導讀：傳感器是電子信息裝備制造業(yè)中的基礎(chǔ)類產(chǎn)品，是重點發(fā)展的新型電子元器件中的特種元器件。傳感器產(chǎn)業(yè)作為國內(nèi)外公認的具有發(fā)展前途的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，以其技術(shù)含量高、經(jīng)濟效益好、滲透能力強、市場前景廣等特點為世人矚目。在蓬勃發(fā)展的電子信息產(chǎn)業(yè)市場的推動下，我國傳感器已形成了一定的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，并在技術(shù)創(chuàng)新、自主研發(fā)、成果轉(zhuǎn)化和競爭能力等方面有長足進展，為促進國民經(jīng)濟發(fā)展作出了重要貢獻。

隨著信息時代的到來，傳感器成為人們獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，要用各種傳感器來監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程中的各個參數(shù)，使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或最佳狀態(tài)，并使產(chǎn)品達到最好的質(zhì)量；在基礎(chǔ)學科研究中，傳感器更具有突出的地位。

如今，傳感器早已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開發(fā)、海洋探測、環(huán)境保護、資源調(diào)查、醫(yī)學診斷、生物工程、甚至文物保護等極其廣泛的領(lǐng)域?？梢?，傳感器技術(shù)在發(fā)展經(jīng)濟、推動社會進步方面的重要作用是十分明顯的。統(tǒng)計數(shù)字顯示，全球智能傳感器市場的年營業(yè)收入會以每年10的速度遞增。目前全球安裝有處理器的傳感器設(shè)備數(shù)量為6500萬部，到2019年這一數(shù)字將達到2.8萬億部。

傳感器選型要點

傳感器知識也是一個比較龐大的電氣學科，需要豐富的經(jīng)驗才能熟練的掌握，以后我們還會講解到，那么今天我們主要說下選型。

1、根據(jù)測量對象與輸出條件確定類型

要進行某個具體的測量工作，首先要考慮采用何種原理的傳感器，這需要分析多方面的因素之后才能確定。因為，用流量計舉例，有電磁流量計和渦街流量計還有超聲波流量計，我們需要針對具體目標去選擇流量計，除此之外，還需要參考需要使用哪種輸出模式，比如說2線制還是四線制電流信號，0-20ma，4-20ma，0-10v電壓信號或者是某種協(xié)議的通訊。

2、依據(jù)靈敏度的選擇

通常，在傳感器的線性范圍內(nèi)，希望傳感器的靈敏度越高越好。因為只有靈敏度高時，與被測量變化對應(yīng)的輸出信號的值才比較大，有利于信號處理。但要注意的是，傳感器的靈敏度高，與被測量無關(guān)的外界噪聲也容易混入，也會被放大系統(tǒng)放大，影響測量精度。因此，要求傳感器本身應(yīng)具有較高的信噪比，盡量減少從外界引入的干擾信號。

傳感器的靈敏度是有方向性的。當被測量是單向量，而且對其方向性要求較高，則應(yīng)選擇其它方向靈敏度小的傳感器;如果被測量是多維向量，則要求傳感器的交叉靈敏度越小越好。

3、判斷頻率響應(yīng)特性

傳感器的頻率響應(yīng)特性決定了被測量的頻率范圍，必須在允許頻率范圍內(nèi)保持不失真。實際上傳感器的響應(yīng)總有-定延遲，希望延遲時間越短越好。傳感器的頻率響應(yīng)越高，可測的信號頻率范圍就越寬。在動態(tài)測量中，應(yīng)根據(jù)信號的特點(穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)、隨機等)響應(yīng)特性，以免產(chǎn)生過大的誤差。

4、根據(jù)傳感器的穩(wěn)定性

傳感器使用一段時間后，其性能保持不變的能力稱為穩(wěn)定性。影響傳感器長期穩(wěn)定性的因素除傳感器本身結(jié)構(gòu)外，主要是傳感器的使用環(huán)境。因此，要使傳感器具有良好的穩(wěn)定性，傳感器必須要有較強的環(huán)境適應(yīng)能力。在選擇傳感器之前，應(yīng)對其使用環(huán)境進行調(diào)查，并根據(jù)具體的使用環(huán)境選擇合適的傳感器，或采取適當?shù)拇胧?，減小環(huán)境的影響。

5、傳感器的量程和精度是最難以協(xié)調(diào)的一對冤家

精度是傳感器的一個重要的性能指標，它是關(guān)系到整個測量系統(tǒng)測量精度的一個重要環(huán)節(jié)。然而傳感器精度卻受量程的制約，一般量程越大，精度越低，但高精度的傳感器很有可能量程不夠，因此也就導致了高精度大量程的傳感器非常昂貴。所以選擇的時候需要適當調(diào)節(jié)它們的關(guān)系。

在選擇采樣傳感器時，需確保裝置能滿足應(yīng)用的基本運營條件（可參考基于制造商的數(shù)據(jù)手冊）。6個最重要的運行條件包括:

1)溫度范圍；

2) 規(guī)格；

3) 保護等級；

4) 電壓范圍；

5) 離散或模擬輸出；

6) 參數(shù)變化，即“參數(shù)可更改是否有益”？

在考慮使用配置IO-Link鏈路的傳感器時，還有其它6個需要注意的事項:

1) 響應(yīng)速度；

2) 傳感范圍；

3) 重復精度；

4) 電氣連接；

5) 安裝類型；

6) 可視顯示:應(yīng)用是否需要在傳感器上可視化顯示？

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動化生產(chǎn)過程中，要用各種傳感器來監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程中的各個參數(shù)，使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或最佳狀態(tài)，并使產(chǎn)品達到最好的質(zhì)量。因此可以說，沒有眾多的優(yōu)良的傳感器，現(xiàn)代化生產(chǎn)也就失去了基礎(chǔ)。接下來，將詳細介紹制造業(yè)中幾種最常見的傳感器類型，并提供一些應(yīng)用技巧和見解。

最常見的主流傳感器選型分析

接近式傳感器

接近式傳感器可檢測附近區(qū)域物體是否存在，并且無需物理接觸。存在傳感器，是離散輸出設(shè)備。通常情況下，磁性趨近式傳感器通過感應(yīng)位于執(zhí)行器中的磁體，來檢測執(zhí)行器是否到達特定位置。

從一家公司購買執(zhí)行器，而從另一家公司購買磁性趨近式傳感器，通常來說并不是一個好主意。雖然傳感器制造商可能會說，傳感器與X、Y 和Z 執(zhí)行器兼容，但實際情況是磁鐵和安裝位置的變化，可能會導致傳感問題。例如，當磁體未處于正確位置時，傳感器可能會勵磁，或者根本無法勵磁。如果執(zhí)行器制造商提供與執(zhí)行器匹配的趨近式傳感器，那它應(yīng)該是首選的傳感器。

基于晶體管的趨近式傳感器沒有移動部件，使用壽命長?；诨善内吔絺鞲衅鞑捎脵C械觸點，使用壽命要短，但成本要低于晶體管類型?；善瑐鞲衅髯钸m合于需要交流電源的應(yīng)用場合和高溫應(yīng)用場合。

位置傳感器

位置傳感器具有模擬量輸出，根據(jù)執(zhí)行器上磁體的位置指示器來顯示執(zhí)行器的位置。從控制角度來講，位置傳感器提供了很大的靈活性?？刂乒こ處熆梢源_定一系列的設(shè)定值點，與組件變化相匹配 。

由于這些位置傳感器基于磁體 ( 如趨近式傳感器)，因此最好從同一制造商處購買傳感器和執(zhí)行器 ( 如果可能的話)。通過IO-Link 功能，可以獲取位置傳感器的數(shù)據(jù)，這也可以簡化控制，實現(xiàn)參數(shù)化。

電感式傳感器

電感趨近式傳感器使用法拉第感應(yīng)定律，來測量物體的存在或模擬輸出位置。選擇電感式傳感器時，最關(guān)鍵的因素是確定傳感器檢測的金屬類型，從而確定感應(yīng)距離。與黑色金屬相比，有色金屬的傳感范圍要減少50% 以上。傳感器制造商的產(chǎn)品手冊應(yīng)提供樣品選擇所需的信息。

壓力、真空傳感器

確保壓力或真空傳感器，能夠滿足以英制（磅/ 平方英寸）和公制（巴）計量的測量壓力范圍。指定最適合所分配空間的外形尺寸。在設(shè)備安裝時，應(yīng)考慮傳感器是否應(yīng)配置指示燈或顯示屏幕，以方便運行人員使用。如果需要快速更改設(shè)定值，可考慮采用配置了IO-Link 的壓力和真空傳感器。

流量傳感器

與壓力和真空傳感器一樣，流量傳感器可通過流量范圍、尺寸、設(shè)定值的可變性來選擇。在訂購傳感器時，可以指定顯示選項。可以為設(shè)備的某個區(qū)域和整個設(shè)備應(yīng)用，選擇相對較低流速的流量傳感器。

光學傳感器

最常見的光學傳感器是光電散射、反射以及直通光束。激光傳感器和光纖傳感裝置也屬于光學傳感器類型。

光電傳感器大多是存在傳感器光電傳感器通過反射光或阻斷光束，來檢測物體。由于成本低、通用性強、可靠性高，這些傳感器是制造業(yè)中應(yīng)用最廣泛的傳感器之一。漫反射光電傳感器不需要反射器。它是性價比很高的傳感器，用于檢測附近物體的存在。

直通光束光電傳感器可以提供最長的傳感范圍，這種傳感器分別在兩個點安裝發(fā)射單元和接收單元。車庫門安全傳感器就是光束傳感器。當光束中斷時，表示目標存在。槽型光電傳感器，是一種有趣的直通光束變體；它將一個發(fā)射器和接收機，安裝在同一個緊湊的單元上。槽型光傳感器，用于檢測小部件的存在和缺失。

反射式光電傳感器具有傳感器和反射器，用于中距離存在感測。從精確度和成本上來說，這是介于漫反射和直通光束之間的傳感器。

光纖傳感裝置用于存在和距離傳感。這些多功能傳感器上的參數(shù)可以進行調(diào)整，以檢測各種顏色、背景和距離范圍。

激光傳感器可用于長距離存在感測，其在短距離測量應(yīng)用中是最精確的。

視覺傳感器可用于條碼讀取、計數(shù)、形狀驗證等。視覺傳感器是一種經(jīng)濟高效的視覺應(yīng)用，在使用相機系統(tǒng)成本較高而且比較復雜的場合，可以使用視覺傳感器。視覺傳感器用于條碼讀取，跟蹤單個組件，并執(zhí)行為該組件匹配的工藝過程。傳感器可以驗證部件上存在的功能數(shù)量。視覺傳感器可以確定是否已達到指定的曲線或其它形狀。由于這些傳感器需要處理光線，因此在環(huán)境光和背景反射率方面，盡可能接近運行環(huán)境的場合下，對傳感器進行測試至關(guān)重要。在大多數(shù)應(yīng)用中，建議將視覺傳感器放置在外殼內(nèi)，使其與外部光源隔離開來。在傳感器測試中，尋求視覺傳感器制造商的幫助是一個好主意。此外，別忘了確保選擇合適的現(xiàn)場總線。

信號轉(zhuǎn)換器，將從傳感器的模擬輸出信號轉(zhuǎn)變?yōu)樾盘栟D(zhuǎn)換器上的開關(guān)量，另一種選擇是轉(zhuǎn)換為IO-Link 過程數(shù)據(jù)。

其它傳感器選型分析

1.磁性開關(guān)：它是氣缸用傳感器的一個專用稱呼，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)來檢測目標物，所以，其檢測精度相當?shù)汀?/p>

2.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)計制造的，所以，它只能應(yīng)測金屬目標物，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，只檢測其前方的金屬目標，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也同時會檢測其圓周方向的金屬目標，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)不得有金屬目標物以免引起錯誤判斷。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位置精度要求相對較低的場合。

3.光電開關(guān)：光電檢測方法具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點，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、一種是對射式光電傳感器、一種是使用反射板反射光束的光電傳感器。其中后兩種都是通過目標物遮光實現(xiàn)檢測的，前一種是通過目標物反射光線來實現(xiàn)檢測功能。所以，通常后兩種檢測距離更遠、精度更高。由于光電傳感器具有相當高的檢測精度，所以，通常用于檢測產(chǎn)品或者機械手等工件的精確位置以及步進、伺服系統(tǒng)的反饋裝置中。

4.光纖傳感器：光纖傳感器也是一種應(yīng)用光電信號轉(zhuǎn)換的檢測元件，相比較于光電開關(guān)而言，它通常能檢測更小的目標物、檢測距離更遠、精度更高。所以，光纖傳感器通常應(yīng)用于更為精準的檢測場合和步進、伺服系統(tǒng)的定位反饋裝置中。

5.光柵：光柵也是一種利用光電信號的傳感器。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)用于對人的保護上比較多。

6.電熱偶：電熱偶主要是用于檢測其周圍的環(huán)境溫度。

7.激光檢測儀：激光檢測儀最主要的功能是精確地測量目標物的外形尺寸。

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

9.編碼器：按照工作原理編碼器可分為增量式和絕對式兩類。增量式編碼器是將位移轉(zhuǎn)換成周期性的電信號，再把這個電信號轉(zhuǎn)變成計數(shù)脈沖，用脈沖的個數(shù)表示位移的大小。絕對式編碼器的每一個位置府應(yīng)一個確定的數(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)。編碼器通常與步進電機或者伺服電機配使用構(gòu)成閉環(huán)或者半閉環(huán)的控制系統(tǒng)。

10.微動開關(guān)：微動開關(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)備的安全防護門狀態(tài)的檢測。

小結(jié)

回顧我國的敏感元件與傳感器行業(yè)發(fā)展，雖然迅速，但是也存在一些不足，如產(chǎn)品技術(shù)水平偏低、產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)薄弱、產(chǎn)品種類欠缺、企業(yè)研發(fā)能力弱。因此，國家正在陸續(xù)制定有利于傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策。另外，新興技術(shù)的不斷出現(xiàn)，也成為傳感器行業(yè)發(fā)展的利好因素。隨著應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)、低碳經(jīng)濟等領(lǐng)域的新型傳感器的研發(fā)和應(yīng)用，傳感器產(chǎn)業(yè)將在電子元器件行業(yè)中占據(jù)更為重要的地位，發(fā)揮更大的作用。

參考內(nèi)容源：必優(yōu)傳感網(wǎng)、控制工程中文版