未来这6大领域,对传感器技术的需求最大!

在这个自动化、电气化、互联化程度越来越高的世界里,这些传感器设备已经成为关键的连接技术。

  传感器技术正在为智能设备和系统带来令人难以置信的新功能。从用于抗击流行病的医疗产品到为物联网注入活力的传感设备,利用传感器,各行各业创新的应用层出不穷。

  在过去的五年里,随着连接趋势越来越多地影响到几乎每个细分市场的新型智能产品的设计,传感器市场已经成倍扩大。如今的传感器功能更强大,也更容易为产品设计师所接受。传感器技术的尺寸、重量和价格也在迅速下降,同时传感器在各大设备中的封装也变得更容易,其功能范围也在不断扩大,使得传感器成为先进互联系统的重要组成部分和创新的关键驱动力。

  在这个自动化、电气化、互联化程度越来越高的世界里,这些传感器设备已经成为关键的连接技术。

  "传感器技术将帮助我们实现围绕更清洁的能源和更低碳的环境目标,包括车辆的电气化;服务于自主车辆和智能城市基础设施;用于收集管理、控制和安全所需的大数据;被广泛应用于医疗市场,等等。如今,全球人口老龄化正在推动家庭医疗的趋势,且随着大流行病的发生,市场对远程病人监测和诊断设备(包括医疗可穿戴设备)的需求越来越大,当中,传感器捕获远程管理病人所需的数据。"TTI公司产品和供应商营销副总裁Lew LaFornara表示。

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  LaFornara还表示,事实上,我们只是处于传感器时代的开端。传感器的未来还有很长~

  一、传感器制造商如何脱颖而出?

  这是一个好问题。

  大多传感器制造商一开始都是专注于特定的终端市场,通过特定类型的传感器进入市场。但随着发展,很多制造商采取了扩张产品种类的方法,试图通过广泛的产品供应来解决广泛的应用。

  大多数拥有连接性、无源性和半导体产品系列的大型元件制造商都积极开发或收购专门的传感器技术和公司。在过去的10年里,制造商重点增加技术的专业化,以拓宽他们现有的传感器组合,或者为特定的终端市场增加一些专业化的产品。

  霍尼韦尔就是一个例子,10多年前,霍尼韦尔将其automotive board-mount sensor technology(汽车板载传感器技术)出售给了Sensata Technology公司,当时该公司决定专注于工业、医疗和越野车市场。Sensata Technology是这两家连接器传感器的主要供应商。霍尼韦尔还收购了City Technology,将其二氧化碳颗粒传感范围扩展到环境监测的气体颗粒传感和医疗市场的氧气传感。

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  霍尼韦尔(中国)ABP2板上安装压力传感器是一款压阻硅压力传感器,提供数字输出,以读取指定量程压力范围和温度范围内的压力。它们提供液体介质选件,可与非腐蚀性液体(例如水和盐水)一起使用,以及可能发生冷凝的应用中

  TE Connectivity的收购能力也很强,收购了Measurement Specialties,最近又收购了SMI和First Sensor,分别为医疗和HVAC市场拓展低压和封装压力范围。

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  TE Connectivity的FPS2800是一种流体特性传感器,可直接即时测量流体的粘度,密度,温度和介电常数

  安费诺在传感器收购方面也极为活跃,包括收购SGX Sensortech公司以补充其室内空气质量传感的湿度传感器Telaire系列,收购All Sensors公司专注于医疗市场的低压系列,收购SSI公司、Piher公司,以及最近收购精密传感器的MTS公司。

  Sensata工业解决方案专注于暖通空调、制冷、压缩机和泵市场,提供一系列恶劣环境传感器。该公司还通过收购Cynergy3进入预测性维护领域,后者为流体应用提供无线振动监测和液位传感。

  二、未来五年内,哪里对传感器技术的需求最大?

  我们看到很多市场的需求都在增加,包括:

  •   工业IIoT,智能工厂自动化,以及机器人和机器人,包括用于预测性维护和电机驱动的传感器。

  •   环境系统,包括空气质量、暖通空调以及智能和垂直农业。

  •   家庭医疗、医疗可穿戴设备和远程手术。

  •   智慧城市、智能家居和物联网连接的建筑设备,包括用于安全保障的建筑监控系统。

  •   绿色能源,包括风能和太阳能的远程操作、维护和储能。

  •   电动汽车和自动驾驶,包括激光雷达和电池管理系统。

  1、传感器如何助力工业4.0与工业IIoT?

  未来工业将需要支持无线的传感器和支持以太网的传感器。自动化系统需要机器视觉和光电传感器

  而用于特定功能的传感器,如用于恶劣环境和空气质量的气体传感器,也会非常有针对性地服务物联网。还有惯性传感的传感器与加速度计、速度传感器陀螺仪一起服务于机器人技术。

  工业预测性维护应用还会采用主动传感器,可以测量包括压力、温度、力和振动在内的传感器。这些产品不仅能收集数据,还能根据数据做出主动反应和控制。

  2、随着汽车技术的互联程度越来越高,汽车传感器将如何变化?

  温度、压力、速度、位置和液位传感器已经在汽车上使用了很长时间。现在它们正变得更小、更轻、更有效。

  传感器也同样在快速发展,以更好地服务于更多的汽车新技术,如激光雷达、雷达传感、内部测量单元(IMU)和先进的驾驶辅助系统。这些传感器可以实现自主导航和提高安全性。

  随着电气化的发展,用于电池管理系统的温度和气体传感器也在迅速发展,以提供更强大的功能,同时在紧凑的系统架构中占用更少的空间。随着车辆的自主化程度越来越高,惯性传感器和位置传感器也在不断涌现,我们将看到这些技术不断完善。

  3、传感器将如何满足医疗需求?

  是的,最初的COVID-19大流行病产生了对呼吸机中的压力、气流和氧传感器的极端需求。此外,用于监测员工和学生群体情况的非接触温度测量工具,包括额温枪、低成本热电堆等的需求也迅速上升。

  在家庭环境中监测血压、脉搏血氧饱和度、温度和心率的需求也在增加,以便将数据无线传输给护理提供者。这就催生了对低成本压力传感器的需求。同样的,家庭的呼吸治疗需要更多的氧气监测设备,并将数据传输给护理团队。

  COVID-19使我们对引起呼吸系统疾病的疾病有了更高的认识。于是,现在监测家庭、公共建筑、学校和智能城市基础设施中空气质量的新产品被不断开发出来。

  最后,随着新疫苗的开发,疫苗需要在极低的温度下储存和运输,也需要开发更多的极低温、低温友好型温度传感器和监测器。

  4、电缆和连接器产品如何发展以满足传感器技术的需求?

  随着传感技术的发展,现在产生的数据越来越多,这意味着需要支持更快的数据速率。电缆将需要EMI/RFI屏蔽,以确保可靠的数据传输。

  需要更恶劣的环境,户外连接器可能需要IP67或更高的防护等级。在医疗环境中,连接器可能需要IP68防水密封,以及易于清洁、易于安全配接和锁定系统。一般来说,传感器正在使连接器和电缆更接近物理环境,比如安装在电机轴上的传感器。这种类型的连接器可以承受更高的温度、振动和恶劣的环境,包括化学品。在电动汽车中,传感器被放在电池中,以测量电池温度和出气量。随着高电压和电流的循环,需要连接器外壳的特殊塑料。

  同时,现在大约有10%的传感器连接是无线的,在未来三年内可能会增加到20-30%。无线传感器设备为风力涡轮机、远程发电机和汽车市场等远程应用提供了便利。

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  欧姆龙环境传感器是多功能的传感组件,能够以超小尺寸跟踪无线通讯功能,跟踪八种不同的环境因素:温度,湿度,光,紫外线指数,气压,噪声,加速度和挥发性有机化合物(VOC)

  目前,连接器有许多不同的接口协议。创建IEC标准的努力正在进行中,TE Connectivity、Amphenol、Molex和其他公司积极参与,为传感器输入电缆开发新的快速锁定推拉系统,如用于M12连接器的系统。

  还有一种趋势是转向单对以太网(SPE),它提供全双工、高速的10/100/1000 BASE-T,最长可达305米。其成本低、重量轻,是连接智能工厂机器人中使用的传感器的灵活选择。

  5、未来会出现哪些新类型的传感器或传感器的新用途?

  我们将看到更多用于监测污染、臭氧、一氧化碳和空气质量等环境因素的传感器。同时,更多具备传感和控制能力(包括自主控制)的集成式、组合式传感器也将会到来。还有用于物联网应用的低功耗传感器将出现,以及具有更多功能的传感器,如嵌入式睡眠模式。

  随着安全技术的普及,我们会看到传感器在光学成像和面部识别中的应用。更多提供六自由度(6DF)的IMU也会出现,我们会看到RFID的持续小型化和更广泛的应用。

  总的来说,我们预计新的传感器将具有越来越多的更高层次的功能,如功能安全完整性、冗余和故障检测,以及内置监控和报告功能。

  6、为了制造这些未来的产品,传感器设计人员正在努力解决哪些与材料、设计或功能有关的技术挑战?

  封装、尺寸、能耗以及在恶劣环境下工作的能力是传感器设计者持续面临的挑战。他们还在努力开发能以更快的数据处理速度处理更高的数据速度的产品,将EMI干扰问题降到最低,并提供更高的分辨率。

  其他挑战还包括处理晶圆几何形状、实现更多的集成和小型化、纳米工程和生物相容性,特别是用于可穿戴设备的传感器。

  传感器在提供更多功能的同时,也变得更加紧凑。它们现在采用微机电系统(MEMS)架构,即插即用的传感器被集成到封装中,以适应各种市场和应用需求。

  本文内容观点来自TTI公司产品和供应商营销副总裁Lew LaFornara,由枭枭翻译整理发布。

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