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工业传感器

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工业传感器是工厂自动化和工业4.0的关键组成部分。运动、环境和振动传感器用于监测设备的健康状况,包括线性或角度定位、倾斜感知、校平、冲击或跌落检测。 基于采用微机电系统技术的传感(MEMS)元件的专用工业运动传感器适用于工业4.0应用,具有机械频率传感带宽宽、可靠性高、测量稳定、工作温度可达105℃等特点。
工业传感器
工业传感器是工厂自动化和工业4.0的关键组成部分
工业传感器系统通常采用24V直流电源供电,这与消费产品系统中由3V或5V电源供电的传感器有很大区别。因此,为了高效地驱动传感器,工业传感器系统需要额外的电源管理。它们使用数字输出(比如IO-Link)直接连接到微控制器或无线收发器。模拟数据输出通常由运算放大器调节,并连接到微控制器中的模数转换器(ADC)。

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意法半导体提供一系列MEMS运动传感器和环境传感器、8位STM8 和32位STM32微控制器以及广泛的有线无线连接(包括IO-Link)解决方案,帮助传感器系统设计人员成功应对这些挑战。
    • 有多种类型的工业传感器,包括:

    • 温度传感器

      温度传感器

      温度传感器,包含了从正系数到负系数类型的各种设备以及RTD(电阻式温度检测器)。

      正温度系数(PTC)热敏电阻是具有正温度系数的电阻,电阻值随温度的升高而增大。这些电阻通常是用硅制造的,以获得线性特性。相比之下,开关式PCT热敏电阻具有非线性温度测量曲线。当热敏电阻升温时,电阻值减小,直到达到临界温度,超过临界温度后电阻值增大。

      这些器件用于工业设备中电动机的绕组,加上一个监控继电器,可提供过热保护,防止绝缘损坏。非线性响应曲线使电阻值在绕组温度达到最大允许值时急剧增大,触发继电器,从而防止过热。这样就可以连接到无线传感器网络。

      负温度系数(NTC)热敏电阻,其电阻值随温度的升高而减小,在0°C ~ 70°C范围内的测量精确度为+/- 0.1℃或+/- 0.2℃,具有良好的长期稳定性。

      这些器件通常用于热敏电阻探头组件,在工业物联网和智能工厂里进行故障诊断。热敏电阻传感元件可用于监控各种系统,将无线传感器系统连接到云端。模拟和数字温度传感器IC

    • 接近传感器

      接近传感器

      感应式接近传感器可以探测到金属靠近行为,使人机界面(HMI)更加安全。有2和3线直流版本,以及配独立放大器的传感器,以实现高速运行。

      激光测距(lidar)传感器可以在一维拓扑结构中用于目标检测,例如在输送线上作为红外运动传感器。二维激光测距传感器可以作为位置传感器用来识别生产线上零部件的位置。接近和ToF测距传感器

    • 振动传感器

      振动传感器、加速度计

      振动传感器可以使用MEMS加速度计元件或压电晶体来测量振动频率,调节到被监测系统的谐波。振动传感器为故障诊断收集重要数据,而加速度计可作为运动传感器提供倾斜、下降和冲击测量。加速度计 陀螺仪 惯性测量单元(IMU) 电子罗盘

    • 其他传感器:压力传感器、pH传感器、流量传感器、湿度传感器、超声波传感器、PIR传感器、光电传感器

      其他用于自动化的传感器包括压力传感器、用于测量液体酸度的pH传感器、以及流量传感器、湿度传感器、用于监控执行器的超声波传感器。在工业自动化系统中,PIR传感器、光电传感器和旋转式编码器可作为阈值测量的限位开关。

    • 所有这些物联网传感器通过工业传感器网络(有线或无线)连接到网关,然后再回到物联网,提供实时分析和状态监测

    • 意法半导体提供的工业传感器

      意法半导体的工业传感器列表
    • 工业无线传感器网络使用广泛的协议,从短距离的蓝牙ZigbeeWi-Fi

      对于长距离应用,可以使用工业无线传感器网络(IWSN)、低功耗sub-GHz LORA无线通信。

      蜂窝调制解调器是用于无线传感器网络的一种成本较高的技术,但能提供电信级网络可靠性。这对于机器视觉系统传输所需的更高数据速率很重要。作为物联网的一部分,视频可以发送回云端进行分析。

      能耗是工业传感器网络需要考虑的一个重要因素,因为成千上万的传感器节点和其无线收发器会消耗大量电能。一些无线路由协议本质上消耗更少的能量,主要是因为占空比更低。有时,重负荷应用需要更高的功率来克服干扰,以确保可靠的数据采集和网络可靠性。了解我们的无线连接解决方案

相关应用

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图像

图像传感是机器视觉系统的核心,主要应用于实物物品计数,计算它们的重量和体积,以及检查它们的形状。我们的高动态范围(HDR)图像传感器提供一系列关键功能,包括自动对焦(AF)驱动和镜头阴影校正(LSC)算法,支持设计高性能工业图像传感器。
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接近

接近传感器用于探测事物存在或到附近物体的距离,无需任何物理接触。它们有很多工作原理,包括测量金属目标的电容或电感变化、红外线、或者测量光束中光子的飞行时间(ToF)。 我们FlightSense™技术支持精确的接近传感(精确到毫米),不受目标反射表面物理特性的影响。此外,我们还拥有一系列STM8和STM32微控制器、直流-直流(DC-DC)开关、线性调压器、以及高精度运算放大器。
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环境

环境传感器测量温度、相对湿度、压力以及可听噪声,通常由工厂自动化环境中的24V直流母线供电。这些传感器通常使用IO-Link通信协议以数字格式输出数据。 我们拥有广泛的MEMS压力、湿度和温度传感器以及麦克风,这些产品都具有小尺寸、可重复性、可靠性和低功耗等特征,使有线和无线工业传感器网络更加紧凑和经济划算。 此外,我们还拥有一系列STM8和STM32微控制器、直流-直流(DC-DC)开关、线性调压器、以及高精度运算放大器。
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运动和振动

运动和振动传感在工厂自动化应用中扮演着重要的角色,包括线性或角度定位、倾斜感知、校平、电机状态监控、冲击或跌落检测。惯性传感器通常由24V直流母线供电,使用IO-Link通信协议以模拟或数字格式输出数据。 ST提供广泛的运动MEMS传感器,包括加速度计,陀螺仪和磁力计(在我们的10年寿命计划中有选择性地提供) – 这些产品都具有小尺寸、可重复性、可靠性和低功耗等特征,使有线和无线工业传感器网络更加紧凑和经济划算。 此外,我们还拥有一系列STM8和STM32微控制器、直流-直流(DC-DC)开关、
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Discover our offer

ST offers a range of MEMS motion and environmental sensors, 8-bit STM8 and 32-bit STM32 microcontrollers and an extensive range of connectivity – wired or wireless including IO-Link - solutions to help sensor system designers successfully meet these challenges. 

Sensors for industrial automation 

There are several types of industrial sensors, including: 

Temperature sensors 

Temperature sensors can vary from positive to negative coefficient type devices as well as RTD (Resistance Temperature Detector). 

Positive Temperature Coefficient (PTC) thermistors are resistors with a positive temperature coefficient so that the resistance increases with temperature. These are often built with silicon to give a linear characteristic. In contrast, switching type PCT thermistors have a non-linear temperature measurement curve. As the thermistor heats up, the resistance decreases until a critical temperature is reached, after which it increases. 

These are used in the windings of the electric motors in industrial equipment along with a monitoring relay to provide overtemperature protection to prevent insulation damage. The non-linear response curve has the resistance increase dramatically at the maximum allowable winding temperature, triggering the relay to prevent overheating. This can then be linked to the wireless sensor network. 

Negative Temperature Coefficient (NTC) thermistors, where the resistance decreases with temperature, have precision accuracies over wide temperature ranges of +/- 0.1°C or +/- 0.2°C from 0°C to 70°C with excellent long term stability. 

These are often used in thermistor probe assemblies across the IIoT and smart factories for fault diagnosis. The thermistor sensing element can be used to monitor all kinds of systems, linked to the wireless sensor system back to the cloud. 

Analog and digital temperature sensor ICs 

Proximity sensors 

Inductive proximity sensors can detect metal close by, allowing human machine interfaces (HMI) to be safer. There are 2 and 3 wire DC versions as well as sensors with a separate amplifier for high-speed operation. 

Laser ranging (lidar) sensors can be used in a 1D topology for object detection, on a conveyor line as an infrared motion sensor for example. 2D lidar sensors can be used as a position sensor to identify the positioning of parts in the production line. 

Proximity and ranging ToF sensors 

Vibration sensors 

Vibration sensors can use MEMS accelerometer elements or piezoelectric crystals to measure the frequency of vibration, tuned to the harmonics of the system being monitored. Vibration sensors provide vital data collection for fault diagnosis, while accelerometers can be used as motion sensors to provide tilt, fall and shock measurements. Accelerometers Gyroscopes Inertial Measurement Units (IMU) e-Compasses 

Other sensors: pressure, pH, flow, humidity, ultrasonic, PIR, photoelectric sensors

Other sensors used in automation include pressure sensors, pH sensors for measuring the acidity of a liquid, as well as flow sensors, humidity sensors and ultrasonic sensors for monitoring actuators. PIR sensors, photoelectric sensors and rotary encoders can be used as limit switches for threshold measurements in industrial automation systems

All these IoT sensors are linked though industrial sensor networks, either wired or wireless, back to a gateway and then back to the Internet of Things to provide real time analysis and conditional monitoring. ST's featured industrial sensors.

Industrial wireless sensors and networks

Industrial wireless sensor networks use a wide range of protocols, from short range Bluetooth and Zigbee to Wi-Fi

For long range, Industrial Wireless Sensor Networks (IWSN), the low power sub-GHz LORA wireless communication can be used. 

Cellular modems are a higher cost option for wireless sensor networks, but offer telecommunication network reliability. This can be significant with the higher data rates delivered by machine vision systems. The video can be sent back to the cloud for analysis as part of the IoT. 

Energy consumption is a key consideration for industrial sensor networks, as thousands of sensor nodes and their wireless transceivers can consume significant amounts of power. Some wireless routing protocols inherently consume less energy, mostly through lower duty cycles. Sometimes higher power is needed in heavy duty applications to overcome interference to ensure reliable data acquisition and network reliability.

Picture Solution
IO-Link for Industrial Sensors
SL-PN-IOD01A1
批量生产
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