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,，分析,，測量和處理各種變化，例如在工業(yè)生產(chǎn)場所發(fā)生的位置,，長度,，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。
以下是自動(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,。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)行有效測量。
壓力傳感器的應(yīng)用：用于在給定位置測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，可以檢測溫度或熱量,，并且可以測量介質(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)采集濕度感測技術(shù),，可確保高度一致性和出色的長期穩(wěn)定性,。
溫度傳感器的應(yīng)用：連續(xù)測量空氣，土壤或水中的溫度;用于復(fù)雜工業(yè)應(yīng)用中的測量;用于在惡劣的工作條件下進(jìn)行測量,。
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：
用于測量旋轉(zhuǎn)速度和維護(hù)必要性;用于測量質(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)來檢測目標(biāo)物,，所以,，其檢測精度相當(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桑瑒t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)頭不檢測其圓周方向的金屬目標(biāo)，只檢測其前方的金屬目標(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)頭既檢測其前方的金屬目標(biāo)也同時(shí)會(huì)檢測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)較低的場合。
7,、光電傳感器
光電檢測方法具有精度高,、反應(yīng)快,、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，而且可測參數(shù)多,，傳感器的結(jié)構(gòu)簡單,，形式靈活多樣，因此,，光電式傳感器在檢測和控制中應(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)檢測的，前一種是通過目標(biāo)物反射光線來實(shí)現(xiàn)檢測功能,。所以，通常后兩種檢測距離更遠(yuǎn),、精度更高,。由于光電傳感器具有相當(dāng)高的檢測精度，所以,，通常用于檢測產(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：
(1)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;
(2)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)的測量，怎么說呢?也就是說他可以定量的進(jìn)行檢測,，如可以測量距離多少毫米,。
相比較于光電開關(guān)而言，光纖傳感器通常能檢測更小的目標(biāo)物,、檢測距離更遠(yuǎn),、精度更高。所以,，光纖傳感器通常應(yīng)用于更為精準(zhǔn)的檢測場合和步進(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,、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物理量轉(zhuǎn)換為電量。
在生產(chǎn)過程中,，位移的測量一般分為測量實(shí)物尺寸和機(jī)械位移兩種,。按被測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,、激光檢測儀
激光檢測儀最主要的功能是精確地測量目標(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)位置府應(yīng)一個(gè)確定的數(shù)字碼，因此它的示值只與測量的起始和終止位置有關(guān),，而與測量的中間過程無關(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。
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?！爸悄芄S”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)、即時(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、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)行快速直接測量并在線控制,。而融合智能技術(shù)的傳感器將可以很好的解決上述問題,。
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，即智能化生產(chǎn)