作者 | Zach Prystash
譯者 | 王強
策劃 | 丁曉昀
過去十年來，很多統計機構和物聯網公司都預測物聯網市場將穩定增長。展望未來，物聯網市場有望迎來更大的增長。據《財富商業洞察》報道，至 2028 年全球物聯網市場總值預計可達 18547.6 億美元。不斷增長的需求表明，許多業務部門對物聯網解決方案的需求越來越大。越來越多的公司正在整合物聯網解決方案來滿足他們的業務需求，使市場需求節節攀升。
本文作者在 PSA 工作時，一直都在幫助各種公司達成集成物聯網解決方案的複雜業務目標。現在他想分享他在物聯網領域的實踐經驗和觀察結果，釋放物聯網傳感器的潛力，並幫助企業選擇合適的傳感器。
1.傳感器在工業物聯網市場中扮演怎樣的角色？
傳感器在物聯網生態系統中被稱爲“物件”。因此在後文中，我們也會經常將它們稱爲“物件”。物件可以從企業收集信息，例如來自工廠設備的數據，來預測何時開始出現故障；物件可以收集特定區域檢測到的外部物體和人員的數據；物件還可以收集描述工作條件的數據，等等。這些數據點收集上來後，就成爲了分析公司績效的基礎，有助於公司制定新的業務戰略、優化資源、提高生產力和企業安全性等。
Mordor Intelligence 的最新報告證實了製造業對物聯網傳感器，也稱爲 m2m（機器對機器）傳感器的需求，顯示傳感器市場預計到 2026 年將以每年 24%的速度增長。要在這個市場上保持競爭力，製造商需要開發更實用、更實惠、可以在各種條件下工作的傳感器。因此我們可以看到傳感器的可靠性、工作範圍、響應時間、性能、耐用性、與其他設備的集成難度以及互通能力方面都出現了不同程度的改進。
2.物聯網傳感器特性：企業可以使用哪些類型的傳感器？
與物聯網生態系統的其他組件相比，傳感器並不是一件複雜的設備。它可以測量各種信息，例如機器的溫度、聲音、振動情況等。與普通傳感器不同，“智能”傳感器不僅可以測量物理量，還可以處理信息、與其他設備通信，並做出決策。此外，它們更快、更準確，甚至可以消耗更少的電力。智能傳感器通常會使用以下組件：
傳感器本身收集數據
微處理器生成數據輸出
無線通信功能將輸出發送到指定的網絡位置
實施工業 4.0 解決方案的工廠需要使用智能傳感器在更復雜的工作條件下提供上述測量結果。例如，它們可以監控移動物體，使用超聲波測量自身與工人難以到達的區域之間的距離，並與存在潛在危險的設備連接起來，從而提高工人的安全性。此外，智能傳感器現在能夠執行很多隻有複雜設備才能執行的功能。它們可以代替用於測量電導率的電導計，或用於測量鹽濃度的 TDS 計。例如，我們在 PSA 所做的一項工作就是在燃油分配系統中使用智能傳感器。
高級物聯網傳感器可以根據使用條件進行編程。如有必要，工廠可以更新傳感器的功能，以適應新的工作環境。
企業中最常見的物聯網傳感器類型有：
壓力傳感器可以感知液體和氣體中的壓力變化，並能測量單位面積的受力
溫度傳感器可以測量設備或環境溫度並檢測它的變化趨勢
化學傳感器可以檢測環境中存在的化學物質
運動傳感器能夠檢測物理對象的運動情況
距離傳感器可以確定物體與自身之間的距離
水質傳感器可以檢查水中存在的化學物質、氧氣和 PH 值以及電導率
煙霧傳感器可以檢測房屋內是否存在煙霧
紅外（IR）傳感器可以測量紅外輻射和熱量的水平
液位傳感器可用於測量某些罐中的液體、粉末和顆粒材料的液位
圖像傳感器可以捕獲圖像用於進一步處理和分析
加速度傳感器可以測量物體的加速度
陀螺儀傳感器可以確定物體的方向，測量其角速度
光學傳感器可以通過檢測光反射來識別物體
3.可以改善物聯網生態系統的傳感器技術
如今，傳感器解決方案的製造商正專注於物聯網領域，因爲傳感器市場存在這方面的需求。初創公司和老牌公司都可能對開發各種傳感器解決方案感興趣。物聯網行業可以從它們的興趣中受益，因爲傳感器解決方案會變得更加實用、耐用和便宜。在企業中部署這些傳感器是物聯網生態系統構建過程的一部分。在 PSA，我們屢屢看到這一框架能夠讓我們的客戶一目瞭然地監控公司的所有工作流程。
因此，我們來看一下被認爲是物聯網市場中最先進的那些傳感器解決方案吧。
立體視覺傳感器
機器視覺經常用於 EIoT 解決方案，尤其是用於執行產品的質量控制。然而，這些視覺系統不僅複雜且相當昂貴，使得小型公司更難採用它們。
如今，正如 Denso 所展示的那樣，上述視覺系統可以被現代物聯網傳感器所取代。Denso 開發了市面上最小的立體視覺傳感器，用來裝進汽車幫助防止碰撞事故。這些視覺傳感器是在智能相機中實現的，也可用於物體識別、製造流程控制和產品質量保證。工廠可以批量安裝這種小型實用的設備來監控大量生產節點。
由 Sick 公司開發的名爲 Visionary-T DT 的傳感器可以檢測最遠 160 英尺外的物體。它是一種 3D 視頻傳感器，使用飛行時間（TOF）技術來檢測 3D 物體是否存在。使用該技術開發的解決方案是確保企業安全，和保護對象或區域的一種候選方案。該傳感器使用激光技術捕捉圖像，讓你實時獲得高精度的 3D 圖片。這些傳感器以及攝像頭可用於創建高度精確的數字圖像，從而提供最佳的預測結果。這種傳感器也很容易用在機器人操作的倉庫中，還可以用來控制各種場所的訪問權限。
電力傳感器
用於測量電流的複雜設備也可以用緊湊型傳感器代替。德州儀器於 2020 年發佈了一些精度極高的電流測量傳感器。它們是第一批利用霍爾效應的電流傳感器，無論溫度條件如何，都能實現最低的漂移和極高的精度。這些 m2m 傳感器可以在 -40 到 257 華氏度的複雜條件下進行測量。工業電機驅動器、太陽能逆變器、儲能設備和電源等高壓系統可以輕鬆配備此類傳感器，從而提供足夠的精度和安全的監測條件。
傾角傳感器
對於非常重視垂直傾斜角度的採礦、建築和汽車行業，EIoT 市場也提供了一些創新。Pepperl+Fuchs Vertrieb 開發了 F199 傾角傳感器，該傳感器可以測量角度，分辨率小於 0.01°，絕對精度爲±0.15°。
對於動態傾角測量需求，村田製造開發了一種新型 MEMS 慣性傳感器，SCHA63T。它是一個單封裝、六自由度（6DoF）組件。這讓它可以提供所有測量軸的設置，從而大大簡化了製造流程。此外，這種傳感器支持 GNSS 定位。該設備可以在機器動態和位置傳感方面提供釐米級精度，並有助於確保安全、穩健和經過驗證的設計活動。
物體檢測傳感器
在監控企業中的危險區域，尤其是不應存在外部人員或物體的區域時，公司通常使用包括攝像頭、麥克風或 GPS 在內的物聯網解決方案來保障安全。
由 Mimiq 開發的 Mimic Go 傳感器可以使用加速度計、磁力計、有關當前溫度的數據以及可以識別該區域中某些特定物體的運動傳感器來檢測環境的變化。藉助它，你可以獲得有關對象性質的信息，並檢測對生產流程的潛在威脅。一旦檢測到異物，傳感器就會立即向生產操作員發送信號。將該傳感器與其他物聯網組件連接起來可以更輕鬆地識別外來物體，並立即解決相應的問題。
無電池傳感器
去年另一個令人印象深刻的突破是 Everactive 開發的無電池傳感器。它們被部署在了 Hershey 公司的工廠，其有效性得到了證明。該公司估計，由於無電池傳感器功耗極低，部署兩個月後他們能夠節省數千美元的蒸汽系統成本。這些物聯網傳感器的功能滿足了大多數工業測量要求，提供溫度、溼度、光、振動、加速度、聲學、壓力，甚至各種氣體測量能力。此外，與電池供電的傳感器相比，無電池的 m2m 傳感器可以更大規模地部署。
聽起來像是一個產業級的突破，對吧？也許這種無電池技術將成爲未來 EIoT 的基礎——無電池 EIoT。
物聯網傳感器芯片
EIoT 使用的傳感器配備了新一代芯片，因此變得更加先進。例如，高通發佈了 7 款新芯片，可以滿足各行業公司的需求，爲他們提供了可視化監控資產的新機遇。其中一些芯片支持超高分辨率相機，以及平移、傾斜和縮放活動。
名爲 Qualcomm QCS8250 的高端芯片可以集成在一個傳感器中，然後這個傳感器能夠啓動在倉庫之類的地方操作的機器人。這裏最令人印象深刻的是，執行這些操作需要的設備體積是如此之小。
高級芯片能夠支持控制智能相機、視頻協作和人工智能中心的資源密集型物聯網應用。它們可以通過一個用於超直觀人工智能和機器學習的新型神經處理單元來做到這一點。
4.如何爲企業選擇物聯網傳感器？
即使在確定其業務需求之後，公司選擇合適物聯網傳感器的過程也可能並不像看起來那麼簡單。將傳統工廠變成工業 4.0 企業，不僅要考慮傳感器本身的優勢，還要考慮更多實際的東西。製造公司應該爲大量機器配備傳感器，這些傳感器在不同的條件下工作，執行不同的功能，並具有不同的折舊水平。物聯網產品應該能幫助提高企業的效率。
物聯網傳感器會影響公司業務目標的實現嗎？這裏並沒有直接聯繫，但我們可以在物聯網傳感器和業務目標之間建立以下鏈條：
因此，如果一家公司想要建立穩健的業務戰略，就應該分析傳感器收集的大量數據。如果它不能正確地收集數據，那麼相比以儘可能高的精度收集數據的情況，這種策略就不是最優的，並且不會有多大用。
要確定工廠中 m2m 傳感器應具備的品質，你可以先問自己以下問題：
傳感器消耗多少功率？
安裝方便嗎？
它在形式和功能上的通用性如何？
它要花多少錢？
在選擇工業用傳感器時，請注意其物理可靠性。應該瞭解它們是否足夠靈活，能否在各種環境中執行自身功能。這意味着傳感器在各種條件下，例如溫度差異很大的場所也能正常工作。還要注意物聯網傳感器平臺應該是多功能的，因爲它爲傳感器提供了全局互操作性。最重要的是，請確保你要正確應用設備。
部署傳感器後，你可以針對物理障礙物和電磁干擾提供相應的保護，確保你的無線網絡具有遠距離覆蓋和跳頻擴頻（FHSS）抗干擾能力。
接下來，確定製造流程所需的傳感器精度水平。例如，如果目標是監測溫度以確保工廠員工的舒適工作條件，那麼出現零點幾度的誤差也不是什麼大問題。而在生化實驗室中，即使是最小的溫度變化對流程也是至關重要的。
作爲物聯網生態系統的一部分，傳感器可以傳輸對公司具有重要戰略意義的關鍵數據。這意味着你應該注意其安全性，因爲黑客可以通過一個傳感器訪問整個系統。因此，在將傳感器引入你的物聯網生態系統之前，請檢查其安全性和用於傳輸數據的加密標準。爲了提供額外的安全性，你可以向解決方案添加一層身份驗證。
此外，瞭解傳感器可以工作多長時間也很重要。可以的話，請了解設備的性能是如何隨時間變化的，以及這些變化是否取決於工作環境。你還可以使用最新的電池技術（如固態電池）來延長設備的使用壽命。僅在數據傳輸活動期間工作的傳感器通常需要較少的功率。在這些情況下，傳感器可以使用電池供電超過 10 年時間。
最後一個關鍵點是你需要將其納入你的預算。傳感器可能是一種相對便宜的設備，但如果要在整個企業中部署物聯網生態系統，你可能需要超過一百個這樣的設備。因此，公司應該準備好在這些“物件”上花費大量資金，具體取決於正在實施的 EIoT 解決方案的類型。
此外，還要考慮傳感器是否可以重複使用、使用時需要哪些基礎設施以及維護傳感器運行條件的難易程度。
無論你做什麼，都不要選擇未經公司基礎設施測試的解決方案。
5.總結
由於物聯網的快速發展，包括傳感器在內的設備變得越來越便宜，整個生態系統也變得更加智能。
這些結果讓企業能夠針對其製造流程中更具體的需求獲得解決方案，並在複雜條件下測量信息。例如，它們可以監控物體的運動，使用超聲波測量自身與工人難以觸及的物體之間的距離，並連接到具有潛在危險的設備上提供數據收集能力。一些複雜、笨重的測量設備可以用現代小型傳感器代替，這些傳感器可以快速傳輸數據。
企業要選擇任何物聯網解決方案（包括傳感器）部署物聯網生態系統之前，PSA 建議你找出當前製造流程中存在的所有缺陷，並找到解決方案來解決這些問題。
在這個階段，考慮到選擇最佳傳感器必須要考慮的衆多標準，可靠的物聯網合作伙伴可以很好地幫助企業識別所有細節，併爲整體物聯網生態系統制定部署計劃。
作者介紹：
Zach Prystash 在制定 EIoT 領域的上市戰略方面擁有豐富經驗，經手過工業自動化、醫療保健和金融科技項目。他利用自己的背景和知識幫助客戶發展戰略，並幫助他們聯繫專注於構建 EIoT 未來的專家。匹茲堡將自己定位爲全球技術中心後，Prystash 先生一直密切關注不斷變化的趨勢脈搏，努力成爲領導者和推動力。
原文鏈接：
https://www.infoq.com/articles/iot-sensors-enterprise/