單對以太網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測中的傳感器考量

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/李寧遠(yuǎn)）隨著工業(yè)場景對設(shè)備的監(jiān)控的重視程度越來越高，傳感器需要對設(shè)備進(jìn)行可預(yù)測的狀態(tài)監(jiān)控?；跔顟B(tài)的監(jiān)控（CbM）是一種預(yù)測性維護(hù)，使用不同類型的傳感器持續(xù)監(jiān)控設(shè)備狀況。在傳感器狀態(tài)監(jiān)測應(yīng)用的大多數(shù)工業(yè)場景里，都是使用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)來進(jìn)行連接。但隨著單對以太網(wǎng)SPE的推出和普及，似乎能在工業(yè)場景里實現(xiàn)更好的傳感器狀態(tài)監(jiān)測。

單對以太網(wǎng)與狀態(tài)監(jiān)測

單對以太網(wǎng)，我們之前提到過很多次，是一種能夠進(jìn)行雙向通信，且在合適距離內(nèi)能達(dá)到1Gb/s連接速度的以太網(wǎng)技術(shù)。這項由IEEE 802.3指定的新傳輸標(biāo)準(zhǔn)取代了原本的其他總線系統(tǒng)，將控制、通信以及各類其他功能統(tǒng)一集中到了同一系統(tǒng)內(nèi)。

工業(yè)場景引入單對以太網(wǎng)最直接的原因是為了滿足對高效雙向通信的需求，1Gb/s的連接速度能夠讓雙向通信實現(xiàn)設(shè)備到基礎(chǔ)設(shè)施和設(shè)備到云的實時安全連接。傳感器狀態(tài)監(jiān)測的需求也是如此，單對以太網(wǎng)的高帶寬數(shù)據(jù)架構(gòu)對傳感數(shù)據(jù)分析的增強(qiáng)和對錯誤環(huán)節(jié)響應(yīng)速度的加快絕對是一個很大的增強(qiáng)。

對于傳感器狀態(tài)監(jiān)測，單對以太網(wǎng)的優(yōu)勢還不止有高帶寬數(shù)據(jù)架構(gòu)優(yōu)勢。單對以太網(wǎng)提供的共享電源和數(shù)據(jù)架構(gòu)，即便在超過1000米的距離仍然可以通過低成本雙線電纜實現(xiàn)10 Mbps數(shù)據(jù)和電源的共享。基于單對以太網(wǎng)的狀態(tài)監(jiān)測傳感器設(shè)計，共享數(shù)據(jù)和電源通信接口可以做得更小，原本的四根線纜在單對以太網(wǎng)中只需要兩根就能完成數(shù)據(jù)線（PoDL）供電。

不論是縮小傳感器尺寸還是降低現(xiàn)場布線復(fù)雜性，通過單對以太網(wǎng)完成狀態(tài)監(jiān)測相比于以往的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)可以減少很多終端的工作量。

單對以太網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測中的傳感器考量

狀態(tài)監(jiān)測有幾大類信息需要傳感器測量，振動、升壓、電流、磁場以及溫度。單對以太網(wǎng)引入后直接受益的是振動傳感，以往標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)系統(tǒng)里振動傳感器的尺寸往往偏大，雖然MEMS加速度計在尺寸上已經(jīng)有了縮小，但單對以太網(wǎng)的系統(tǒng)架構(gòu)可以進(jìn)一步縮小傳感器尺寸并允許系統(tǒng)使用多種其他類型的傳感器。

尺寸的進(jìn)一步減小意味著傳感器本身需要更高的集成度，以振動傳感器為例更高的集成度需要傳感器集成放大器、ADC等。壓電式振動傳感多少有些不太適合這種需要高集成度器件的系統(tǒng)，在傳統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測應(yīng)用的某些關(guān)鍵應(yīng)用里，高成本的壓電式確實能提供更好的性能，但在單對以太網(wǎng)系統(tǒng)下的狀態(tài)監(jiān)測里，集成特性不夠?qū)е滤谶@種傳感器設(shè)備集群里總有些別扭，并且尺寸也偏大。在大多數(shù)情況下，單對以太網(wǎng)系統(tǒng)下的狀態(tài)監(jiān)測平臺首先肯定考慮的是集成度更高的MEMS傳感。

狀態(tài)檢測平臺，ADI這里還涉及單軸和多軸MEMS傳感的考量，絕大部分MEMS加速度計都是三軸且集成ADC，非常適合單對以太網(wǎng)系統(tǒng)下的監(jiān)測系統(tǒng)。不過有些單軸MEMS不帶ADC，但在帶寬上性能會更高，也能夠和監(jiān)測系統(tǒng)無縫集成，這就需要外部ADC來保證性能。這種傳感器不集成ADC的情況就需要通過MCU在保證低功耗的同時保證分辨率。

功耗的考量不必多說，MEMS傳感把功耗控制在μA甚至nA范圍都是有的，總之要盡可能延長電池壽命。

聲壓、電流、溫度這些監(jiān)測用到的也是大家耳熟能詳?shù)哪切﹤鞲衅?，麥克風(fēng)、霍爾、磁力計、RTD、熱電偶、紅外熱成像等。這些傳感器現(xiàn)在都做到了低成本低功耗小尺寸而且也夠準(zhǔn)確，根據(jù)不同的故障風(fēng)險監(jiān)測需求選擇即可，比如麥克風(fēng)的頻率上限選取、溫度傳感是否能追蹤熱源位置變化等等。

小結(jié)

單對以太網(wǎng)借助新的架構(gòu)，將以太網(wǎng)降低到傳感器執(zhí)行器級別，并將傳感器執(zhí)行器直接連接到自動化系統(tǒng)或云端，進(jìn)一步縮小了傳感器尺寸、降低了現(xiàn)場部署和布線的復(fù)雜性，給狀態(tài)監(jiān)測提供了一種新的解決方案。