在工業(yè)自動(dòng)化中常用的傳感器介紹

　　在工業(yè)自動(dòng)化中，傳感器起著至關(guān)重要的作用，以使產(chǎn)品智能化和超自動(dòng)化。傳感器幫助人們檢測(cè)，分析，測(cè)量和處理各種變化，例如在工業(yè)生產(chǎn)場(chǎng)所發(fā)生的位置，長(zhǎng)度，高度，外部和錯(cuò)位的變化。

　　傳感器是一種設(shè)備，可以識(shí)別電氣或物理或其他數(shù)量的進(jìn)度，并以確認(rèn)產(chǎn)量進(jìn)度的方式交付收益。簡(jiǎn)而言之，工業(yè)自動(dòng)化傳感器是輸入設(shè)備，可提供有關(guān)特定物理量（輸入）的輸出（信號(hào)）。

　　傳感器在預(yù)測(cè)和預(yù)防眾多潛在過程中也起著舉足輕重的作用，從而滿足了許多工業(yè)傳感應(yīng)用的需求。

　　是自動(dòng)化中使用的各種傳感器：

　　1、壓力傳感器

　　壓力傳感器是一種可感知壓力并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的儀器，其數(shù)量取決于所施加的壓力。

　　工業(yè)自動(dòng)化中使用的主要壓力傳感器包括壓力傳感器和真空傳感器。

　　壓力傳感器：壓力傳感器廣泛用于工業(yè)和液壓系統(tǒng)，這些高壓工業(yè)自動(dòng)化傳感器也用于氣候控制系統(tǒng)。

　　真空傳感器：當(dāng)真空壓力低于大氣壓時(shí)，會(huì)使用真空傳感器，并且很難通過機(jī)械方法進(jìn)行檢測(cè)。這些傳感器通常取決于電阻與溫度相關(guān)的加熱絲。當(dāng)真空壓力增加時(shí)，對(duì)流下降，導(dǎo)線溫度上升。電阻成比例增加，并在壓力附近進(jìn)行校準(zhǔn)，以便對(duì)真空進(jìn)行有效測(cè)量。

　　壓力傳感器的應(yīng)用：用于在給定位置測(cè)量低于大氣壓的壓力；用于氣象儀器，飛機(jī)，車輛和其他已實(shí)現(xiàn)壓力功能的機(jī)械；用于系統(tǒng)中以測(cè)量其他變量，例如流體/氣體流量，速度，水位和高度。

　　2、溫度傳感器

　　溫度傳感器是一種從資源中收集有關(guān)溫度的信息并將其更改為其他設(shè)備可以理解的形式的設(shè)備。它是傳感器的常用類別，可以檢測(cè)溫度或熱量，并且可以測(cè)量介質(zhì)的溫度。

　　自動(dòng)化中使用的主要溫度傳感器包括數(shù)字溫度傳感器和溫濕度傳感器。

　　數(shù)字溫度傳感器：數(shù)字溫度傳感器是基于硅的溫度感應(yīng)IC，可通過數(shù)字表示所測(cè)量的溫度來提供準(zhǔn)確的輸出。與涉及外部信號(hào)調(diào)理和模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）的方法相比，這簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

　　溫濕度傳感器：溫濕度傳感器將溫度傳感器和濕度傳感器組合，再歸因于測(cè)量的數(shù)字信號(hào)輸出。通過利用該技術(shù)和溫度以及有限的數(shù)字信號(hào)采集濕度感測(cè)技術(shù)，可確保高度一致性和出色的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

　　溫度傳感器的應(yīng)用：連續(xù)測(cè)量空氣，土壤或水中的溫度；用于復(fù)雜工業(yè)應(yīng)用中的測(cè)量；用于在惡劣的工作條件下進(jìn)行測(cè)量。

　　3、MEMS傳感器（微機(jī)電系統(tǒng)）

　　MEMS工業(yè)自動(dòng)化傳感器將測(cè)量的機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。

　　工業(yè)自動(dòng)化中使用的重要傳感器是加速度和運(yùn)動(dòng)MEMS.

　　加速度傳感器：微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）加速度傳感器是主要的慣性傳感器之一。并且具有動(dòng)態(tài)傳感器能力，具有更大范圍的傳感能力。

　　運(yùn)動(dòng)傳感器：微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）運(yùn)動(dòng)傳感器使用在運(yùn)動(dòng)交互平臺(tái)上設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)處理算法，該平臺(tái)將眾多低成本MEMS運(yùn)動(dòng)傳感器與ZigBee無線技術(shù)集成在一起，可在與機(jī)器一起工作時(shí)進(jìn)行個(gè)性化交互。傳感器信號(hào)處理系統(tǒng)主要解決噪聲消除，信號(hào)平滑，重力影響分區(qū)，坐標(biāo)系變更和位置信息恢復(fù)等問題，廣泛用于汽車工業(yè)的ABS技術(shù)。

　　MEMS傳感器的應(yīng)用：

　　MEMS傳感器應(yīng)用范圍廣泛，從工業(yè)，娛樂，體育到教育。例如，觸發(fā)安全氣囊展開或監(jiān)視核反應(yīng)堆。以及用于測(cè)量靜態(tài)加速度（重力），物體傾斜，飛機(jī)中的動(dòng)態(tài)加速度，對(duì)汽車中物體的震動(dòng)，還有手機(jī)，洗衣機(jī)或電腦的振動(dòng)。還有用于檢測(cè)運(yùn)動(dòng)等等。

　　4、扭矩傳感器

　　扭矩傳感器具有基本的機(jī)械擋塊，可提高過載能力，并在安裝和操作期間提供額外的保護(hù)。

　　工業(yè)自動(dòng)化中使用的重要傳感器包括旋轉(zhuǎn)扭矩和扭矩傳感器。

　　旋轉(zhuǎn)扭矩傳感器：旋轉(zhuǎn)扭矩工業(yè)自動(dòng)化傳感器用于測(cè)量旋轉(zhuǎn)扭矩的反作用力。這些扭矩計(jì)配有基本的機(jī)械擋塊，可增加剩余容量，并在安裝和操作期間提供額外的安全性。

　　扭矩傳感器：扭矩傳感器利用卓越的應(yīng)變計(jì)技術(shù)，滿足了傳感器靜態(tài)和動(dòng)態(tài)應(yīng)用中最具挑戰(zhàn)性的需求。

　　扭矩傳感器的應(yīng)用：

　　用于測(cè)量旋轉(zhuǎn)速度和維護(hù)必要性；用于測(cè)量質(zhì)量和質(zhì)量慣性矩；從準(zhǔn)靜態(tài)過程的角度來看要計(jì)算的扭矩量；用于測(cè)量最高旋轉(zhuǎn)速度，振蕩扭矩。

　　5、磁性開關(guān)

　　磁性開關(guān)是氣缸用傳感器的一個(gè)專用稱呼，主要應(yīng)用于檢測(cè)氣缸活塞位置。通常，都由氣缸供應(yīng)商根據(jù)客戶使用情況配套提供。

　　顧名思義，磁性開關(guān)是通過電磁感應(yīng)來檢測(cè)目標(biāo)物，所以，其檢測(cè)精度相當(dāng)?shù)汀?/p>

　　氣缸用磁性開關(guān)，可用于設(shè)備提速，氣缸運(yùn)動(dòng)完成，磁性開關(guān)感應(yīng)到，馬上進(jìn)行下一步工作。一個(gè)氣缸一般配備兩個(gè)磁性開關(guān)，當(dāng)然也有配一個(gè)磁性開關(guān)的情況，比如氣缸的一個(gè)動(dòng)作推一個(gè)物件而夾緊物件，對(duì)于這一氣缸來講，推出的是否到位置是重要的，推出的地方要有一個(gè)磁性開關(guān)，但是如果對(duì)于氣缸退回時(shí)是否退到位不是很在意，只要?dú)飧撞皇窃谕瞥龅奈恢眉纯?，則氣缸只需要配備一個(gè)磁性開關(guān)。

　　另外一個(gè)需要特別關(guān)注的地方是氣缸不一定就配置磁性開關(guān)來檢測(cè)位置，如果氣缸本體在比較狹窄的位置，設(shè)置磁性開關(guān)不易于調(diào)節(jié)，則需將感應(yīng)點(diǎn)引出，由槽型開關(guān)來感應(yīng)氣缸的動(dòng)作。

　　6、接近開關(guān)

　　接近開關(guān)也是依據(jù)電磁感應(yīng)的原理設(shè)計(jì)制造的，所以，它只能應(yīng)測(cè)金屬目標(biāo)物，并且不同的金屬感應(yīng)距離略有差距。目前常用的接近開關(guān)檢測(cè)距離大約有如下幾種：1mm、2mm、4mm、8mm、12mm等。

　　接近開關(guān)通常有兩種：埋入型和非埋入型。所謂埋入型就是指接近開關(guān)的感應(yīng)頭不檢測(cè)其圓周方向的金屬目標(biāo)，只檢測(cè)其前方的金屬目標(biāo)，即傳感器感應(yīng)頭可以不露出金屬安裝支架；所謂非埋入型就是指接近開關(guān)感應(yīng)頭既檢測(cè)其前方的金屬目標(biāo)也同時(shí)會(huì)檢測(cè)其圓周方向的金屬目標(biāo)，即傳感器感應(yīng)頭必須露出金屬安裝支架一段距離且圓周方向一定范圍內(nèi)不得有金屬目標(biāo)物以免引起錯(cuò)誤判斷。

　　接近開關(guān)的檢測(cè)精度較磁性開關(guān)高。接近開關(guān)通常用于判斷產(chǎn)品有無、工裝夾具是否到位等對(duì)位置精度要求相對(duì)較低的場(chǎng)合。

　　7、光電傳感器

　　光電檢測(cè)方法具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，而且可測(cè)參數(shù)多，傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，形式靈活多樣，因此，光電式傳感器在檢測(cè)和控制中應(yīng)用非常廣泛。我們通常所說的光電開關(guān)大致有三種：一種是反射式光電傳感器、一種是對(duì)射式光電傳感器、一種是使用反射板反射光朿的光電傳感器。

　　其中后兩種都是通過目標(biāo)物遮光實(shí)現(xiàn)檢測(cè)的，前一種是通過目標(biāo)物反射光線來實(shí)現(xiàn)檢測(cè)功能。所以，通常后兩種檢測(cè)距離更遠(yuǎn)、精度更高。由于光電傳感器具有相當(dāng)高的檢測(cè)精度，所以，通常用于檢測(cè)產(chǎn)品或者機(jī)械手等工件的精確位置以及步進(jìn)、伺服系統(tǒng)的反饋裝置中。

　　由于在自動(dòng)化設(shè)計(jì)中使用最多的是U型光電，在此重點(diǎn)介紹。不同品牌的U型光皆有不同的安裝形式在此不做具體討論。如下圖所示為某公司插件式U型光電，在選用這一種類的U型光電時(shí)需要特別注意的是尾部留出足夠大的空間來供插件的插入，當(dāng)然很多時(shí)候選用電器元件的時(shí)候，這一條均需注意。另外對(duì)于自制的短行程模組在設(shè)計(jì)時(shí)一定要考慮行程范圍內(nèi)是否夠距離設(shè)置3個(gè)U型光電，如果距離不夠可以在模組兩側(cè)均設(shè)計(jì)U型光電。

　　一般一條模組上面會(huì)配備3條U型光電，其中兩個(gè)是模組兩行程終點(diǎn)的極限位光電，中間的一條為模組找原點(diǎn)的U型光電，下面主要說明兩種找原點(diǎn)的方式：

　?。?）光電開關(guān)感應(yīng)到感應(yīng)片，電機(jī)繼續(xù)運(yùn)動(dòng)在電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周內(nèi)找到程序設(shè)置的一個(gè)原點(diǎn)作為模組的原點(diǎn)，這種方式定位精度高，主要影響精度的因素絲桿，電機(jī)本身，聯(lián)軸器等，主要受模組本身的一些參數(shù)影響，定位精度高，能達(dá)到0.01mm；

　?。?）光電開關(guān)感應(yīng)到感應(yīng)片之后，電機(jī)開始剎車制動(dòng)直到整個(gè)系統(tǒng)停下作為模組的原點(diǎn)，此方式的精度會(huì)受到溫度，光照條件，光電開關(guān)響應(yīng)速度等影響，定位精度較低，一般在0.05-0.1mm左右。

　　8、光纖傳感器

　　光纖傳感器也是一種應(yīng)用光電信號(hào)轉(zhuǎn)換的檢測(cè)元件。光纖傳感器一般需要光纖放大器配合使用，價(jià)格上來說稍微貴一點(diǎn)，但是就性質(zhì)上來說，比之前提到的光電和接近傳感器有本質(zhì)的區(qū)別，它可以進(jìn)行質(zhì)的測(cè)量，怎么說呢？也就是說他可以定量的進(jìn)行檢測(cè)，如可以測(cè)量距離多少毫米。

　　相比較于光電開關(guān)而言，光纖傳感器通常能檢測(cè)更小的目標(biāo)物、檢測(cè)距離更遠(yuǎn)、精度更高。所以，光纖傳感器通常應(yīng)用于更為精準(zhǔn)的檢測(cè)場(chǎng)合和步進(jìn)、伺服系統(tǒng)的定位反饋裝置中。

　　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(cè)參數(shù)的相互作用，使光的光學(xué)性質(zhì)如光的強(qiáng)度、波長(zhǎng)、頻率、相位、偏振態(tài)等發(fā)生變化，成為被調(diào)制的光信號(hào)，再經(jīng)過光纖送入光電器件、經(jīng)解調(diào)器后獲得被測(cè)參數(shù)。整個(gè)過程中，光束經(jīng)由光纖導(dǎo)入，通過調(diào)制器后再射出，其中光纖的作用首先是傳輸光束，其次是起到光調(diào)制器的作用。

　　光纖傳感器設(shè)計(jì)時(shí)要考慮光纖頭的防撞問題，一般設(shè)計(jì)保護(hù)光纖頭的支架。另外不管是對(duì)射光電還是對(duì)射光纖受周圍環(huán)境影響相對(duì)于普通反射光纖而言要小，在設(shè)計(jì)時(shí)需要重點(diǎn)考慮。

　　9、位移傳感器

　　顧名思義，即是檢測(cè)目標(biāo)物位置變化的傳感器。

　　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，傳感器的作用是把各種被測(cè)物理量轉(zhuǎn)換為電量。

　　在生產(chǎn)過程中，位移的測(cè)量一般分為測(cè)量實(shí)物尺寸和機(jī)械位移兩種。按被測(cè)變量變換的形式不同，位移傳感器可分為模擬式和數(shù)字式兩種。

　　模擬式又可分為物性型和結(jié)構(gòu)型兩種。常用位移傳感器以模擬式結(jié)構(gòu)型居多，包括電位器式位移傳感器、電感式位移傳感器、自整角機(jī)、電容式位移傳感器、電渦流式位移傳感器、霍爾式位移傳感器等。

　　數(shù)字式位移傳感器的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是便于將信號(hào)直接送入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。這種傳感器發(fā)展迅速，應(yīng)用日益廣泛。

　　10、光柵

　　光柵也是一種利用光電信號(hào)的傳感器。光柵檢測(cè)區(qū)域大，所以通常也稱區(qū)域傳感器。光柵通常最主要的應(yīng)用領(lǐng)域是設(shè)備之間的互鎖和安全作用，特別是應(yīng)用于對(duì)人的保護(hù)上比較多，常用于沖壓機(jī)械、剪切設(shè)備、金屬切削設(shè)備、自動(dòng)化裝配線、自動(dòng)化焊接線、機(jī)械傳送搬運(yùn)設(shè)備等。

　　11、激光檢測(cè)儀

　　激光檢測(cè)儀最主要的功能是精確地測(cè)量目標(biāo)物的外形尺寸。

　　12、工業(yè)照相機(jī)

　　工業(yè)照相機(jī)在工程上也通常稱為CCD（Charge-coupledDevice），它主要應(yīng)用于檢測(cè)目標(biāo)物的外形和位置。隨著目前CCD技術(shù)的提高，高分辨率的工業(yè)相機(jī)已經(jīng)可以應(yīng)用于精確測(cè)量領(lǐng)域。

　　13、編碼器

　　按照工作原理編碼器可分為增量式和絕對(duì)式兩類。增量式編碼器是將位移轉(zhuǎn)換成周期性的電信號(hào)，再把這個(gè)電信號(hào)轉(zhuǎn)變成計(jì)數(shù)脈沖，用脈沖的個(gè)數(shù)表示位移的大小。絕對(duì)式編碼器的每一個(gè)位置復(fù)應(yīng)一個(gè)確定的數(shù)字碼，因此它的示值只與測(cè)量的起始和終止位置有關(guān)，而與測(cè)量的中間過程無關(guān)。編碼器通常與步進(jìn)電機(jī)或者伺服電機(jī)配使用構(gòu)成閉環(huán)或者半閉環(huán)的控制系統(tǒng)。

　　14、微動(dòng)開關(guān)

　　微動(dòng)開關(guān)是一種接觸式傳感器，目前主要應(yīng)用于設(shè)備之間的連接或者設(shè)備的安全防護(hù)門狀態(tài)的檢測(cè)。

　　15、智能傳感器

　　最后一種傳感器也可能是未來自動(dòng)化工業(yè)中最重要的一種——智能傳感器。

　　新一代高級(jí)智能傳感器將成為工業(yè)自動(dòng)化的心臟。“智能工廠”是指在數(shù)字化工廠的基礎(chǔ)上，利用物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)和設(shè)備監(jiān)控技術(shù)加強(qiáng)信息管理和服務(wù)，清楚掌握產(chǎn)銷流程、提高生產(chǎn)過程的可控性、減少生產(chǎn)線上人工的干預(yù)、及時(shí)正確地采集生產(chǎn)線數(shù)據(jù)，以及合理的生產(chǎn)計(jì)畫編排與生產(chǎn)進(jìn)度。智能工廠可實(shí)現(xiàn)的技術(shù)包括無線感測(cè)、控制系統(tǒng)網(wǎng)路化和工業(yè)通信無線化等稱重傳感器。

　　對(duì)某些產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)（例如，黏度、硬度、表面光潔度、成分、顏色及味道等）進(jìn)行快速直接測(cè)量并在線控制。而融合智能技術(shù)的傳感器將可以很好地解決上述問題。

　　目前，工業(yè)生產(chǎn)的確在大規(guī)模向自動(dòng)化方向轉(zhuǎn)變，但隨著物聯(lián)網(wǎng)及云平臺(tái)應(yīng)用的不斷投放商用化，工業(yè)領(lǐng)域的自動(dòng)化發(fā)展有向更高層次升級(jí)的趨勢(shì)，即智能化生產(chǎn)。
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