眾所周知，在工業(yè)自動化領(lǐng)域的各種應(yīng)用中，傳感器是一個極其重要的組成部分。他們在很大程度上對特定過程的正確性和最終產(chǎn)品的質(zhì)量負責(zé)。隨著自動化系統(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。傳感器制造商已經(jīng)面臨著市場對其設(shè)計和功能越來越多的要求。

工業(yè)自動化中的傳感器負責(zé)各種測量任務(wù)。這些最常見的是與特定物體的檢測、它們的位置或運動有關(guān)，以及與它們的個別特征或操作參數(shù)有關(guān)。在這個應(yīng)用領(lǐng)域中，最常用的傳感器是接近和光學(xué)傳感器。它們通常是機器或整個生產(chǎn)線的一個組成部分，也是負責(zé)控制單個過程或安全系統(tǒng)的系統(tǒng)。

在這種情況下，傳感器，也被稱為檢測器或儀表，被定義為測量系統(tǒng)的一個組成部分，用于測量實際值并傳輸測量結(jié)果，以便進一步處理和分析。傳感器本身位于一個特定的數(shù)據(jù)收集點上。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，但當涉及到工業(yè)自動化時，接近傳感器無疑是最重要的。毫無疑問，可以說它們是各種工業(yè)應(yīng)用中最常見的，同時，它們?nèi)缃裆踔潦亲詣踊蜕a(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相當廣泛的類別。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60年代以來已被成功使用。它們是涉及檢測金屬工件（任何種類）的理想任務(wù)。它們對進入傳感器區(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)的機制的位置、位移和運動。它們的主要優(yōu)點包括操作的高精度和可靠性，以及相對較長的使用壽命和對惡劣條件的抵抗力。

感應(yīng)式傳感器的工作原理是基于監(jiān)測傳感器所產(chǎn)生的磁場。這些變化是一個由金屬制成的物體出現(xiàn)在傳感器的檢測領(lǐng)域的結(jié)果，即事實上靠近傳感器面。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，與它的長度成正比。

另一種不太常見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到隱藏的物體，例如在罐子、容器或掩體后面。這是因為它是通過測量被調(diào)查物體和傳感器之間的電容變化來工作的。因此，它們也可以用來控制儲罐的填充水平和介質(zhì)供應(yīng)。

這組傳感器的優(yōu)點還包括能夠?qū)Σ煌牧现瞥傻奈矬w進行檢測，而不僅僅是金屬部件。電容式傳感器還能檢測到木質(zhì)、玻璃或塑料部件以及液體。他們能夠記錄生產(chǎn)過程和最終檢查中的狀態(tài)。另一個重要的優(yōu)勢是它們對環(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)品和倉儲等等。

接近性光電傳感器

特別是光學(xué)傳感器，或者更準確地說是光電傳感器，因為它們也被稱為，最近已經(jīng)變得越來越流行。由于這些設(shè)備使用的技術(shù)不斷發(fā)展，它們實現(xiàn)了非常好的技術(shù)性能。這使得它甚至可以測量非常小的工件和它們的最小位移。這些傳感器的優(yōu)點還包括測量速度和非常長的工作范圍。這些特點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器和光束發(fā)射器來檢測規(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的變化，而是基于能量傳輸。

由于光電傳感器的工作機制可以有相當大的不同，所以這種類型的傳感器有幾個類別：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。它們主要用于測量生產(chǎn)線上的物體和移動部件，如機械手、機器人、碼垛機和各種移動機器部件。光電傳感器還可用于計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越多的新的傳感器類型和設(shè)計。通常，他們必須滿足公司因物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)4.0帶來的解決方案而對他們提出的全新要求。

可以說，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)計安裝在機器上，但也安裝在制成品上。通過這種方式，它們可以更好地組織和監(jiān)控生產(chǎn)過程。

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)并將其傳輸給機器控制系統(tǒng)。然而，工業(yè)4.0給傳感器帶來了額外的任務(wù)。傳感器不僅要收集信息，而且要相互交換信息。然而，只有當傳感器配備了適當?shù)耐ㄐ沤涌跁r，這才有可能。

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

傳感器尺寸較小，但能力更強

現(xiàn)代傳感器的設(shè)計也越來越受到這些設(shè)備的小型化和提高能源效率的廣泛驅(qū)動的影響。越來越多的人認為，一個傳感器應(yīng)盡可能少地占用空間，同時執(zhí)行越來越復(fù)雜的功能。雖然這聽起來有點自相矛盾，但這樣的解決方案有更多優(yōu)勢。這是因為傳感器尺寸的減小轉(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，同時允許在相同的空間內(nèi)安裝更多的傳感器。

近年來，MEMS系統(tǒng)也得到了快速發(fā)展，這些設(shè)備將機械和電子元件結(jié)合在一起，以迷你甚至納米的規(guī)模制造。將電子和機械部件集成在一個微型外殼中，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。第一步是使用無線電源，這同時也有助于消除昂貴和耗費空間的布線。

如今，能源采集技術(shù)，即從可自由利用的資源（如陽光、風(fēng)能或水能、熱能或生化能，或電磁波或振動能）中提取電能，正被越來越多地使用。這些類型的電源有很多優(yōu)點，不僅與環(huán)境保護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和安全運行。

第四次工業(yè)革命肯定會以智能傳感器為基礎(chǔ)，除了現(xiàn)有的測量功能外，還將把機器和設(shè)備連接到在物聯(lián)網(wǎng)和云計算框架內(nèi)運作的網(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)計將必須越來越復(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，因為它們被應(yīng)用于各種工業(yè)自動化解決方案。