如何为恶劣环境选择传感器连接器？

你需要设计坚固耐用的传感器系统？首先要确保连接器不会让您失望。

传感器系统越来越复杂，通常将视觉、电磁、音频、热和电子信息融合到周围环境的复杂图像中。传感器本身也在不断发展，通常在将结果传输到系统控制器以进行进一步操作之前执行封装内数据或信号处理。

这些传感器产品并不总是与系统控制器集成到同一电路板或封装中。这就是连接器的用武之地，提供传感器和控制器之间的链接。

连接器似乎是一个微不足道的设计问题，但实际上它们可能是传感器系统的致命弱点。为恶劣的环境选择错误的连接器，整个系统的可靠性可能会受到影响。

为了帮助您确保可靠性和使用寿命，我们准备了以下指南。

当今传感器的连接器

连接器必须启用多种电气功能，以便传感器板及其芯片组能够执行所需的任务。典型的接口包括：

• 高数据速率数字接口连接

• 用于模拟接口的两线双绞线或同轴连接

• 电源和接地连接

• 传感器芯片组和外围设备的配置信号

传感器系统中使用的连接器必须在紧凑的封装中容纳一个或多个这些接口。连接器必须将数据中继回外部主机系统的一些示例系统包括雷达、摄像头/视觉系统、超声波传感器、电感或电容传感器以及温度传感器。 

这些传感器也可以放置在一个阵列中，这增加了连接器和任何电缆的针数要求。接口规格和引脚数将在设计阶段早期推动连接器的选择。

这种坚固的连接器可以聚合来自多个传感器接口的数据。

虽然连接器的电气特性对设备操作很重要，但这些系统的可靠性来自连接器的结构。对于在恶劣环境中的部署，连接器结构应该是首要考虑因素。

连接器样式、结构和材料需要与部署环境以及设备应用和电气功能相匹配，这些因素将限制恶劣环境中传感器系统的可用连接器。

适用于恶劣环境的传感器连接器

恶劣的环境有很多种。部署在恶劣环境中的系统可能会遇到极端温度、振动、暴露于湿气或有害物质、ESD 或这些情况的组合。应选择连接器，以免遇到的环境压力损坏系统主机或部署的传感器模块中的电子设备。

专门为在某些恶劣环境中部署而构建的圆形连接器样式，例如 M5/M8/M12 电缆，在传感器应用中使用最广泛。

以下一些特性使这些连接器能够更好地承受他们在现场可能遇到的环境压力：

• IP 级连接器——这些连接器（例如IP66 或 IP67 级连接器）可以承受一定限度的碎屑和湿气侵入。该规范在海洋环境和某些工业环境中非常重要。

• 金属外壳——这些连接器是最坚固的。外壳材料还提供其他好处。例如，您可以期待不锈钢连接器具有良好的耐腐蚀性。

• 板装连接器——对于紧凑型传感系统，板装连接器通常是首选，因为它们可以具有低剖面并且可以通过设备外壳进行访问。许多标准数据连接器将作为通孔连接器提供，可以满足坚固的性能规范。

• 绝缘或屏蔽——这些特性适用于需要 EMI/ESD 保护或需要承受极端温度（或两者兼有）的连接器。

• 键控和保持机制——除了使用不锈钢等坚固材料外，键控和保持机制可确保连接器始终正确配合。

VULCON 系列公制圆形连接器

用于最广泛恶劣环境的最佳标准化连接器和插座选项由不锈钢制成。例如，VULCON 系列连接器包括如下所示的不锈钢 M12 连接器。该连接器上的金属外壳和包覆成型的直角电缆组件有助于保持牢固的连接以抵抗机械冲击。

带不锈钢外壳的 M12 连接器

坚固的结构和抗机械损伤是这种连接器样式的两个明显优势。然而，对于在海洋环境和卫生环境等某些应用中的部署，316 不锈钢是一种优选的连接器材料。它可以抵抗可能降解或损坏塑料电缆的腐蚀性物质，并通过表面应用的抗菌薄膜抵抗细菌生长。

为了获得更高的可靠性，这些连接器可以沿着电缆使用金属护套而不是橡胶。

除了全不锈钢外壳外，VULCON 圆形还提供不锈钢外壳和镀镍黄铜内壳的混合结构。这种混合结构有助于制造用于嘈杂 (EMI/RFI) 环境的全屏蔽组件，同时仍提供 316 不锈钢的外壳保护。这些混合外壳版本可用于 M8 和 M12 VULCON 产品线。

在传感器产品中使用的 VULCON 圆形连接器选项中，D-code 和 X-code M-12 连接器最受欢迎。这些连接器分别提供 4 或 8 个导体，并且它们包括一个键控机制。

外壳可以由不锈钢制成，并且外壳足够小，可以很容易地集成到包覆成型的电缆组件中。这些坚固的连接器是一种灵活的选择，还可以为高级传感器及其返回系统控制器的数据链路提供高数据速率接口。

最佳不锈钢连接器选项

金属连接器模块可从多家供应商处获得，但传感器连接器的最佳材料选择是 316 不锈钢。这种不锈钢在 IP67 和 IP68 等级的组件中提供了所需的坚固特性，但由这种材料制成的连接器仍然是一种具有成本效益的选择。

NorComp 的VULCON STEEL 连接器系列提供具有坚固规格的防水电缆到面板接口：

• 中等接触电流额定值从 -40 到 +85 °C

• 提供流行的 A、B、D、X、S 和 L 代码

• 可作为散件或整个电缆组件提供，包括包覆成型选项

• 直角/垂直板安装、焊杯或面板安装选项

虽然 316 不锈钢是适用于恶劣环境的理想材料，但也可以使用铝合金、黄铜和硬塑料等其他材料。

更简单的传感器接口需要 M5 连接器提供的低引脚数，而 M8 或 M12 连接器可以访问更多引脚数（最多 12 个触点）。体积更大的 M12 连接器还在需要更多功率的应用中提供更高的电流（高达 5 A）。

标准或定制连接器？

虽然圆形 M5/M8/M12 等连接器选项具有标准化的引脚排列和外形尺寸，但在恶劣环境中可能需要专有的连接器样式或标准外形尺寸的定制版本。

需要在恶劣环境中使用的定制连接器应该由能够承受机械损坏、腐蚀、极端温度和湿气侵入的坚固材料制成。

具有坚固结构的标准连接器使设计人员能够快速采用现有系统并使其适应恶劣环境，或通过标准化接口将定制传感器产品连接到系统的其余部分。

标准连接器中使用的同一组坚固设计原则也可应用于定制连接器。这允许系统设计人员访问连接器组件，将多种类型的连接聚合到单个引出线中，例如单个连接器中的电源、RF 和数字数据。

如上所述，由于其坚固的特性，316 不锈钢是用于这些用于恶劣环境的定制连接器选项的理想材料。它也可以很容易地以所需的形式制造，而不会产生过多的成本。

当您需要用于电源、数据或自定义接口的最佳传感器连接器时，请向 NorComp 寻求专为恶劣环境设计的标准化或可定制不锈钢互连解决方案。NorComp 的 VULCON 316 不锈钢产品线通过了坚固环境认证 (REC)，非常适合用于机器人、军事、工业设备和其他要求苛刻的应用。

来源：《国际线缆与连接》投稿人 冯文飞编译 作者：Norcomp公司

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