Self-Identification)、自我测试(Self-Testing)、自我验证(Self-Validation)、与自我调适(Self-Adaptation)等。目前智能传感器常应用在压力、温度、影像信号(Image Signal)、震动、加速度、与位移等数值的量测。