工业传感器： 以“感知”打通制造业信息路径

当下制造业智能制造的发展，离不开感知技术的支持，其中，传感器是较为关键的技术之一。

工业制造场景中，智能制造要求在少量的人工参与下实现产品的研发数字化、生产自动化和服务信息化。由此，需要将各类灵敏精准的工业传感器作为感觉器官，为各个系统和环节提供实时数据，以便于系统和责任人对产品状态、周围环境、运行状况等各个变化量能够实时感知，从而进行分析、判断并做出决策，实现智能化运营。

何谓工业传感器？

从广义层面，工业传感器泛指在工业制造过程能将感受的力、热、光、磁、声、湿、电、环境等被测量转换成电信号输出的器件与装置。它是一类涉及多学科基础技术融合的工业产品，具有技术密集、多品种、小批量、使用灵活及应用分布广泛的典型特征。适用于各种工业场景，如能源、石油、化工、冶金、电力、机械制造等工业制造过程。

由于工业传感器种类繁多、原理各异，因此目前还没有统一的分类标准。一般而言，工业传感器可按以下原则进行简单分类：按使用场景，可分为光电传感器、接近传感器及安全传感器等；按常见可检测的自然现象，可分为光、电、电磁、热量/温度、磁性、机械运动、放射等工业传感器；按输出信号的形式，可分为数字工业传感器和模拟工业传感器。

在制造环节，工业传感器通过传感技术和智能设备建立起信息传递网络，为生产制造提供必要的信息传递和共享。相较于人的感官，传感器在某些方面更为敏锐和强大。众所周知，客观世界所包含的信息多样程度，要远超于人类感官的能力范围。例如人的眼睛无法观察红外辐射和紫外辐射，耳朵听不见次声波和超声波，对于“不见踪影”却时刻产生影响的磁场也无法感知。而这些超出感官范围的信息，传感器都能“感受”到。

工业传感器几乎涵盖了所有传感器类别，涉及工业过程控制、能源、航空、安全和安保、汽车、医疗和建筑自动化等众多领域。在智能制造的发展大势下，工业传感器不仅作为常见产品被部署于各个场所，也被用于构成产品和解决方案的核心要素，广泛使用。

据调研机构MarketsandMarkets发布的“工业传感器市场规模、份额、统计数据和行业增长分析报告”预测，2024年全球工业传感器市场规模约为279亿美元，此后五年，该市场将以8.5%的复合年增长率持续增长，在2029年市场规模将达421亿美元。

预测性维护的基础

对于制造行业而言，工业传感器为制造企业提供了更高的运营能见度，这使得企业能够跟踪生产进度、监控资源利用情况，并根据实时数据做出更明智的决策，从而提高制造企业的效率和盈利能力。接下来，我们以状态监测场景中的预测性维护来进行解读。

图：状态检测（图片来源：巴鲁夫）

状态监测已经存在多年，它正在随着物联网（IoT）的发展而发展。预测性维护是状态监测的一个子集，它使用数据分析来预测组件或系统何时可能发生故障，从而在实际故障发生之前及时进行维修或更换，是一种主动的设备维护方式。这与传统的预防性维护不同，传统的预防性维护根据预定的时间间隔或运行时间安排维护，而不管设备的实际状况如何。

在制造企业，智能制造的建设和运维依赖于实时数据。工业传感器从制造流程的各个环节，大量收集包括温度、压力、振动和流量参数等在内的实时数据，然后企业利用软件和算法对这些数据进行分析，从而深入了解流程性能、识别潜在问题并优化生产流程。通过传感器持续监测设备的健康状况和性能，有助于企业实施预测性维护计划，从而进行主动维护，在故障发生之前防止代价高昂的停机和故障。

现代化发展探索

现代工业过程变得越来越复杂，市场对传感器的要求也越来越高。一方面，在机器人、自动化和精密制造等行业，他们需要精度更高，工作范围更广，灵敏度更高的传感器；另一方面，市场对更小、更紧凑的传感器的需求也在不断增长。企业要求这些传感器可以很容易地集成到复杂机械和设备中的同时，保持高性能和可靠性，这给传感器组件的小型化带来了挑战。因此，市场上的传感器制造商也在根据最终用户细分市场来研发不同的产品。

根据不同细分市场的需求，当前，各类传感器制造商也在进一步提升产品性能、降低成本，向数字化、智能化、小型化微型化、绿色低碳、可穿戴等方向演进。

以智能传感器为例，它带有微处理机，具有采集、处理、交换信息的能力，是传感器集成化与微处理机相结合的产物。与一般传感器相比，智能传感器具有：通过软件技术可实现高精度的信息采集且成本低；有一定的编程自动化能力；功能多样化等优点。在智能制造的大背景下，被广泛应用于机器人、无人驾驶、智能制造、运动定量监测等方面。

柔性传感器是另一趋势。许多应用场景要求传感器制备在柔性基质材料上，并具有透明、柔韧、延展、可自由弯曲甚至折叠、便于携带、可穿戴等特点。利用适合的碳基材料、金属纳米材料、高分子聚合物和蛋白纤维等，可用于制造下一代可穿戴式和植入式柔性电子器件。

此外，据MarketsandMarkets的预测，2024年—2029年，全球工业传感器市场可能会迎来以下趋势：

1）液位传感器市场将占据较大市场份额
各行各业的液位传感器有助于确保过程控制和安全。它们提供有关液体、固体和颗粒材料水平的准确和实时数据。这些传感器还有助于在储罐、反应器和其他容器中保持一致的液位，从而优化生产效率并最大限度地减少浪费。此外，它们通常易于安装并集成到现有系统中，进一步促进了它们被广泛采用。

2）非接触式传感器细分市场增长迅速
工业4.0和物联网（IoT）在各行各业的日益普及正在推动对远程监控解决方案的需求。非接触式传感器在这方面发挥着至关重要的作用，它从远处提供有关各种参数的实时数据，使操作员能够远程监控过程并做出明智的决策。

3）亚太地区市场预计将以最快的速度增长
全球范围内，亚太地区正经历持续的基础设施发展时期，包括从交通网络和能源网到智慧城市和可再生能源装置的项目，而智慧城市项目严重依赖传感器技术进行数据收集、分析和决策。传感器监控城市生活的各个方面，例如交通流量、能源消耗、空气和水质以及公共安全等。这些项目需要用到各种目的的先进传感技术，因而这种快速扩张为工业传感器市场带来了重大发展机遇。

当前，全球工业传感器市场主要参与者有罗克韦尔自动化、霍尼韦尔、德州仪器公司、松下、意法半导体、TE Connectivity、西门子、安费诺、Dwyer Instruments和博世传感器等。据了解，2023年10月，罗克韦尔自动化宣布收购加拿大工业应用自主机器人技术企业Clearpath Robotics，此次收购将帮助公司通过端到端的生产物流解决方案，简化和转变制造工厂物料搬运困难的功能。

2023年1月，Dwyer Instruments，LLC宣布推出PI系列活塞式可变面积流量计。这些流量计适合于冷却水监测、塑料注射成型冷却液控制、石油和天然气测量、润滑剂流量控制、液压流量测量、泵保护和危险区域等应用。

2023年10月，Amphenol Corporation子公司Piher Sensing Systems宣布推出其新型HCSO-1W开环电流传感器。这款高精度传感器非常适合测量电池管理系统、工业电池充电器和电机控制应用中的交流和直流电流。
（本文综合整理自MarketsandMarkets、中国科学院）

来源：荣格-《智能制造纵横》

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