隨著設(shè)備設(shè)計(jì)朝著空間約束更嚴(yán)苛、能效要求更高、連接性更強(qiáng)的方向發(fā)展（工業(yè) 4.0 趨勢(shì)），科學(xué)選型傳感器的重要性達(dá)到了前所未有的高度。

霍尼韋爾戰(zhàn)略與產(chǎn)品組合管理高級(jí)總監(jiān)普拉文?薩姆表示：“傳感器選型的格局已發(fā)生根本性轉(zhuǎn)變，從單純采購(gòu)測(cè)量設(shè)備，轉(zhuǎn)變?yōu)闉橹悄芟到y(tǒng)選擇適配的數(shù)據(jù)源和邊緣計(jì)算環(huán)境。這要求工程師必須考量未來(lái)的數(shù)據(jù)分析需求、數(shù)字孿生的集成需求以及邊緣計(jì)算的兼容性?！?/p>

薩姆補(bǔ)充道，可持續(xù)發(fā)展如今已成為傳感器選型的核心考量因素 —— 不僅包括能耗，還涵蓋產(chǎn)品生命周期末期的可回收性?！斑@些正逐漸成為強(qiáng)制性選型標(biāo)準(zhǔn)，企業(yè)可通過降低總擁有成本、契合企業(yè)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)形成競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。在能量收集技術(shù)和超低功耗設(shè)計(jì)的推動(dòng)下，電池續(xù)航達(dá) 5 年及以上的無(wú)線傳感器已成為默認(rèn)選擇，而非特例，行業(yè)發(fā)展已迎來(lái)這一關(guān)鍵轉(zhuǎn)折點(diǎn)。”

緊跟產(chǎn)品迭代節(jié)奏

利好的一面是，傳感器制造商持續(xù)推出性能更優(yōu)的新產(chǎn)品，這些產(chǎn)品能效更高、體積更緊湊、連接性更強(qiáng)（可對(duì)接人工智能平臺(tái)、收集更多資產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)反饋等）。

但挑戰(zhàn)在于，面對(duì)層出不窮的新品發(fā)布，工程師難以實(shí)時(shí)跟進(jìn)所有產(chǎn)品信息。以往，設(shè)備設(shè)計(jì)師可通過訪問傳感器廠商官網(wǎng)，或在貿(mào)澤、得捷等分銷商平臺(tái)進(jìn)行搜索選型，而意法半導(dǎo)體美洲區(qū)產(chǎn)品營(yíng)銷經(jīng)理歐內(nèi)斯托?曼努埃爾?坎托內(nèi)指出，如今已有更便捷的新型工具可供使用。

其中一款工具是意法半導(dǎo)體的硬件開發(fā)套件 ——SensorTile.box PRO 多傳感器智能物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，該套件可與 STBLE 傳感器智能手機(jī)應(yīng)用程序配對(duì)使用。坎托內(nèi)表示：“這是幫助工程師快速熟悉新產(chǎn)品的絕佳工具。借助這款即插即用的套件，工程師可直接通過手機(jī)監(jiān)測(cè)壓力、振動(dòng)等各項(xiàng)數(shù)據(jù)，無(wú)需編寫代碼即可配置各類傳感器，快速驗(yàn)證其是否能精準(zhǔn)測(cè)量所需監(jiān)測(cè)的工況。”

而力特公司的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師巴里?布倫特提醒，針對(duì)特殊應(yīng)用場(chǎng)景，定制化方案始終是可行選擇。他說(shuō)：“產(chǎn)品架構(gòu)的小型化設(shè)計(jì)，有時(shí)會(huì)要求傳感器采用市面無(wú)現(xiàn)貨的外形、引線框架或磁路結(jié)構(gòu)。此外，高振動(dòng)、極端溫度、腐蝕性化學(xué)環(huán)境或滅菌循環(huán)等工況，往往需要為應(yīng)用場(chǎng)景量身定制傳感器的材料和架構(gòu)?！?/p>

他補(bǔ)充道，定制化方案可將傳感功能與內(nèi)置診斷、數(shù)字通信功能融合，減少印刷電路板的占用面積、降低布線復(fù)雜度并削減整體系統(tǒng)成本。此外，在工業(yè)、國(guó)防、醫(yī)療、汽車等長(zhǎng)生命周期項(xiàng)目中，定制化傳感器能保障性能的可預(yù)測(cè)性，降低產(chǎn)品停產(chǎn)退市的風(fēng)險(xiǎn)。

通用選型要點(diǎn)

布倫特建議，在今年的傳感器選型工作中，需平衡傳感器的能效與信號(hào)穩(wěn)定性。他解釋道：“低功耗對(duì)于電池供電設(shè)備、可穿戴設(shè)備和自主系統(tǒng)而言至關(guān)重要，但不能以閾值噪聲增大或信號(hào)漂移為代價(jià)。如今的新型傳感技術(shù)已能實(shí)現(xiàn)納安級(jí)功耗與優(yōu)異的信號(hào)穩(wěn)定性兼具，既保障了長(zhǎng)續(xù)航，又能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的性能表現(xiàn)?！?/p>

布倫特還強(qiáng)調(diào)，傳感器選型需盡早針對(duì)實(shí)際工作環(huán)境開展評(píng)估?！半S著產(chǎn)品體積不斷縮小，傳感器往往會(huì)更靠近電機(jī)、磁鐵、熱源和射頻輻射源，” 他指出，“提前了解設(shè)備運(yùn)行中的振動(dòng)、溫度波動(dòng)、外殼影響和電磁干擾等因素，有助于確保最終設(shè)計(jì)的性能與原型機(jī)保持一致?！?/p>

亞德諾半導(dǎo)體工業(yè)傳感市場(chǎng)負(fù)責(zé)人布賴恩?科菲也認(rèn)同這一觀點(diǎn)，他建議工程師在選型時(shí)，需驗(yàn)證傳感器在實(shí)際工況中的性能，而非僅參考規(guī)格書參數(shù)?！霸趯?shí)際工作條件下對(duì)傳感器進(jìn)行測(cè)試，并與廠商溝通確認(rèn)其是否適配你的應(yīng)用場(chǎng)景。傳感器選型不再是選擇價(jià)格最低或噪聲指標(biāo)最優(yōu)的產(chǎn)品，而是要考量系統(tǒng)級(jí)的韌性、性能的可預(yù)測(cè)性，以及通過與廠商協(xié)作保障產(chǎn)品的可靠性?！?/p>

科菲補(bǔ)充道，僅憑偏置不穩(wěn)定性這類單一指標(biāo)對(duì)比傳感器也存在誤導(dǎo)性?！霸肼曋皇钦`差來(lái)源之一，系統(tǒng)級(jí)的考量才是關(guān)鍵，尤其是在復(fù)雜設(shè)備中，振動(dòng)信號(hào)會(huì)引入難以建模的誤差。例如，軸向不對(duì)中可能導(dǎo)致俯仰、橫滾、偏航漂移量隨時(shí)間的三次方遞增。”

連接性為首要考量

各位專家均強(qiáng)調(diào)，應(yīng)選擇將數(shù)據(jù)質(zhì)量和診斷功能融入架構(gòu)設(shè)計(jì)的傳感器。布倫特表示，傳感器的輸出數(shù)據(jù)正越來(lái)越多地用于人工智能模型、預(yù)測(cè)性維護(hù)系統(tǒng)和閉環(huán)控制，因此選擇線性度更高、重復(fù)性更好或集成診斷功能的傳感器，能降低固件開發(fā)的復(fù)雜度，提升系統(tǒng)的智能化水平。

薩姆對(duì)此表示認(rèn)同：“工程師應(yīng)選用具備物聯(lián)網(wǎng)智能功能的傳感器為設(shè)計(jì)賦能，實(shí)現(xiàn)未來(lái)兼容性，而非采用傳統(tǒng)的獨(dú)立式傳感器。這類智能傳感器可在本地處理數(shù)據(jù)，降低云端傳輸成本與延遲，同時(shí)為能源優(yōu)化等需求提供實(shí)時(shí)決策支持。其次，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)面向前瞻性的連接需求，而非僅滿足當(dāng)前的測(cè)量需求?！?/p>

科菲也有類似觀點(diǎn)，他建議工程師在設(shè)計(jì)初期就考量傳感器的連接性和數(shù)據(jù)集成能力?！半S著人工智能驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)和預(yù)測(cè)性維護(hù)成為標(biāo)配，應(yīng)選擇支持 IO-Link、以太網(wǎng)等數(shù)字接口并具備邊緣處理能力的傳感器。這能降低數(shù)據(jù)延遲，簡(jiǎn)化與自動(dòng)化平臺(tái)的集成流程?！?/p>

常見選型誤區(qū)

除上述建議外，坎托內(nèi)提醒工程師，應(yīng)避免選用消費(fèi)級(jí)傳感器，他在工作中發(fā)現(xiàn)，很多場(chǎng)景實(shí)際需要專用型傳感器產(chǎn)品。

在薩姆看來(lái)，一大選型失誤是對(duì)邊緣計(jì)算和云端連接的安裝要求考量不足，尤其是信號(hào)完整性方面的要求。他解釋道，在緊湊型設(shè)計(jì)中，安裝方向、布線方式和電磁干擾等因素常被忽視，這類問題會(huì)尤為突出。

薩姆說(shuō)：“另一項(xiàng)失誤是未對(duì)傳感器的漂移、監(jiān)測(cè)和校準(zhǔn)需求做規(guī)劃，導(dǎo)致傳感器雖能滿足初始精度指標(biāo)，但數(shù)月內(nèi)性能就劣化至可接受范圍之外，且缺乏便捷的維護(hù)方案?！?/p>

布倫特建議工程師避免過度選型，若選用的傳感器分辨率或靈敏度遠(yuǎn)超應(yīng)用場(chǎng)景需求，反而會(huì)降低產(chǎn)品的魯棒性、提升噪聲敏感度，同時(shí)增加不必要的成本。他還提醒，切勿想當(dāng)然地認(rèn)為現(xiàn)貨標(biāo)準(zhǔn)傳感器在最終產(chǎn)品中的表現(xiàn)會(huì)與測(cè)試時(shí)一致。

典型應(yīng)用場(chǎng)景：科學(xué)選型的重要性

以下為幾類典型應(yīng)用場(chǎng)景，若工程師不了解新型傳感器方案，極易做出非最優(yōu)的選型決策。

1. 高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)

意法半導(dǎo)體的坎托內(nèi)表示，針對(duì)需要更高滿量程的應(yīng)用場(chǎng)景，意法半導(dǎo)體現(xiàn)已推出雙加速度滿量程傳感器，可精準(zhǔn)追蹤高強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)?！拔覀冞€為同一種傳感技術(shù)提供多種引腳兼容的封裝方案，加速度傳感器標(biāo)準(zhǔn)化為 2×2 毫米封裝，慣性測(cè)量單元?jiǎng)t為 3×2.5 毫米封裝?！?/p>

意法半導(dǎo)體：雙加速度滿量程傳感器可精準(zhǔn)捕捉高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)，同時(shí)提供多種引腳兼容的封裝方案，實(shí)現(xiàn)靈活集成。

2. 電池供電的醫(yī)療、可穿戴及物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備

力特公司的布倫特指出，在位置或接近傳感場(chǎng)景中，設(shè)備設(shè)計(jì)師往往會(huì)選用傳統(tǒng)的霍爾效應(yīng)開關(guān)，而新一代磁傳感技術(shù)能大幅降低電流消耗，同時(shí)提升全溫度范圍內(nèi)的穩(wěn)定性 —— 這對(duì)超高能效、持續(xù)工作的系統(tǒng)而言是一項(xiàng)重要優(yōu)勢(shì)?！肮こ處煶Ｒ蚴煜ざJ(rèn)選用干簧管開關(guān)或基礎(chǔ)型霍爾效應(yīng)傳感器，而非因其是最優(yōu)選擇。磁傳感、熱傳感和電流傳感技術(shù)的進(jìn)步，能在相同封裝尺寸內(nèi)實(shí)現(xiàn)更優(yōu)的性能、能效和使用壽命?！?/p>

力特公司近期推出了 LF21173TMR 和 LF21177TMR 兩款全極磁開關(guān)，該產(chǎn)品將隧道磁阻（TMR）技術(shù)與互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）技術(shù)集成于緊湊的 LGA4 封裝中，功耗極低、磁靈敏度優(yōu)異、響應(yīng)速度快，適用于緊湊型電池供電系統(tǒng)。

力特公司：全新推出 LF21173TMR 和 LF21177TMR 全極磁開關(guān)，將 TMR 與 CMOS 技術(shù)集成于緊湊的 LGA4 封裝，為電池供電系統(tǒng)提供超低功耗、高靈敏度與快速響應(yīng)的性能表現(xiàn)。

3. 多維度數(shù)據(jù)采集

霍尼韋爾的薩姆表示，從獨(dú)立式傳感器升級(jí)為具備軟傳感能力的物聯(lián)網(wǎng)多參數(shù)傳感器，可將環(huán)境空氣監(jiān)測(cè)與本地?cái)?shù)據(jù)處理功能融合，有助于精準(zhǔn)確定設(shè)備的實(shí)際工作環(huán)境?；裟犴f爾 C7355 空氣質(zhì)量傳感器為壁掛式或風(fēng)管式安裝模塊，可同時(shí)監(jiān)測(cè)溫度、濕度、二氧化碳、顆粒物和總揮發(fā)性有機(jī)化合物指標(biāo)。

霍尼韋爾：C7355 空氣質(zhì)量傳感器為壁掛式或風(fēng)管式安裝模塊，可同時(shí)監(jiān)測(cè)溫度、濕度、二氧化碳、顆粒物和總揮發(fā)性有機(jī)化合物，能輕松與樓宇管理系統(tǒng)集成。

4. 加速度傳感器升級(jí)替代

薩姆建議，用具備邊緣分析能力的電池供電無(wú)線傳感器替代傳統(tǒng)的有線加速度傳感器，這類無(wú)線傳感器電池續(xù)航可達(dá) 5 年以上，可在本地開展邊緣分析和異常檢測(cè)。

5. 自動(dòng)導(dǎo)引車導(dǎo)航

亞德諾半導(dǎo)體的科菲指出，對(duì)于大多數(shù)直線行駛的自動(dòng)導(dǎo)引車，簡(jiǎn)易的慣性測(cè)量單元傳感器即可滿足需求，但面對(duì)急避操作、坡道行駛、冷庫(kù)環(huán)境切換、路面雜物及負(fù)載引發(fā)的振動(dòng)等工況，傳感器需具備更強(qiáng)的性能。他表示，自動(dòng)化的投資回報(bào)率取決于設(shè)備的自主運(yùn)行能力，因此配備高等級(jí)慣性測(cè)量單元至關(guān)重要，該類產(chǎn)品需具備可靠的校準(zhǔn)能力和抗振動(dòng)性能。

6. 新型視覺系統(tǒng)

如今，許多移動(dòng)機(jī)器人配備紅、綠、藍(lán)（RGB）相機(jī)和二維激光雷達(dá)系統(tǒng)，但科菲解釋道，隨著任務(wù)復(fù)雜度提升，這類視覺系統(tǒng)的性能已顯不足。在這類場(chǎng)景中，三維深度傳感器能實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的環(huán)境感知，提供更先進(jìn)的功能。

7. 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)新型傳感器

科菲表示，針對(duì)旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器，如今可選用亞德諾半導(dǎo)體 ADMT4000 這類傳感器，省去直線執(zhí)行器中的線性傳感器、齒輪減速機(jī)構(gòu)或備用電池。該產(chǎn)品是業(yè)內(nèi)首款單芯片絕對(duì)多圈位置傳感器，無(wú)需供電、無(wú)接觸即可追蹤多達(dá) 46 圈的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，全量程測(cè)量精度達(dá) ±0.25°。這一特性可簡(jiǎn)化機(jī)械設(shè)計(jì)、減小產(chǎn)品體積和重量、降低整體方案成本，對(duì)于機(jī)器人等空間受限的應(yīng)用場(chǎng)景極具吸引力。