眾所周知，在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的各種應(yīng)用中，傳感器是一個(gè)極其重要的組成部分。他們?cè)诤艽蟪潭壬蠈?duì)特定過(guò)程的正確性和最終產(chǎn)品的質(zhì)量負(fù)責(zé)。隨著自動(dòng)化系統(tǒng)、基于物聯(lián)網(wǎng)的解決方案和第四次工業(yè)革命的發(fā)展，他們的作用將更加增長(zhǎng)。傳感器制造商已經(jīng)面臨著市場(chǎng)對(duì)其設(shè)計(jì)和功能越來(lái)越多的要求。

工業(yè)自動(dòng)化中的傳感器負(fù)責(zé)各種測(cè)量任務(wù)。這些最常見(jiàn)的是與特定物體的檢測(cè)、它們的位置或運(yùn)動(dòng)有關(guān)，以及與它們的個(gè)別特征或操作參數(shù)有關(guān)。在這個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域中，最常用的傳感器是接近和光學(xué)傳感器。它們通常是機(jī)器或整個(gè)生產(chǎn)線的一個(gè)組成部分，也是負(fù)責(zé)控制單個(gè)過(guò)程或安全系統(tǒng)的系統(tǒng)。

在這種情況下，傳感器，也被稱為檢測(cè)器或儀表，被定義為測(cè)量系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，用于測(cè)量實(shí)際值并傳輸測(cè)量結(jié)果，以便進(jìn)一步處理和分析。傳感器本身位于一個(gè)特定的數(shù)據(jù)收集點(diǎn)上。因此，它構(gòu)成了數(shù)據(jù)處理和外部世界之間的接口。

接近傳感器及其類型

盡管工業(yè)傳感器是一個(gè)非常有容量的設(shè)備組，可以在各種工業(yè)應(yīng)用中找到，但當(dāng)涉及到工業(yè)自動(dòng)化時(shí)，接近傳感器無(wú)疑是最重要的。毫無(wú)疑問(wèn)，可以說(shuō)它們是各種工業(yè)應(yīng)用中最常見(jiàn)的，同時(shí)，它們?nèi)缃裆踔潦亲詣?dòng)化和生產(chǎn)控制系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。

這組傳感器的主要任務(wù)包括檢測(cè)和示意物體的存在，并在不接觸的情況下記錄其基本特征。接近傳感器也是一個(gè)相當(dāng)廣泛的類別。在這組設(shè)備中，主要有電感式、電容式、磁力式、光電式、超聲波式、雷達(dá)式、熱式和反射式傳感器。

最廣泛的一組接近傳感器是電感式傳感器，自20世紀(jì)60年代以來(lái)已被成功使用。它們是涉及檢測(cè)金屬工件（任何種類）的理想任務(wù)。它們對(duì)進(jìn)入傳感器區(qū)域的金屬有反應(yīng)。它們主要用于控制與受控設(shè)備相關(guān)的機(jī)制的位置、位移和運(yùn)動(dòng)。它們的主要優(yōu)點(diǎn)包括操作的高精度和可靠性，以及相對(duì)較長(zhǎng)的使用壽命和對(duì)惡劣條件的抵抗力。

感應(yīng)式傳感器的工作原理是基于監(jiān)測(cè)傳感器所產(chǎn)生的磁場(chǎng)。這些變化是一個(gè)由金屬制成的物體出現(xiàn)在傳感器的檢測(cè)領(lǐng)域的結(jié)果，即事實(shí)上靠近傳感器面。傳感器的范圍（所謂的工作區(qū)）取決于其中使用的傳感元件，即線圈的大小。通常情況下，它的大小與傳感器的尺寸成正比，或者更具體地說(shuō)，與它的長(zhǎng)度成正比。

另一種不太常見(jiàn)的接近傳感器類型是電容式傳感器。這種類型的傳感器還可以檢測(cè)到隱藏的物體，例如在罐子、容器或掩體后面。這是因?yàn)樗峭ㄟ^(guò)測(cè)量被調(diào)查物體和傳感器之間的電容變化來(lái)工作的。因此，它們也可以用來(lái)控制儲(chǔ)罐的填充水平和介質(zhì)供應(yīng)。

這組傳感器的優(yōu)點(diǎn)還包括能夠?qū)Σ煌牧现瞥傻奈矬w進(jìn)行檢測(cè)，而不僅僅是金屬部件。電容式傳感器還能檢測(cè)到木質(zhì)、玻璃或塑料部件以及液體。他們能夠記錄生產(chǎn)過(guò)程和最終檢查中的狀態(tài)。另一個(gè)重要的優(yōu)勢(shì)是它們對(duì)環(huán)境中的污染物（如灰塵或氣溶膠）和電磁影響的高抗干擾性。由于這些特性，電容式傳感器被各行各業(yè)的公司所使用，包括食品和飲料、化學(xué)品和倉(cāng)儲(chǔ)等等。

接近性光電傳感器

特別是光學(xué)傳感器，或者更準(zhǔn)確地說(shuō)是光電傳感器，因?yàn)樗鼈円脖环Q為，最近已經(jīng)變得越來(lái)越流行。由于這些設(shè)備使用的技術(shù)不斷發(fā)展，它們實(shí)現(xiàn)了非常好的技術(shù)性能。這使得它甚至可以測(cè)量非常小的工件和它們的最小位移。這些傳感器的優(yōu)點(diǎn)還包括測(cè)量速度和非常長(zhǎng)的工作范圍。這些特點(diǎn)意味著近距離光電傳感器正日益取代電容式或電感式傳感器的市場(chǎng)地位。此外，在某些應(yīng)用中，它們甚至是不可替代的。

光電傳感器使用電子光檢測(cè)器和光束發(fā)射器來(lái)檢測(cè)規(guī)定區(qū)域內(nèi)物體的存在。這種類型的傳感器的工作原理不是像電感式傳感器那樣基于場(chǎng)的變化，而是基于能量傳輸。

由于光電傳感器的工作機(jī)制可以有相當(dāng)大的不同，所以這種類型的傳感器有幾個(gè)類別：反射式、反光式、屏障式（面積傳感器）、光纖式、發(fā)光式、狹縫式和模擬式。它們主要用于測(cè)量生產(chǎn)線上的物體和移動(dòng)部件，如機(jī)械手、機(jī)器人、碼垛機(jī)和各種移動(dòng)機(jī)器部件。光電傳感器還可用于計(jì)算和確定物體的位置、尺寸和其他物理特征，以及確定散裝材料和液體的水平。

傳感器的新設(shè)計(jì)和新任務(wù)

被各行業(yè)的公司普遍使用，接近傳感器只代表了工業(yè)解決方案中使用的傳感器的一小部分。第四次工業(yè)革命正在催生出越來(lái)越多的新的傳感器類型和設(shè)計(jì)。通常，他們必須滿足公司因物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)4.0帶來(lái)的解決方案而對(duì)他們提出的全新要求。

可以說(shuō)，傳感器系統(tǒng)今天是智能工廠解決方案的核心要素之一。緊湊型傳感器設(shè)計(jì)安裝在機(jī)器上，但也安裝在制成品上。通過(guò)這種方式，它們可以更好地組織和監(jiān)控生產(chǎn)過(guò)程。

所有傳統(tǒng)的工業(yè)傳感器的工作原理基本相似：它們記錄物理參數(shù)并將其傳輸給機(jī)器控制系統(tǒng)。然而，工業(yè)4.0給傳感器帶來(lái)了額外的任務(wù)。傳感器不僅要收集信息，而且要相互交換信息。然而，只有當(dāng)傳感器配備了適當(dāng)?shù)耐ㄐ沤涌跁r(shí)，這才有可能。

因此，傳感器制造商正在整合處理測(cè)量數(shù)量的芯片，并使大型無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)得以建立。智能傳感器必須配備一個(gè)微處理器或微控制器和一個(gè)能夠進(jìn)行雙向無(wú)線信息交流的通信接口（這里使用各種可用的技術(shù)：GSM、ISM、無(wú)線電或紅外網(wǎng)絡(luò)）。

傳感器尺寸較小，但能力更強(qiáng)

現(xiàn)代傳感器的設(shè)計(jì)也越來(lái)越受到這些設(shè)備的小型化和提高能源效率的廣泛驅(qū)動(dòng)的影響。越來(lái)越多的人認(rèn)為，一個(gè)傳感器應(yīng)盡可能少地占用空間，同時(shí)執(zhí)行越來(lái)越復(fù)雜的功能。雖然這聽(tīng)起來(lái)有點(diǎn)自相矛盾，但這樣的解決方案有更多優(yōu)勢(shì)。這是因?yàn)閭鞲衅鞒叽绲臏p小轉(zhuǎn)化為其重量的減少。因此，這就意味著減少了安裝的整體重量，同時(shí)允許在相同的空間內(nèi)安裝更多的傳感器。

近年來(lái)，MEMS系統(tǒng)也得到了快速發(fā)展，這些設(shè)備將機(jī)械和電子元件結(jié)合在一起，以迷你甚至納米的規(guī)模制造。將電子和機(jī)械部件集成在一個(gè)微型外殼中，意味著減少了材料消耗，減輕了重量，并降低了為其供電所需的能耗。

智能傳感器的供電方式最近也在發(fā)生重大變化。第一步是使用無(wú)線電源，這同時(shí)也有助于消除昂貴和耗費(fèi)空間的布線。

如今，能源采集技術(shù)，即從可自由利用的資源（如陽(yáng)光、風(fēng)能或水能、熱能或生化能，或電磁波或振動(dòng)能）中提取電能，正被越來(lái)越多地使用。這些類型的電源有很多優(yōu)點(diǎn)，不僅與環(huán)境保護(hù)和獲得它們的成本較低有關(guān)。最重要的是，它們還能提供免維護(hù)和安全運(yùn)行。

第四次工業(yè)革命肯定會(huì)以智能傳感器為基礎(chǔ)，除了現(xiàn)有的測(cè)量功能外，還將把機(jī)器和設(shè)備連接到在物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算框架內(nèi)運(yùn)作的網(wǎng)絡(luò)物理網(wǎng)絡(luò)中。因此，為了滿足新的任務(wù)，傳感器的設(shè)計(jì)將必須越來(lái)越復(fù)雜，但又要緊湊和節(jié)能。因此，在傳感器領(lǐng)域可望出現(xiàn)幾乎革命性的變化，因?yàn)樗鼈儽粦?yīng)用于各種工業(yè)自動(dòng)化解決方案。