預集成傳感器，有效降低成本和設計風(fēng)險

用來(lái)監測或控制系統的傳感元件，要求精確性、可靠性和支持實(shí)際應用輸入，這在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期中是最具挑戰性的工作之一。因此，許多設計人員現在都毫不猶豫地選擇購買(mǎi)現成產(chǎn)品，或是定制預集成傳感器模塊。

把大部分設計、測試和制造傳感元件的任務(wù)，委托給第三方供應商去做，可以最大限度地利用工程設計團隊的有限資源，縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。盡管如此，仍然有許多關(guān)鍵決策需要由設計人員把握，而且這些關(guān)鍵決定將會(huì )對產(chǎn)品性能、可靠性和成本產(chǎn)生重大影響。

為幫助設計出適合具體應用的最佳系統，首先我們來(lái)分析一下預集成的傳感元件，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(wèn)題。即使是經(jīng)驗豐富的工程師，也不得不承認，針對HVAC系統、醫療設備、過(guò)程控制或其他工廠(chǎng)自動(dòng)化設備的實(shí)際應用條件，設計提供精確、可靠數據的傳感元件，是產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期中最耗時(shí)和最昂貴的工作之一。在很大程度上，這是因為傳感器設計是跨學(xué)科合作的過(guò)程，需要設計團隊考慮許多電氣、機械和制造工藝問(wèn)題。

一旦確定了最適合應用的傳感元件，就必須決定如何把它與系統的其余部分集成到一起。這個(gè)過(guò)程包括將傳感器與適合的信號調節電路、終端和接口連接器組合配對。接下來(lái)，需要決定是否有現成封裝能夠容納您的裝配件，或是基于應用空間和環(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，如用于血液分析機和呼吸機中、帶集成管路的壓力傳感器。

記住，隨著(zhù)傳感器設計的進(jìn)步，其測試方案也必須與時(shí)俱進(jìn)。您的設計必須確保最終裝配件繼承到主系統后，產(chǎn)品能夠準確可靠的運行。

集成傳感器的案例

預集成傳感器解決方案變得日益流行，相對于傳統的傳感器選擇和集成過(guò)程而言，它是更加經(jīng)濟高效的替代選擇。在很多情況下，謹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、信號調節組件和其他關(guān)鍵組件），有助加速產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，減少設計、制造和測試成本。這還可以幫助制造商縮短認證測試的時(shí)間，因為只要集成解決方案通過(guò)了工業(yè)或醫療設備標準的認證；且在設計中選用該方案的開(kāi)發(fā)人員，就不必再為方案的升級產(chǎn)品重新進(jìn)行認證。

在大部分情況下，由于預集成/預測試傳感器組件的單元生產(chǎn)成本和測試成本更低，所以與獨立組件相比，用戶(hù)不僅大大節約成本，還可獲得幾倍的投資回報。使用預集成傳感器解決方案避免了維護和跟蹤大量獨立組件所需要的開(kāi)銷(xiāo)。

盡管如此，請謹慎選擇適合的傳感器組件以確保完全滿(mǎn)足與性能、操作環(huán)境、測試和可靠性相關(guān)的應用需求。同樣，還要保證傳感器廠(chǎng)商提供的封裝選項完美適合預期用途。

另一個(gè)不是很引人注意的考慮事項是傳感器廠(chǎng)商的設計支持水平。在當今盛行的精益企業(yè)文化大背景下，大部分公司都傾向于將有限的工程設計資源集中于“人無(wú)我有”的產(chǎn)品元件上，而在支持這些特色元件的系統元件上，則采用拿來(lái)主義，使用參考設計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計團隊需要多大的外力幫助，才能充分實(shí)現應用需求、確定潛在的解決方案并客觀(guān)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差異化特色的核心部分，應在設計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計支持。小到與隨機指派的應用工程師臨時(shí)上網(wǎng)聊天或互發(fā)電子郵件，大到完全成熟的設計團隊，在整個(gè)設計期間，“嵌入”到了您的工程設計組中。

由于預集成傳感器解決方案解決了影響設計、制造和市場(chǎng)運作的問(wèn)題，很難全面表述它所能夠提供的全部?jì)?yōu)點(diǎn)。最佳的方法之一是通過(guò)研究應用實(shí)例來(lái)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計團隊，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(mén)定位傳感元件的成本。一般來(lái)說(shuō)工廠(chǎng)和樓宇自動(dòng)化系統中常用的標準可編程邏輯控制 (PLC) 信號，來(lái)開(kāi)動(dòng)和監控閥門(mén)?？蛻?hù)對其使用的傳統定位傳感技術(shù)不甚滿(mǎn)意（如霍爾效應傳感器和磁阻陣列），因為實(shí)施起來(lái)比較昂貴，而且還需要經(jīng)常校準。由于在他們的應用不需要由常規傳感器提供的增量位置數據，因此他們思考是否有更加經(jīng)濟的方式，能夠生產(chǎn)他們所需要的簡(jiǎn)單的開(kāi)/關(guān)/故障指示信號。

圖1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)境應用提供可靠的壓力傳感輸出。

通過(guò)與客戶(hù)設計人員緊密合作，霍尼韋爾增值團隊基于TruStability電路板安裝型壓力傳感器，開(kāi)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計的傳感元件外，霍尼韋爾傳感器具有更長(cháng)的使用壽命，為制造商及其客戶(hù)削減了相應成本。這主要歸功于堅固構造和強韌組件，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)壽命內都能維持高精度。因此，出廠(chǎng)的最終系統經(jīng)過(guò)預先校準，免去了許多常規傳感技術(shù)所要求的昂貴的初始設置和定期重新校準。