電子發燒友網報道（文/李寧遠）隨著工業場景對設備的監控的重視程度越來越高，傳感器需要對設備進行可預測的狀態監控。基于狀態的監控（CbM）是一種預測性維護，使用不同類型的傳感器持續監控設備狀況。

在傳感器狀態監測應用的大多數工業場景里，都是使用標準以太網來進行連接。但隨著單對以太網SPE的推出和普及，似乎能在工業場景里實現更好的傳感器狀態監測。

單對以太網與狀態監測

單對以太網，我們之前提到過很多次，是一種能夠進行雙向通信，且在合適距離內能達到1Gb/s連接速度的以太網技術。這項由IEEE 802.3指定的新傳輸標準取代了原本的其他總線系統，將控制、通信以及各類其他功能統一集中到了同一系統內。

工業場景引入單對以太網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設備到基礎設施和設備到云的實時安全連接。傳感器狀態監測的需求也是如此，單對以太網的高帶寬數據架構對傳感數據分析的增強和對錯誤環節響應速度的加快絕對是一個很大的增強。
對于傳感器狀態監測，單對以太網的優勢還不止有高帶寬數據架構優勢。單對以太網提供的共享電源和數據架構，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10 Mbps數據和電源的共享。基于單對以太網的狀態監測傳感器設計，共享數據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中只需要兩根就能完成數據線（PoDL）供電。

不論是縮小傳感器尺寸還是降低現場布線復雜性，通過單對以太網完成狀態監測相比于以往的標準以太網可以減少很多終端的工作量。

單對以太網狀態監測中的傳感器考量

狀態監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。單對以太網引入后直接受益的是振動傳感，以往標準以太網系統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有了縮小，但單對以太網的系統架構可以進一步縮小傳感器尺寸并允許系統使用多種其他類型的傳感器。

尺寸的進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，在傳統狀態監測應用的某些關鍵應用里，高成本的壓電式確實能提供更好的性能，但在單對以太網系統下的狀態監測里，集成特性不夠導致它在這種傳感器設備集群里總有些別扭，并且尺寸也偏大。在大多數情況下，單對以太網系統下的狀態監測平臺首先肯定考慮的是集成度更高的MEMS傳感。

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系統下的監測系統。不過有些單軸MEMS不帶ADC，但在帶寬上性能會更高，也能夠和監測系統無縫集成，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、溫度這些監測用到的也是大家耳熟能詳的那些傳感器，麥克風、霍爾、磁力計、RTD、熱電偶、紅外熱成像等。這些傳感器現在都做到了低成本低功耗小尺寸而且也夠準確，根據不同的故障風險監測需求選擇即可，比如麥克風的頻率上限選取、溫度傳感是否能追蹤熱源位置變化等等。

小結

單對以太網借助新的架構，將以太網降低到傳感器執行器級別，并將傳感器執行器直接連接到自動化系統或云端，進一步縮小了傳感器尺寸、降低了現場部署和布線的復雜性，給狀態監測提供了一種新的解決方案。