用來監(jiān)測或控制系統(tǒng)的傳感元件，要求精確性、可靠性和支持實(shí)際應(yīng)用輸入，這在產(chǎn)品開發(fā)周期中是最具挑戰(zhàn)性的工作之一。因此，許多設(shè)計(jì)人員現(xiàn)在都毫不猶豫地選擇購買現(xiàn)成產(chǎn)品，或是定制預(yù)集成傳感器模塊。
把大部分設(shè)計(jì)、測試和制造傳感元件的任務(wù)，委托給第三方供應(yīng)商去做，可以最大限度地利用工程設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的有限資源，縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。盡管如此，仍然有許多關(guān)鍵決策需要由設(shè)計(jì)人員把握，而且這些關(guān)鍵決定將會對產(chǎn)品性能、可靠性和成本產(chǎn)生重大影響。
為幫助設(shè)計(jì)出適合具體應(yīng)用的最佳系統(tǒng)，首先我們來分析一下預(yù)集成的傳感元件，特別是不同傳感元件可提供的優(yōu)勢，然后還要熟悉一些必須考慮的主要問題。即使是經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師，也不得不承認(rèn)，針對HVAC系統(tǒng)、醫(yī)療設(shè)備、過程控制或其他工廠自動(dòng)化設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用條件，設(shè)計(jì)提供精確、可靠數(shù)據(jù)的傳感元件，是產(chǎn)品開發(fā)周期中最耗時(shí)和最昂貴的工作之一。在很大程度上，這是因?yàn)閭鞲衅髟O(shè)計(jì)是跨學(xué)科合作的過程，需要設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)考慮許多電氣、機(jī)械和制造工藝問題。
一旦確定了最適合應(yīng)用的傳感元件，就必須決定如何把它與系統(tǒng)的其余部分集成到一起。這個(gè)過程包括將傳感器與適合的信號調(diào)節(jié)電路、終端和接口連接器組合配對。接下來，需要決定是否有現(xiàn)成封裝能夠容納您的裝配件，或是基于應(yīng)用空間和環(huán)境要求，采用定制封裝。定制封裝可能集成一個(gè)或多個(gè)傳感器及其他元件，以創(chuàng)制更高級別的裝配件，如用于血液分析機(jī)和呼吸機(jī)中、帶集成管路的壓力傳感器。
記住，隨著傳感器設(shè)計(jì)的進(jìn)步，其測試方案也必須與時(shí)俱進(jìn)。您的設(shè)計(jì)必須確保最終裝配件繼承到主系統(tǒng)后，產(chǎn)品能夠準(zhǔn)確可靠的運(yùn)行。
集成傳感器的案例
預(yù)集成傳感器解決方案變得日益流行，相對于傳統(tǒng)的傳感器選擇和集成過程而言，它是更加經(jīng)濟(jì)高效的替代選擇。在很多情況下，謹(jǐn)慎選擇已知正確的單一封裝(可能包括一個(gè)或多個(gè)傳感器、信號調(diào)節(jié)組件和其他關(guān)鍵組件)，有助加速產(chǎn)品開發(fā)，減少設(shè)計(jì)、制造和測試成本。這還可以幫助制造商縮短認(rèn)證測試的時(shí)間，因?yàn)橹灰山鉀Q方案通過了工業(yè)或醫(yī)療設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)證;且在設(shè)計(jì)中選用該方案的開發(fā)人員，就不必再為方案的升級產(chǎn)品重新進(jìn)行認(rèn)證。
在大部分情況下，由于預(yù)集成/預(yù)測試傳感器組件的單元生產(chǎn)成本和測試成本更低，所以與獨(dú)立組件相比，用戶不僅大大節(jié)約成本，還可獲得幾倍的投資回報(bào)。使用預(yù)集成傳感器解決方案避免了維護(hù)和跟蹤大量獨(dú)立組件所需要的開銷。
盡管如此，請謹(jǐn)慎選擇適合的傳感器組件以確保完全滿足與性能、操作環(huán)境、測試和可靠性相關(guān)的應(yīng)用需求。同樣，還要保證傳感器廠商提供的封裝選項(xiàng)完美適合預(yù)期用途。
另一個(gè)不是很引人注意的考慮事項(xiàng)是傳感器廠商的設(shè)計(jì)支持水平。在當(dāng)今盛行的精益企業(yè)文化大背景下，大部分公司都傾向于將有限的工程設(shè)計(jì)資源集中于“人無我有”的產(chǎn)品元件上，而在支持這些特色元件的系統(tǒng)元件上，則采用拿來主義，使用參考設(shè)計(jì)或是打包的解決方案。
因此，您很有可能需要考量您的工程設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)需要多大的外力幫助，才能充分實(shí)現(xiàn)應(yīng)用需求、確定潛在的解決方案并客觀分析哪種方法能夠最好地契合他們的需求。有的時(shí)候，增值組件將成為系統(tǒng)差異化特色的核心部分，應(yīng)在設(shè)計(jì)方案早期就予以考慮。
所有集成傳感器制造商都能提供一定水平的設(shè)計(jì)支持。小到與隨機(jī)指派的應(yīng)用工程師臨時(shí)上網(wǎng)聊天或互發(fā)電子郵件，大到完全成熟的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，在整個(gè)設(shè)計(jì)期間，“嵌入”到了您的工程設(shè)計(jì)組中。
由于預(yù)集成傳感器解決方案解決了影響設(shè)計(jì)、制造和市場運(yùn)作的問題，很難全面表述它所能夠提供的全部優(yōu)點(diǎn)。最佳的方法之一是通過研究應(yīng)用實(shí)例來管窺一斑。
近期的一個(gè)成功案例是這樣的，一家制造商找到霍尼韋爾設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，想看看是否能夠幫助他們降低目前用在氣流控制產(chǎn)品中的閥門定位傳感元件的成本。一般來說工廠和樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)中常用的標(biāo)準(zhǔn)可編程邏輯控制 (PLC) 信號，來開動(dòng)和監(jiān)控閥門。客戶對其使用的傳統(tǒng)定位傳感技術(shù)不甚滿意(如霍爾效應(yīng)傳感器和磁阻陣列)，因?yàn)閷?shí)施起來比較昂貴，而且還需要經(jīng)常校準(zhǔn)。由于在他們的應(yīng)用不需要由常規(guī)傳感器提供的增量位置數(shù)據(jù)，因此他們思考是否有更加經(jīng)濟(jì)的方式，能夠生產(chǎn)他們所需要的簡單的開/關(guān)/故障指示信號。
圖為霍尼韋爾TruStability電路板安裝型傳感器可為干燥、潮濕、或干/濕環(huán)境應(yīng)用提供可靠的壓力傳感輸出。
通過與客戶設(shè)計(jì)人員緊密合作，霍尼韋爾增值團(tuán)隊(duì)基于TruStability電路板安裝型壓力傳感器，開發(fā)出了性能可靠且成本較低的替代解決方案。新方案除整體成本低于之前設(shè)計(jì)的傳感元件外，霍尼韋爾傳感器具有更長的使用壽命，為制造商及其客戶削減了相應(yīng)成本。這主要?dú)w功于堅(jiān)固構(gòu)造和強(qiáng)韌組件，除僅產(chǎn)生低漂移外，霍尼韋爾提供的傳感元件在其服務(wù)壽命內(nèi)都能維持高精度。因此，出廠的最終系統(tǒng)經(jīng)過預(yù)先校準(zhǔn)，免去了許多常規(guī)傳感技術(shù)所要求的昂貴的初始設(shè)置和定期重新校準(zhǔn)。
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