工业自动化领域的“电五官”解析与梳理

 

     在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，传感器几乎必不可少。它是设备的机械系统和控制系统连结的纽带，机械系统通过传感器将运动参数以及运行状态反馈给控制系统，控制系统通过传感器反馈的信号和数据发出指令驱动机械系统，其重要性不言而喻。

 

        传感器是人类五官的延伸，又称之为电五官。设备控制系统需要通过它来确定：机构的位置、产品的有无、以及产品的精度等重要参数以监测和控制设备的使用状态和产品的生产过程。具体来讲，工业生产者需要使用各种传感器来监视、控制生产过程中的各个参数，使设备处于正常状态，如果出现故障也能被及时发现。

 

 

        本文主要梳理了工业自动化领域五种常见的工业传感器类型。

 

        一、光电传感器

 

        光电传感器是将光信号转换为电信号的一种器件。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。根据光电效应现象的不同将光电效应分为三类：外光电效应、内光电效应及光生伏特效应。光电器件有光电管、光电倍增管、光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光电池等。

 

        光电传感器拥有分辨率高、响应时间短、检测距离长、对检测物体的限制少等特点。尤其值得一提的是，它可实现颜色判别。通过检测物体形成的光的反射率和吸收率根据被投光的光线波长和检测物体的颜色组合而有所差异。利用这种性质，可对检测物体的颜色进行检测。

 

        二、接近传感器

 

        接近传感器能以非接触式进行传感检测，所以不会进行磨损以及伤害检测对象，更无火花、噪音。由于是无接触的输出方式，所以使用寿命长，几乎对接点的寿命没有任何的影响。接近传感器与其他检测方式不同的是，它适合和在水油环境下使用，检测时几乎不受检测对象的污渍和水油的影响。

 

        其中，接近式传感器本身只能近距离且无接触检测金属物体。测距改变式弹力杆装置最大的特点是可以使触点的感应范围范围过载。弹簧加载活塞、探针、按钮，一般是用来接触产品然后检测产品是否到位、定位准确以及核实被测产品。

 

 

        利用光纤研制光纤传感器始于1977年，该技术一问世即引起人们的极大兴趣，目前光纤传感器已经得到迅猛发展。因为光纤本身是电介质，而且敏感元件也可用电介质材料制作，因此光纤传感器具有良好的电绝缘性，光纤表面能承受80kV／20cm电压，尤其适用于高压的供电系统以及大容量电机的测试，可以用于高压、电气噪声、高温、腐蚀、或其它的恶劣环境，而且具有与光纤遥测技术的内在相容性。

 

        利用光纤能构成种类繁多的传感器，故有人称光纤传感器是万能传感器。它可测量许多物理量，应用范围遍布军事、商业、民用、医学、工业控制等各个领域。需要明确的一点是，传统传感器是以机－电测量为基础，而光纤传感器则以光学测量为基础。

 

 

        位移传感器是把物体的运动位移转换成可测量的电学量一种装置。通常用于把不便于定量检测和处理的形变、振动、位移、位置、尺寸等物理量转换为易于定量检测、便于作信息传输与处理的电学量。

 

        位移传感器种类繁多，近几年应用领域不断扩大，越来越多的创新技术也开始被运用到传感器中。例如，基于光纤技术、时栅技术、OEM的LVDT技术、超声波技术、磁致伸缩技术等，由于技术的进步，各种传感器性能大幅提高，成本也显著降低。

 

 

        旋转霍尔效应传感器一般不使用任何运动部件，这种基于半导体的传感器将霍尔效应传感元件与电路相结合，以提供与旋转磁场变化相对应的模拟输出信号。有两个输出选项可供选择，即模拟或脉冲宽度调制（PWM）。

 

        其中，线性霍尔效应传感器测量磁场的线性运动，而不是旋转。据悉，该传感器可针对设定的输出电压进行编程，该输出电压对于给定的行进距离是成比例的。截至目前，霍尔传感器的相关技术仍在不断进步过程之中，可编程霍尔传感器、智能霍尔元件和微型霍尔传感器将具有良好的市场前景。

 

 

        新技术革命的到来，世界开始进入信息时代。在利用信息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。

 

        在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。

 

        传感器具有微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化等特点，它不仅促进了传统产业的改造和更新换代，而且还可能建立新型工业，从而成为21世纪新的经济增长点。

 

        未来几年，随着智能制造的加速推进，智能传感、监控、生产、监测系统、技术、设备市场需求有望进一步攀升。其中，在常见的汽车电子、通信电子、消费电子、专用电子设备内，将搭载不同类型的传感器。
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