一文读懂！工业传感器的分类及特点

　　当下工业的发展，离不开众多感知技术的加持，其中最为关键的技术之一便是传感器。

　　在工业制造场景中，传感器凭借传感技术和智能互连设备建立起信息传递网络，为生产制造提供了必不可少的信息传递，让各种装备有了“眼睛”，有了“感知”，有了“互动”，支撑起装备更加高效、精确、安全、稳定、灵活地运行和作业。

　　换句话说，工业传感器让自动化智能设备有了感知能力，可以优化工业生产管理、提高工业生产效率、提升智能化生产水平。

　　那么，工业传感器究竟有何应用?不同的传感器又有何特点?我们一起来看~

　　一、工业传感器的应用

　　传感器基本定义是探测器，是一种电子设备，用于检测各种类别的信号，并将信号传递给其他电气控制设备。

　　换一种说法，传感器是一种能将能量从一种形式转换到另一种形式的电子装置，它主要是通过距离、温度、湿度等来识别气体的物理量、热量等，然后以电信号的形式向连接的控制系统提供输出。

　　例如，在自动化系统中，传感器是向可编程逻辑控制器(plc)传递信号，从而参与控制。

　　在日常生活应用、商业和工业设备、教育工程中，不同类型的传感器都有着特定的作用。

　　其中，工业传感器泛指在工业制造过程能将感受的力、热、光、磁、声、湿、电、环境等被测量转换成电信号输出的器件与装置，适用于各种工业场景，如能源、石油、化工、冶金、电力、机械制造、汽车等工业制造过程。

　　工业传感器是一类涉及多学科基础技术融合的工业产品，具有技术密集、多品种、小批量、使用灵活及应用分布广泛的典型特征。

　　二、传感器的种类与特点

　　同时，工业传感器由于不同的特性也被分为多种不同的类别，主要如下：

　　温湿度传感器

　　温湿度传感器是一种装有湿敏和热敏元件，能够用来测量温度和湿度的传感器。

　　温湿度传感器将温度和湿度信号采集出来，经过稳压滤波、运算放大、非线性校正、V/I转换、恒流及反向保护等电路处理后，转换成与温度和湿度成线性关系的电流信号或电压信号输出。

　　光电传感器

　　光电传感器是将光信号转换为电信号的一种设备。其工作原理基于光电效应，光电效应是指光照射在某些物质上时，物质的电子吸收光子的能量而发生了相应的电效应现象。

　　可用于检测直接引起光量变化的非电物理量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等；也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度，以及物体的形状、工作状态的识别等。

　　压力传感器

　　压力传感器是工业实践中常用的一种传感器，是能感受压力信号，并能按照一定的规律将压力信号转换成可用的输出的电信号的器件或装置。

　　广泛应用于水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等行业中。

　　霍尔传感器

　　霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器，广泛应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。

　　霍尔效应是研究半导体材料性能的基本方法。通过霍尔效应实验测定的霍尔系数，能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数。

　　接近传感器

　　接近传感器，是代替限位开关等接触式检测方式，以无需接触检测对象就能进行检测的传感器总称，能将检测对象的移动信息和存在信息转换为电气信号。

　　接近传感器是一种具有感知物体接近能力的器件，它利用位移传感器对接近的物体具有敏感特性来识别物体的接近，并输出相应开关信号，因此，接近传感器又称为接近开关。

　　MEMS传感器

　　MEMS传感器即微机电系统，是在微电子技术基础上发展起来的多学科交叉的前沿研究领域，涉及电子、机械、材料、物理学、化学、生物学、医学等多种学科与技术。

　　目前在太空卫星、运载火箭、航空航天设备、飞机、汽车、生物医学及消费电子产品等领域中得到了广泛的应用。

　　扭矩传感器

　　扭矩传感器，又称力矩传感器、扭力传感器、转矩传感器、扭矩仪。采用应变片电测技术 ，在弹性轴上组成应变桥，向应变桥提供电源即可测得该弹性轴受扭的电信号。

　　通过对各种旋转或非旋转机械部件上对扭转力矩感知的检测。该传感器可以准确测量各种扭力、转速及机械功率。

　　光纤传感器

　　光纤传感器是一种将被测对象的状态转变为可测的光信号的传感器。

　　光纤传感器的工作原理是将光源入射的光束经由光纤送入调制器，在调制器内与外界被测参数的相互作用，使光的光学性质如光的强度、波长、频率、相位、偏振态等发生变化，成为被调制的光信号，再经过光纤送入光电器件、经解调器后获得被测参数。

　　位移传感器

　　位移传感器又称为线性传感器，是一种属于金属感应的线性器件，位移传感器的作用是把各种被测物理量转换为电量。该感器的应用范围相当广泛，常用在工业自动化或者建筑桥梁等方面。

　　磁性传感器

　　磁性材料在感受到外界的热、光、压力、放射线等之后，其磁特性会改变。利用这种物质可以做成各种可靠性好，灵敏度高的传感器，这类传感器是利用磁性材料作为其敏感元件，故称磁性传感器。

　　集成的传感器

　　集成的传感器可直接提供作用在驱动轴上的实时、高精度扭矩测量数据。

　　通过这些数据可以得出关于驱动轴及其周围部件状况的可靠结论，为用户提供精确的测量结果。

　　IO-Link传感器

　　无论过去还是现在，许多情况下，工业传感器都采用模拟形态，其中包含检测元件和将检测数据传输至控制器的某种方式。数据采用单向模拟方式进行传输。之后出现了可提供数字开/关信号的二进制传感器，包含电感、电容、超声波、光电等检测元件，以及半导体开关元件。其输出可能是：高端(HS)开关(PNP)或低端(LS)开关(NPN)，或者是推挽式(PP)。但数据仍然受到限制，只能从传感器单向传输至主机，不提供纠错控制，仍然需要现场技术人员来执行手动校准等任务。因此，业界亟需一种更好的解决方案来满足“工业4.0”、智能传感器和可重新配置的厂区部署等需求。

　　传统数据传输过程

IO-Link数字化传输过程

　　时下获得公认的解决方案是IO-Link协议，一种相对较新的工业传感器标准，目前已呈现出迅速增长态势。

　　IO-Link是一种标准化技术(IEC 61131-9)，规定工业系统中的传感器和执行器如何与控制器交互。

　　作为一种点对点通信链接，IO-Link采用标准连接器、电缆和协议。IO-Link系统设计用于工业标准3线传感器和执行器基础设施，由IO-Link主机和IO-Link器件产品组成。

　　IO-Link通信在一个主机和一个器件(传感器或执行器)之间进行。通信采用二进制(半双工)形式，使用非屏蔽电缆时，通信距离限制在20米内。进行通信需要使用三线式接口(L+、C/Q和L-)。在IO-Link系统中，主机的供电范围为20V至30V，器件(传感器或执行器)的供电范围为18至30V。