環境感測、安全致勝—環安感測系統與周邊應用 智慧應用 影音
工研院-11月論壇
IC975

環境感測、安全致勝—環安感測系統與周邊應用

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智慧家庭內建多種環境感應器,提供偵測與自動控制功能。圖?EnOcean Alliance
智慧家庭內建多種環境感應器,提供偵測與自動控制功能。圖?EnOcean Alliance

由於MEMS感測元件能將感測器微縮,使其應用範圍深入各式微型電子裝置,舉凡智慧型手機、平板、電腦等產品,皆可搭配感測元件來增加使用者體驗。至於在環境感測部分,無論居家、辦公室、企業機房、車載電子、工廠或公共區域等場所,透過感測系統與週邊,即可協助進行各種場所、環境的數據監測,增加營運穩定性與安全性。以下就各式感測系統與相關週邊產品的應用做介紹…

智慧型感測應用  將與人密不可分

採壓力?加速?溫度?電壓偵測器,所構成的TPMS(胎壓監測系統)模組。圖?Infineon

採壓力?加速?溫度?電壓偵測器,所構成的TPMS(胎壓監測系統)模組。圖?Infineon

伺服器環境偵測盒(偵測漏水、濕?溫度)提供企業機房完整運作環境。圖?Network Technologies Inc.

伺服器環境偵測盒(偵測漏水、濕?溫度)提供企業機房完整運作環境。圖?Network Technologies Inc.

行動裝置的智慧化,搭配感測元件的應用,不僅提升消費者體驗,也開拓了MEMS元件的市場。許多產品與行業紛紛加入無線連接與感測的能力,朝向智慧化發展。最近穿戴式裝置的興起,更催生了各式MEMS朝向更微型化、更低耗電的設計,讓智慧手錶、手環、眼鏡等穿戴式產品,能夠具備全天候感測、精準感測等需求。這些產品都須應用到更高度整合、且更省電的慣性感測元件、環境感測元件,甚或光學感應元件,以提供資訊娛樂、健身等度量需求。

至於醞釀中的智慧家庭市場這部分,許多廠商紛紛推出智慧控制與感測產品,除了能夠以無線連接的方式、透過手機或平板來遠程手動控制或監測之外,其裝置均內建多種MEMS環境感測元件,提供溫度、濕度、光線等偵測功能,以自動調節空調溫度,或提供燈光控制功能;另外也有空氣品質、煙霧、一氧化碳濃度的偵測設計等產品,不僅提供家庭防災的預警,也能達到節能的目的,以提升整體生活品質。

家用的智慧型感測系統、週邊商品,會依照其應用目的而內建不同的感應器。例如NEST Learning Thermostat (學習型恆溫器),就內建了溫度、濕度、近場活動、遠場活動、環境光源等感應器;另一個產品NEST Protect (有害氣體偵測器),則內建了:光電式煙霧感應器、一氧化碳感應器、熱能感應器、人體活動感測器(含超音波與在場感測器)、環境光源感測器等元件。

上述所提到的在場感測器(occupancy sensor),大多採用PIR(被動紅外線)元件技術來實作。例如Belkin的WeMo Switch + Motion (智能開關與感應器),可偵測人體的移動而自動開閉家電。而Lexma的智慧感測LED燈泡,能偵測到有人接近時,就會自動開閉燈泡。另外有些智慧燈具產品,則是採用光度感應設計,當有陽光照進室內時,就會根據室內的照度,來調節室內燈光的亮度,以節省能源。

行車用感測系統  須具備更高規格

除了商用、家用等感測產品之外,許多新一代汽車的車載電子裝置,開始強調與行動裝置的互連性,內建導航與多媒體等資訊娛樂系統,讓開車族享受更高檔的車內娛樂享受。而汽車所使用的感測元件更是多元,上述的技術幾乎都會用到,包含慣性類(偵測煞車、碰撞、加速、輔助車用GPS導航應用等)、光源類(前車防撞指示、倒車雷達、防盜)、環境類(車內恆溫空調)等感應元件,以協助朝向自動化、智慧化行車目標。

由於汽車主要是在戶外使用,因此車用的感測元件必須採用更高的規格等級,以符合戶外寬溫、防水、防震,甚至防泥沙等較嚴苛的環境下使用。在感測元件上,必須具備各種環境修正參數,讓感測數據更加精準。

而車用安全性的感測,還有TPMS (Tire Pressure Monitoring System;胎壓偵測系統)。由於高速公路重大事故中,有7成都是因為「爆胎」引起,因此政府自2014/11、2016/7起強制規定新車、舊車必須安裝TPMS,以減少因胎壓不足的問題所導致車禍發生。

TPMS有分成間接式和直接式的設計。間接式是在汽車出廠時,搭配汽車ABS系統的輪速感測器,可比較車輪之間的轉速不同,來達到監測輪胎狀況;而直接式的產品,就有分成「胎外式」的感應附件(裝在輪胎氣嘴上,可自行DIY)與「胎內式」的感應模組(內建在輪胎內,須進保養廠安裝),這類直接式TPMS感測模組,具備壓力、溫度、加速度等感應器,能在胎壓不足時,透過螢幕顯示或語音方式來及時提醒駕駛者,以提供駕駛與乘客的行車安全保障。

電腦機房專用的感測系統

機房專屬的環境感測系統,可分成許多環節,包含電力系統(用電品質、電力迴路狀態、電力迴路電流、發電機電力狀態?油箱內的油位等偵測)、空調系統(主機運轉、冷卻系統、運轉狀態等偵測)、消防系統(空氣流量、消防主機運轉、消防感測器迴路運轉等狀態偵測)、機房與門禁管理(溫濕度感測、機器運作狀態偵測、人員進出管制、機櫃管制)、監視系統(影像錄影、寬角度高速移動攝影鏡頭、遠端監視)、設備連動系統(關係表建置、設備連動控制)、警告系統(電子告示板、簡訊、E-MAIL通知等)。

以機房為主的環境控制與感測產品,就具備可擴充性的設計,可以連結多種感應器,包括震動、煙霧、溫度、溫濕度、漏水、風力、結霜、機房門禁狀態、工作人員移動狀態等各式感測器,再搭配監視器,就能夠偵測與監控機房內部的環境狀態,搭配事件記錄等日誌功能,以便機房管理人員能夠即時監控與分析。

善用上述感測系統與週邊的輔助,搭配網路遠端監控功能,就能精準監控與調配各種能源的使用,以建構一座能耗低、高效率、且具備高度安全性的企業機房,為企業提升競爭力。

工業控制與其他場域的感測元件

其他場域的MEMS感測元件部分,像工業等級的專業感測器,就分成:光電感測器、磁性感應器、近接感應器、靜電容感應器、氣壓缸感應器、光纖感應器等類別,並有專屬搭配的配件,可針對不同工業領域的場合與需求做各種的應用。

另外特殊用途的感測器,例如:對比?色彩?螢光?傳送感測器(簡稱CCLT),在自動化設備上,能在最大速度下透過灰階對比、顏色或厚度變化辨別物體,主要應用印刷或包裝工業。而專業級的位移、距離感測器,可應用在吊運業、倉儲業領域。至於超音波感測器,則可在燈光不足的場所(如隧道、地底、海底等),做為透明物體或流體的偵測之用。

針對各式流體的特殊量測,有接觸式與非接觸式的感測產品:液位感測器、壓力感測器、溫度感測器、流量感測器、振動?漏液感測器等等。此外,還有針對不同行業的專業需求而設計的感應器。像是視覺感測器、3D影像視覺感測器、區域光柵感測器、線性量測器、陣列感測器、紅外線光傳送器、位置感測器、量測光幕型感測器、槽型感測器、放大器分離型光電感測器、溫度感測器、彩色標籤感測器、雷達波感測器、雷射光感測器。

工廠或公共環境監控應用方面,則有有氣壓感測器、太陽能追蹤器、風速偵測器、馬達轉速偵測器、近接偵測、齒輪速度感測器等機械運作環境等感測設備,確保機械運作正常並提供即時狀況反應。

至於在工廠安全的感測上,則有安全光柵?光幕?圍籬、安全雷射區域掃描器、安全開關?插鞘?鎖、安全視覺感測器、安全控制器、安全模組、安全即停開關、單光軸安全感測器等應用產品,為工作場所的安全需求做好把關。

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