【科普】一文讀懂！工業(yè)傳感器的分類及特點

 

　　在工業(yè)制造場景中，傳感器憑借傳感技術(shù)和智能互連設(shè)備建立起信息傳遞網(wǎng)絡(luò)，為生產(chǎn)制造提供了必不可少的信息傳遞，讓各種裝備有了“眼睛”，有了“感知”，有了“互動”，支撐起裝備更加高效、精確、安全、穩(wěn)定、靈活地運行和作業(yè)。
 

　　換句話說，工業(yè)傳感器讓自動化智能設(shè)備有了感知能力，可以優(yōu)化工業(yè)生產(chǎn)管理、提高工業(yè)生產(chǎn)效率、提升智能化生產(chǎn)水平。
 

　　那么，工業(yè)傳感器究竟有何應(yīng)用?不同的傳感器又有何特點?我們一起來看~
 

　　一、工業(yè)傳感器的應(yīng)用
 

　　傳感器基本定義是探測器，是一種電子設(shè)備，用于檢測各種類別的信號，并將信號傳遞給其他電氣控制設(shè)備。
 

　　換一種說法，傳感器是一種能將能量從一種形式轉(zhuǎn)換到另一種形式的電子裝置，它主要是通過距離、溫度、濕度等來識別氣體的物理量、熱量等，然后以電信號的形式向連接的控制系統(tǒng)提供輸出。
 

　　例如，在自動化系統(tǒng)中，傳感器是向可編程邏輯控制器(plc)傳遞信號，從而參與控制。
 

　　在日常生活應(yīng)用、商業(yè)和工業(yè)設(shè)備、教育工程中，不同類型的傳感器都有著特定的作用。
 

　　其中，工業(yè)傳感器泛指在工業(yè)制造過程能將感受的力、熱、光、磁、聲、濕、電、環(huán)境等被測量轉(zhuǎn)換成電信號輸出的器件與裝置，適用于各種工業(yè)場景，如能源、石油、化工、冶金、電力、機械制造、汽車等工業(yè)制造過程。
 

　　工業(yè)傳感器是一類涉及多學科基礎(chǔ)技術(shù)融合的工業(yè)產(chǎn)品，具有技術(shù)密集、多品種、小批量、使用靈活及應(yīng)用分布廣泛的典型特征。
 

　　二、傳感器的種類與特點
 

　　同時，工業(yè)傳感器由于不同的特性也被分為多種不同的類別，主要如下：
 

　　溫濕度傳感器
 

　　溫濕度傳感器是一種裝有濕敏和熱敏元件，能夠用來測量溫度和濕度的傳感器。
 

　　溫濕度傳感器將溫度和濕度信號采集出來，經(jīng)過穩(wěn)壓濾波、運算放大、非線性校正、V/I轉(zhuǎn)換、恒流及反向保護等電路處理后，轉(zhuǎn)換成與溫度和濕度成線性關(guān)系的電流信號或電壓信號輸出。
 

　　光電傳感器
 

　　光電傳感器是將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的一種設(shè)備。其工作原理基于光電效應(yīng)，光電效應(yīng)是指光照射在某些物質(zhì)上時，物質(zhì)的電子吸收光子的能量而發(fā)生了相應(yīng)的電效應(yīng)現(xiàn)象。
 

　　可用于檢測直接引起光量變化的非電物理量，如光強、光照度、輻射測溫、氣體成分分析等；也可用來檢測能轉(zhuǎn)換成光量變化的其他非電量，如零件直徑、表面粗糙度、應(yīng)變、位移、振動、速度、加速度，以及物體的形狀、工作狀態(tài)的識別等。
 

　　壓力傳感器
 

　　壓力傳感器是工業(yè)實踐中常用的一種傳感器，是能感受壓力信號，并能按照一定的規(guī)律將壓力信號轉(zhuǎn)換成可用的輸出的電信號的器件或裝置。
 

　　廣泛應(yīng)用于水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機床、管道等行業(yè)中。
 

　　霍爾傳感器
 

　　霍爾傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)制作的一種磁場傳感器，廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化技術(shù)、檢測技術(shù)及信息處理等方面。
 

　　霍爾效應(yīng)是研究半導(dǎo)體材料性能的基本方法。通過霍爾效應(yīng)實驗測定的霍爾系數(shù)，能夠判斷半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電類型、載流子濃度及載流子遷移率等重要參數(shù)。
 

　　接近傳感器
 

　　接近傳感器，是代替限位開關(guān)等接觸式檢測方式，以無需接觸檢測對象就能進行檢測的傳感器總稱，能將檢測對象的移動信息和存在信息轉(zhuǎn)換為電氣信號。
 

　　接近傳感器是一種具有感知物體接近能力的器件，它利用位移傳感器對接近的物體具有敏感特性來識別物體的接近，并輸出相應(yīng)開關(guān)信號，因此，接近傳感器又稱為接近開關(guān)。
 

　　MEMS傳感器
 

　　MEMS傳感器即微機電系統(tǒng)，是在微電子技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的多學科交叉的前沿研究領(lǐng)域，涉及電子、機械、材料、物理學、化學、生物學、醫(yī)學等多種學科與技術(shù)。
 

　　目前在太空衛(wèi)星、運載火箭、航空航天設(shè)備、飛機、汽車、生物醫(yī)學及消費電子產(chǎn)品等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。
 

　　扭矩傳感器
 

　　扭矩傳感器，又稱力矩傳感器、扭力傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器、扭矩儀。采用應(yīng)變片電測技術(shù) ，在彈性軸上組成應(yīng)變橋，向應(yīng)變橋提供電源即可測得該彈性軸受扭的電信號。
 

　　通過對各種旋轉(zhuǎn)或非旋轉(zhuǎn)機械部件上對扭轉(zhuǎn)力矩感知的檢測。該傳感器可以準確測量各種扭力、轉(zhuǎn)速及機械功率。
 

　　光纖傳感器
 

　　光纖傳感器是一種將被測對象的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y的光信號的傳感器。
 

　　光纖傳感器的工作原理是將光源入射的光束經(jīng)由光纖送入調(diào)制器，在調(diào)制器內(nèi)與外界被測參數(shù)的相互作用，使光的光學性質(zhì)如光的強度、波長、頻率、相位、偏振態(tài)等發(fā)生變化，成為被調(diào)制的光信號，再經(jīng)過光纖送入光電器件、經(jīng)解調(diào)器后獲得被測參數(shù)。
 

　　位移傳感器
 

　　位移傳感器又稱為線性傳感器，是一種屬于金屬感應(yīng)的線性器件，位移傳感器的作用是把各種被測物理量轉(zhuǎn)換為電量。該感器的應(yīng)用范圍相當廣泛，常用在工業(yè)自動化或者建筑橋梁等方面。
 

　　磁性傳感器
 

　　磁性材料在感受到外界的熱、光、壓力、放射線等之后，其磁特性會改變。利用這種物質(zhì)可以做成各種可靠性好，靈敏度高的傳感器，這類傳感器是利用磁性材料作為其敏感元件，故稱磁性傳感器。
 

　　集成的傳感器
 

　　集成的傳感器可直接提供作用在驅(qū)動軸上的實時、高精度扭矩測量數(shù)據(jù)。
 

　　通過這些數(shù)據(jù)可以得出關(guān)于驅(qū)動軸及其周圍部件狀況的可靠結(jié)論，為用戶提供精確的測量結(jié)果。
 

　　IO-Link傳感器
 

　　無論過去還是現(xiàn)在，許多情況下，工業(yè)傳感器都采用模擬形態(tài)，其中包含檢測元件和將檢測數(shù)據(jù)傳輸至控制器的某種方式。數(shù)據(jù)采用單向模擬方式進行傳輸。之后出現(xiàn)了可提供數(shù)字開/關(guān)信號的二進制傳感器，包含電感、電容、超聲波、光電等檢測元件，以及半導(dǎo)體開關(guān)元件。其輸出可能是：高端(HS)開關(guān)(PNP)或低端(LS)開關(guān)(NPN)，或者是推挽式(PP)。但數(shù)據(jù)仍然受到限制，只能從傳感器單向傳輸至主機，不提供糾錯控制，仍然需要現(xiàn)場技術(shù)人員來執(zhí)行手動校準等任務(wù)。因此，業(yè)界亟需一種更好的解決方案來滿足“工業(yè)4.0”、智能傳感器和可重新配置的廠區(qū)部署等需求。
 

　　傳統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸過程
 

　　時下獲得公認的解決方案是IO-Link協(xié)議，一種相對較新的工業(yè)傳感器標準，目前已呈現(xiàn)出迅速增長態(tài)勢。
 

　　IO-Link是一種標準化技術(shù)(IEC 61131-9)，規(guī)定工業(yè)系統(tǒng)中的傳感器和執(zhí)行器如何與控制器交互。
 

　　作為一種點對點通信鏈接，IO-Link采用標準連接器、電纜和協(xié)議。IO-Link系統(tǒng)設(shè)計用于工業(yè)標準3線傳感器和執(zhí)行器基礎(chǔ)設(shè)施，由IO-Link主機和IO-Link器件產(chǎn)品組成。
 

　　IO-Link通信在一個主機和一個器件(傳感器或執(zhí)行器)之間進行。通信采用二進制(半雙工)形式，使用非屏蔽電纜時，通信距離限制在20米內(nèi)。進行通信需要使用三線式接口(L+、C/Q和L-)。在IO-Link系統(tǒng)中，主機的供電范圍為20V至30V，器件(傳感器或執(zhí)行器)的供電范圍為18至30V。