傳感器種類繁多，應(yīng)用場(chǎng)景各不相同。那么，傳感器有哪些常見(jiàn)分類？制造業(yè)有哪些常用的傳感器？它們的應(yīng)用現(xiàn)狀和前景又是怎樣的？本文將帶來(lái)傳感器的演進(jìn)過(guò)程，介紹常見(jiàn)的傳感器分類，并選取六類傳感器，介紹其發(fā)展與應(yīng)用趨勢(shì)。

21世紀(jì)，傳感器已是無(wú)處不在。日常生活中，小到遙控器、感應(yīng)燈，大到醫(yī)療器械、機(jī)器人，都離不開(kāi)傳感器。而像手機(jī)、汽車、飛機(jī)等智能產(chǎn)品，更是集成應(yīng)用了很多傳感器。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一部普通的智能手機(jī)大約應(yīng)用了10余個(gè)傳感器，一輛高檔汽車的傳感器往往上百，而一架飛機(jī)中則有2000-4000個(gè)傳感器。

傳感器不僅在生活中極為常見(jiàn)，在工業(yè)領(lǐng)域中更是不可或缺。工業(yè)4.0時(shí)代，傳感器已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)中的智能“感官”，幫助人們檢測(cè)關(guān)鍵變量，監(jiān)控生產(chǎn)過(guò)程，保障生產(chǎn)安全。比如，圖像傳感器能夠?qū)θS結(jié)構(gòu)件進(jìn)行精密測(cè)量與精準(zhǔn)定位，實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工工藝的優(yōu)化和提升；溫度傳感器可以連續(xù)測(cè)量大面積的溫度分布，為生產(chǎn)工藝的精準(zhǔn)控制提供決策依據(jù)；接近傳感器能檢測(cè)出人體等目標(biāo)對(duì)象的靠近，在大型機(jī)械設(shè)備運(yùn)行中切實(shí)保障生產(chǎn)安全。

傳感器種類繁多，應(yīng)用場(chǎng)景各不相同。

· 那么，傳感器有哪些常見(jiàn)分類？

· 制造業(yè)有哪些常用的傳感器？

· 它們的應(yīng)用現(xiàn)狀和前景又是怎樣的？

本文將帶來(lái)傳感器的演進(jìn)過(guò)程，介紹常見(jiàn)的傳感器分類，并選取六類傳感器，介紹其發(fā)展與應(yīng)用趨勢(shì)。

1. 傳感器技術(shù)的演進(jìn)

SENSOR

傳感器自誕生以來(lái)，大致經(jīng)歷了結(jié)構(gòu)型、物性型和智能型三個(gè)發(fā)展階段 [1]。

? 結(jié)構(gòu)型傳感器是利用結(jié)構(gòu)參量的變化來(lái)感受和轉(zhuǎn)化信號(hào)。如電阻式直線位移傳感器，以位移或力的作用使電阻值產(chǎn)生變化進(jìn)而來(lái)反映被測(cè)量的大小。

??物性型傳感器是利用材料本身的物理特性變化而實(shí)現(xiàn)測(cè)量的傳感器，例如熱敏傳感器、光敏傳感器。物性型傳感器無(wú)可動(dòng)部件，靈敏度高，可以減少對(duì)被測(cè)對(duì)象的影響，解決了結(jié)構(gòu)型傳感器不能解決的某些對(duì)象測(cè)量問(wèn)題，擴(kuò)大了傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域。

??智能型傳感器是對(duì)自身狀態(tài)具有一定的自診斷、自補(bǔ)償、自適應(yīng)能力，同時(shí)具有雙向通訊功能的傳感器裝置。從結(jié)構(gòu)上看，它是將傳感器、通信芯片、微處理器、驅(qū)動(dòng)程序、軟件算法等有機(jī)結(jié)合，通過(guò)高度敏感的傳感元件實(shí)現(xiàn)多功能檢測(cè)，通過(guò)邊緣計(jì)算實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理，基于網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)匯聚的一個(gè)感知測(cè)量系統(tǒng)?[2]。常見(jiàn)的MEMS（Micro-Electro-Mechanical System，微機(jī)電系統(tǒng)）傳感器可視為典型的智能傳感器，隨著CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor，互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體）技術(shù)與MEMS技術(shù)的發(fā)展與融合，智能傳感器未來(lái)將繼續(xù)向網(wǎng)絡(luò)化、微型化、集成化和多樣化發(fā)展。

傳感器發(fā)展歷程

（圖片來(lái)源：中國(guó)電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院）

與結(jié)構(gòu)型、物性型傳感器相比，智能傳感器能瞬時(shí)獲取大量信息，對(duì)所獲取的信息還具有信號(hào)處理的功能，具有高精度、高可靠性、高適應(yīng)性的優(yōu)勢(shì)。智能傳感器迎合了工業(yè)4.0時(shí)代對(duì)數(shù)據(jù)采集、處理等流程的高階需求，正逐漸成為市場(chǎng)主流。

2. 傳感器常見(jiàn)通用分類方式

SENSOR

傳感器分類方式較為多樣，有通用分類、智能化分類、物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)分類等。其中僅就通用分類方式而言，常見(jiàn)的有按檢測(cè)對(duì)象（用途）、工作原理、輸出信號(hào)類型、制作材料、工作機(jī)理、制作工藝等方面進(jìn)行分類?[3]，也可以依據(jù)結(jié)構(gòu)類型、感知量類型、作用形式、能量變換關(guān)系、技術(shù)特征以及關(guān)聯(lián)方式等進(jìn)行分類。

傳感器的分類也不止一個(gè)層級(jí)，通常可以根據(jù)更具體的檢測(cè)對(duì)象、工作原理或應(yīng)用場(chǎng)景等進(jìn)行更細(xì)層級(jí)的劃分，見(jiàn)下圖示意。下文將基于傳感器通用分類方式中常見(jiàn)的幾類進(jìn)行介紹。

傳感器常見(jiàn)的通用分類方式

1)?按照檢測(cè)對(duì)象（用途）分類

根據(jù)檢測(cè)對(duì)象（用途）進(jìn)行分類，有位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感器、壓力傳感器、流速傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、光強(qiáng)傳感器、濃度傳感器、粘度傳感器等等。

上述傳感器還可以根據(jù)具體的檢測(cè)對(duì)象進(jìn)一步細(xì)分，如速度傳感器可以分為角速度傳感器、線速度傳感器等，壓力傳感器可以分為靜態(tài)壓力傳感器、動(dòng)態(tài)壓力傳感器、差壓傳感器以及真空傳感器等。

2)?按工作原理分類

根據(jù)作用原理的不同，傳感器可分為物理型、化學(xué)型和生物型三大類：

物理傳感器是依據(jù)變換元件的物理性質(zhì)制成的傳感器，可以按照被測(cè)量所屬細(xì)分領(lǐng)域劃分為力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)、聲學(xué)、電學(xué)等類型，常見(jiàn)的如電學(xué)傳感器、光學(xué)傳感器。還可以進(jìn)一步細(xì)分，如電學(xué)傳感器又可分為電容式、電阻式、電感式等等，典型的有電阻式位移傳感器、電容式壓力傳感器等。

化學(xué)傳感器是利用敏感材料與物質(zhì)間的電化學(xué)反應(yīng)原理，把無(wú)機(jī)和有機(jī)化學(xué)成分、濃度等轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的傳感器，如氣體傳感器、濕度傳感器等。

生物傳感器是對(duì)生物物質(zhì)敏感，并將其濃度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)的儀器。生物體中，能夠選擇性的分辨特定物質(zhì)的種類有酶、微生物、抗體等等，據(jù)此進(jìn)一步分類，常見(jiàn)的有酶?jìng)鞲衅鳌⑽⑸飩鞲衅鞯取?/p>

3)?按照輸出信號(hào)的形式分類

根據(jù)輸出信號(hào)，可分為模擬型、數(shù)字型、贗數(shù)字型、開(kāi)關(guān)型等類型。其中：

模擬傳感器將被測(cè)量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)，即連續(xù)的信號(hào)。常見(jiàn)的模擬傳感器有聲音傳感器、水位傳感器等；

數(shù)字傳感器將被測(cè)量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出信號(hào)（包括直接和間接轉(zhuǎn)換），即離散的信號(hào)。常見(jiàn)的數(shù)字傳感器有編碼器、計(jì)量光柵等；

贗數(shù)字傳感器將被測(cè)量的信號(hào)量轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)或短周期信號(hào)的輸出（包括直接或間接轉(zhuǎn)換），這類型的代表有增量型旋轉(zhuǎn)編碼器，將信號(hào)以脈沖的方式提供給控制器；

開(kāi)關(guān)傳感器是當(dāng)一個(gè)被測(cè)量的信號(hào)達(dá)到某個(gè)特定的閾值時(shí)，傳感器相應(yīng)地輸出一個(gè)設(shè)定的低電平或高電平信號(hào)，如液位開(kāi)關(guān)傳感器、溫度開(kāi)關(guān)傳感器、接近傳感器等。

4)?按照所用材料分類

按照傳感器所用材料類別可分為金屬、聚合物、陶瓷、混合物等；還可按材料的物理性質(zhì)分為導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體、磁性材料等；亦可以按材料的晶體結(jié)構(gòu)分為單晶、多晶、非晶材料等類型。

5)?按照制作工藝分類

按照傳感器制作工藝可分為集成傳感器、薄膜傳感器、厚膜傳感器、陶瓷傳感器等。其中集成傳感器是用標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)硅基半導(dǎo)體集成電路的工藝技術(shù)制造的；薄膜傳感器是通過(guò)真空沉積技術(shù)，在介質(zhì)襯底（基板）上形成敏感材料的薄膜；厚膜傳感器則是利用敏感材料的漿料涂覆在基片上制成，通常涂覆后還要進(jìn)行熱處理，使厚膜成形；陶瓷傳感器的制造主要是依靠標(biāo)準(zhǔn)的陶瓷工藝或變種的溶膠工藝，將成形的元件在高溫中進(jìn)行燒結(jié)。

對(duì)于傳感器的其他分類方式，本文不再贅述。感興趣的讀者可以查看GB/T 7665-2005《傳感器通用術(shù)語(yǔ)》與GB/T 34069-2017《物聯(lián)網(wǎng)總體技術(shù)-智能傳感器特性與分類》，了解更多分類方式。

3. 制造業(yè)傳感器應(yīng)用概覽

SENSOR

應(yīng)用于制造業(yè)場(chǎng)景的傳感器類型多樣，本文將選取視覺(jué)/圖像傳感器、壓力傳感器、液位傳感器、溫度傳感器、編碼器、接近傳感器等工業(yè)應(yīng)用中常見(jiàn)的六類傳感器，圍繞其測(cè)量參數(shù)、應(yīng)用場(chǎng)景、技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)等方面進(jìn)行介紹，并盤點(diǎn)相應(yīng)的主流生產(chǎn)廠商。

1、視覺(jué)/圖像傳感器

視覺(jué)傳感器（也叫圖像傳感器）是機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的基礎(chǔ)，顧名思義是對(duì)圖像進(jìn)行采集的裝置，是工業(yè)相機(jī)的核心部件。

隨著機(jī)器視覺(jué)技術(shù)從二維圖像識(shí)別到三維圖像識(shí)別的演進(jìn)，圖像傳感器在工業(yè)智能化生產(chǎn)中的應(yīng)用也從質(zhì)量控制階段發(fā)展到了精密測(cè)量階段。光柵投影三維測(cè)量技術(shù)就是基于三維圖像識(shí)別的一種精密測(cè)量技術(shù)[4]，該技術(shù)將光柵條紋投射到被測(cè)物體，由CCD采集到條紋圖像后，通過(guò)圖像處理與三維轉(zhuǎn)換模型得到被測(cè)物體的三維信息，具有測(cè)量速度快、視場(chǎng)大、精度高等優(yōu)點(diǎn)。據(jù)悉，國(guó)內(nèi)的光柵投影三維測(cè)量精度目前最高可達(dá)8微米量級(jí)。在基于圖像傳感的精密測(cè)量加持下，目前汽車工業(yè)的沖壓、焊裝、涂裝、總裝等四大工藝環(huán)節(jié)都實(shí)現(xiàn)了高精度的自動(dòng)化操作。

圖像傳感器當(dāng)前的主流技術(shù)包括CCD和CMOS兩大類。CCD（Charge-Coupled Device）含義是電荷耦合器件，CMOS是互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體。兩類技術(shù)的主要差異是數(shù)字信號(hào)的傳送方式不同，CCD中共用一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，而CMOS中每個(gè)像素都有獨(dú)立的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。這種差異導(dǎo)致CCD圖像傳感器在分辨率、靈敏度以及噪聲控制等方面表現(xiàn)較優(yōu)，而CMOS圖像傳感器則具有低功耗、低成本以及高整合度的特性。業(yè)界普遍認(rèn)為CMOS技術(shù)最終會(huì)取代CCD技術(shù)，但目前在工業(yè)相機(jī)中，CCD技術(shù)還是主流。隨著制造技術(shù)的進(jìn)步，兩者的差異正在縮小，預(yù)計(jì)在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，兩者會(huì)保持共存的關(guān)系。

圖像傳感器（圖片來(lái)源：基恩士）

圖像傳感器的國(guó)際廠商主要有索尼、三星、豪威、安森美、海力士、意法半導(dǎo)體、基恩士、康耐視、西克等，國(guó)內(nèi)廠商則有格科微、思特威、海康機(jī)器人、深視智能、大恒圖像、奧普特、凌云光、華睿科技、圖漾科技等。

2、壓力傳感器

壓力傳感器(Pressure Sensor)是工業(yè)實(shí)踐中最為常用的一種傳感器，通常用于測(cè)量物體受力情況，并將其轉(zhuǎn)化成能夠傳輸和顯示的電信號(hào)，因此也常被稱為“變送器”（需要注意的是，在很多場(chǎng)合實(shí)際測(cè)量值為壓強(qiáng)，因此稱“壓強(qiáng)傳感器”更為準(zhǔn)確，但工程上習(xí)慣稱“壓力傳感器”）。

壓力測(cè)量在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用很多。第一種常見(jiàn)的應(yīng)用是稱重，分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)稱重。常見(jiàn)的電子秤、汽車地磅等屬于靜態(tài)稱重，工業(yè)場(chǎng)合多用動(dòng)態(tài)稱重，如輸送機(jī)在輸送大宗散料過(guò)程中的稱重，汽車在裝卸過(guò)程中的稱重等。第二種常見(jiàn)應(yīng)用是監(jiān)控生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的力。例如，鍛壓是機(jī)械加工中常見(jiàn)的成形工藝，在鍛壓時(shí)會(huì)產(chǎn)生非常大的力施加于工件，有時(shí)會(huì)超過(guò)鍛壓機(jī)的公稱力，對(duì)設(shè)備造成損壞，因此需要對(duì)加工力進(jìn)行監(jiān)測(cè)。另外一種常見(jiàn)應(yīng)用則是對(duì)加速度、振動(dòng)等動(dòng)態(tài)壓力的測(cè)量，如電機(jī)運(yùn)行中振動(dòng)的測(cè)量能夠有效地幫助診斷和預(yù)防電機(jī)故障。

除了直接的壓力測(cè)量，壓力傳感器同時(shí)也可用于間接測(cè)量其他量，如液體/氣體的流量、速度、液位等，在流程行業(yè)壓力傳感器常見(jiàn)的三類應(yīng)用如下：第一種是在蒸汽系統(tǒng)的壓強(qiáng)測(cè)量中，壓力傳感器首先用來(lái)監(jiān)控壓力，其次可以測(cè)量蒸汽流動(dòng)的時(shí)間和流向，智能壓力傳感器還可以通過(guò)控制閥門以調(diào)節(jié)蒸汽壓力保持在恒定數(shù)值上。第二種是過(guò)濾系統(tǒng)的流量測(cè)量。壓力傳感器被安裝在過(guò)濾器旁，只要濾網(wǎng)開(kāi)始堵塞，流量就會(huì)降低，隨之濾網(wǎng)處受到的壓強(qiáng)就會(huì)發(fā)生變化，從而給出提示需要清理或者更換過(guò)濾器。還有一種是液位的測(cè)量，通過(guò)測(cè)量液面和容器內(nèi)氣體的壓力差值來(lái)間接計(jì)算出靜態(tài)或者動(dòng)態(tài)液位。

壓力傳感器應(yīng)用場(chǎng)景（圖片來(lái)源：費(fèi)斯托）

根據(jù)結(jié)構(gòu)與原理的不同，壓力傳感器可分為應(yīng)變式、壓阻式、電容式、壓電式、光電式、光纖式、超聲式等不同類型。其中應(yīng)變式是應(yīng)用較為廣泛的一種，有數(shù)據(jù)表明，應(yīng)變式壓力傳感器使用量約占?jí)毫鞲衅骺偭康?0％左右。這類傳感器廣泛用于機(jī)械、汽車、食品、建筑等行業(yè)，如機(jī)械制造工藝中的液壓系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)等，以及機(jī)械裝備的載荷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

壓力傳感器的生產(chǎn)廠商眾多，其中較為知名的國(guó)際廠商均有生產(chǎn)，如博世、英飛凌、泰科電子、霍尼韋爾、意法半導(dǎo)體、森薩塔、橫河電機(jī)、威卡、安費(fèi)諾、恩智浦等等，國(guó)內(nèi)廠商有杭州美控、青島潤(rùn)能、鵬合電子、聯(lián)測(cè)、天宇恒創(chuàng)、米科、創(chuàng)威、星儀、匡建儀表等。

3、液位傳感器

液位傳感器能夠把容器內(nèi)的液位高度轉(zhuǎn)換成為標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)，進(jìn)行集中顯示、報(bào)警、控制，廣泛應(yīng)用在石油、化工、冶金、電力、制藥、食品加工、給排水、環(huán)保等領(lǐng)域。

工業(yè)中常用的液位傳感器可分為點(diǎn)式液位傳感器和連續(xù)液位傳感器兩類。

點(diǎn)式液位傳感器通常用于檢測(cè)介質(zhì)存在與否，或者判斷液位處在高或低的水平。點(diǎn)式液位傳感器的兩類常見(jiàn)應(yīng)用一是泄露檢測(cè)，防止對(duì)設(shè)備、生產(chǎn)造成損壞。如液壓系統(tǒng)的油液，通過(guò)非工作通道，由高壓腔流到低壓腔，或由系統(tǒng)內(nèi)流到系統(tǒng)外時(shí)，會(huì)造成設(shè)備異常，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致整機(jī)癱瘓；二是防止液體外溢或者空轉(zhuǎn)干燒的情況。生產(chǎn)中的常見(jiàn)裝置水泵，其葉輪主要依靠水流冷卻。當(dāng)管道中缺水時(shí)，水泵長(zhǎng)時(shí)間空轉(zhuǎn)會(huì)產(chǎn)生大量熱量，進(jìn)而燒毀。

連續(xù)液位傳感器用于實(shí)現(xiàn)液位的連續(xù)測(cè)量。在化工行業(yè)一些有毒有害的原料檢測(cè)場(chǎng)合，如液氯儲(chǔ)罐、氯化石蠟反應(yīng)釜中，連續(xù)液位傳感能夠適用這種危險(xiǎn)品的實(shí)時(shí)液位監(jiān)測(cè)，對(duì)生產(chǎn)的監(jiān)控、分析具有重要意義。

液位傳感器根據(jù)檢測(cè)原理，可以分為電容式、電導(dǎo)率（電阻）式、光學(xué)、振動(dòng)音叉式、浮子式、超聲波式、雷達(dá)（微波）式、激光式等。與前幾種類型相比，超聲波式和雷達(dá)式屬于非接觸式測(cè)量，適用于有毒、高粘性液體的液位測(cè)量，在當(dāng)前的工業(yè)應(yīng)用中普及迅速。由于超聲波需要傳播媒介，且容易被氣泡、水霧等吸收，而電磁波不存在這些問(wèn)題，因此相比超聲波式，雷達(dá)式應(yīng)用的場(chǎng)合要擴(kuò)展不少。激光液位傳感器的出現(xiàn)，更是將非接觸式的液位測(cè)量拓展到表面粗造的工況中，如鑄造砂型鐵水液位測(cè)量。

雷達(dá)液位器在大型儲(chǔ)罐粘性介質(zhì)液位測(cè)量中的應(yīng)用

（圖片來(lái)源：易福門官網(wǎng)）

液位傳感器的國(guó)際知名廠商主要有威格、西門子、科隆、E+H、艾默生、橫河電機(jī)、ABB、霍尼韋爾、施耐德、西克等，國(guó)內(nèi)廠商主要有美控、正泰、伊萊科、新九洲、匡建儀表、天康、中控、通博、仁科等。

4、溫度傳感器

溫度是工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的重要參數(shù)，在工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化流程中，溫度測(cè)量點(diǎn)有時(shí)會(huì)占全部測(cè)量點(diǎn)的一半以上。例如，在鋼鐵冶煉過(guò)程中，準(zhǔn)確地控制冶煉溫度可以明顯提高產(chǎn)品質(zhì)量，還能節(jié)能降耗；在石油煉化廠，準(zhǔn)確控制裂解溫度，可以得到不同品質(zhì)的柴油系列產(chǎn)品。

溫度傳感器是溫度測(cè)量?jī)x表的核心部分，可按照傳感器材料及電子元件特性分為熱電阻、熱電偶、半導(dǎo)體熱敏電阻以及光學(xué)式等，也可按測(cè)量方式可分為接觸式和非接觸式兩大類。熱電阻、熱電偶、半導(dǎo)體熱敏電阻等等屬于接觸式溫度傳感器，非接觸式溫度傳感器則主要包括紅外測(cè)溫、光纖測(cè)溫等。非接觸式溫度傳感器具有測(cè)溫范圍廣、測(cè)溫面積大、信號(hào)傳輸與轉(zhuǎn)換方便快捷等優(yōu)勢(shì)，正在工業(yè)測(cè)溫領(lǐng)域逐步普及。

紅外測(cè)溫儀是常見(jiàn)的非接觸式溫度傳感器，它是利用被測(cè)物體自身向外輻射的能量來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的監(jiān)測(cè)，還可以將溫度分布以可視化的形式展示出來(lái)（紅外熱像儀），是溫度檢測(cè)的重要手段。目前紅外熱像儀在新品研發(fā)、生產(chǎn)管控、設(shè)備維護(hù)、環(huán)境檢測(cè)等領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用，特別在高溫測(cè)量方面，如高爐爐壁、工件、冷卻壁等固體表面測(cè)溫以及爐膛內(nèi)溫度及分布的測(cè)量等。

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回轉(zhuǎn)爐溫度監(jiān)控（圖片來(lái)源：高德智感）

溫度傳感器的知名國(guó)際廠商有德州儀器、泰科電子、TDK、芝浦電子、TKS、SEMITEC、意法半導(dǎo)體、霍尼韋爾、安費(fèi)諾、西門子等，國(guó)內(nèi)廠商則有華工科技（華工高理）、高德智感、杭州美控、飛卓科技、奧迪威、保隆科技、精創(chuàng)、南北儀器、勝利儀器等。

5、編碼器

編碼器（encoder）是一種運(yùn)動(dòng)控制傳感器，主要用于機(jī)械運(yùn)動(dòng)中角度、速度、位置、距離等的測(cè)量，廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、回轉(zhuǎn)臺(tái)、伺服傳動(dòng)、機(jī)器人、電梯等需要檢測(cè)位置和角度的裝置中。它同時(shí)也是一種典型的數(shù)字傳感器，能夠?qū)⒈粶y(cè)對(duì)象轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)輸出。

按結(jié)構(gòu)形式劃分，編碼器可分為線性編碼器和旋轉(zhuǎn)編碼器。其中線性編碼器用來(lái)測(cè)量直線位移，通常用在高端CNC銑床上；旋轉(zhuǎn)編碼器可以將旋轉(zhuǎn)位置或旋轉(zhuǎn)量轉(zhuǎn)換成模擬或數(shù)字信號(hào)，多用于需要精確旋轉(zhuǎn)位置及速度的場(chǎng)合，例如機(jī)器人。

按照測(cè)量類型，編碼器可以分為增量式編碼器和絕對(duì)式編碼器。顧名思義，增量式編碼器可以輸出編碼器從預(yù)定義起始位置發(fā)生的增量變化。優(yōu)點(diǎn)是精度高、構(gòu)造簡(jiǎn)單，可靠性高，成本相對(duì)較低。缺點(diǎn)是斷電后需要先尋零，易受干擾導(dǎo)致累計(jì)誤差。絕對(duì)式編碼器可以記錄編碼器在一個(gè)絕對(duì)坐標(biāo)系上的位置，優(yōu)點(diǎn)是精度高，無(wú)接觸，壽命長(zhǎng)，開(kāi)機(jī)不需尋零，沒(méi)有累計(jì)誤差，缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格不具優(yōu)勢(shì)。

按照工作原理，編碼器又可分為光電式、電磁式、電感式、電容式、激光式等。其中光學(xué)編碼器精度更高，應(yīng)用范圍更廣，但在戶外及惡劣環(huán)境下使用時(shí)需要較高的防護(hù)要求，并且不適宜在凝露的環(huán)境中使用。比如在低溫下使用光學(xué)編碼器，如果環(huán)境溫度急劇上升，可能在光學(xué)碼盤上形成凝霧，進(jìn)而導(dǎo)致信號(hào)讀取障礙；磁編碼器受到環(huán)境的影響較小，但由于存在天然的非線性現(xiàn)象，精度不如光學(xué)編碼器。它們通常用于灰塵、蒸汽、振動(dòng)和其他可能干擾光學(xué)編碼器性能的環(huán)境中。隨著技術(shù)的發(fā)展，磁編碼器的精度得到持續(xù)提升，逐漸可與光學(xué)編碼器抗衡。

配合編碼器使用的測(cè)量長(zhǎng)度和速度的測(cè)量輪系統(tǒng)

（圖片來(lái)源：圖爾克）

編碼器的知名國(guó)際廠商有海德漢、西克、保盟、倍加福、亨士樂(lè)、多摩川、歐姆龍、奧托尼克斯、圖爾克、巴魯夫等，國(guó)內(nèi)廠商有禹衡光學(xué)、宜科電子、時(shí)易、深浦電氣、上海锝秉工控、升威電子等。

6、接近傳感器

以無(wú)需接觸的方式檢測(cè)到物體的接近和檢測(cè)對(duì)象有無(wú)的產(chǎn)品總稱為“接近傳感器”或者“接近開(kāi)關(guān)”，在各種自動(dòng)控制系統(tǒng)中可作為限位、定位控制等功能使用，能夠保障生產(chǎn)安全。

接近傳感器代替了限位開(kāi)關(guān)等接觸式檢測(cè)方式，根據(jù)其感應(yīng)原理，一般分為電感式、電容式、光電式、磁性式等，每種類型都有特定使用的應(yīng)用范圍，如電感式接近傳感器檢測(cè)的被測(cè)物體是金屬導(dǎo)體，非金屬導(dǎo)體不能測(cè)量；電容式接近開(kāi)關(guān)可以檢測(cè)絕緣的液體或粉狀物體；光電式開(kāi)關(guān)抗電、磁干擾能力強(qiáng)，但使用環(huán)境要保證不能振動(dòng)，否則將嚴(yán)重影響精度；磁性接近傳感器利用磁效應(yīng)，只對(duì)磁性物體做出響應(yīng)。

安全光幕是一種典型的接近傳感器，隨著人與機(jī)器協(xié)同工作場(chǎng)景的普及而為人們所熟知。安全光幕主要由投光器和受光器組成，兩者之間形成一個(gè)保護(hù)網(wǎng)，當(dāng)有物體進(jìn)入保護(hù)網(wǎng)區(qū)間，投光器發(fā)射的光線會(huì)被物體擋住，受光器就會(huì)作出反應(yīng)。安全光幕常會(huì)應(yīng)用在具有潛在危險(xiǎn)的機(jī)械設(shè)備或危險(xiǎn)區(qū)域，如沖壓機(jī)械、剪切設(shè)備、金屬切削設(shè)備、自動(dòng)化焊接線、機(jī)械傳送搬運(yùn)設(shè)備以及高溫、高壓及有毒等危險(xiǎn)區(qū)域。

安全光柵在壓入機(jī)安全防護(hù)中的應(yīng)用

（圖片來(lái)源：基恩士）

接近傳感器的國(guó)際知名廠商有西克、易福門、巴魯夫、圖爾克、歐姆龍、倍加福、阿自倍爾、奧托尼克斯、基恩士、保盟等，國(guó)內(nèi)廠商有長(zhǎng)江傳感、德寶、深浦、德夫爾、肯森斯等。

結(jié) 語(yǔ) ? ? ?

e-works初步整理了制造業(yè)中常見(jiàn)的六類傳感器，并盤點(diǎn)了各類型傳感器主流的生產(chǎn)廠商。當(dāng)然，制造業(yè)應(yīng)用中常見(jiàn)的傳感器類型遠(yuǎn)不止上述六種，e-works將持續(xù)跟進(jìn)工業(yè)傳感器的發(fā)展動(dòng)態(tài)，歡迎各界專家踴躍投稿！

本文在撰寫過(guò)程中得到華中科技大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院李斌教授的指導(dǎo)，筆者在此特表感謝！文中如有疏漏之處，懇請(qǐng)廣大讀者批評(píng)指正！

- 參考文獻(xiàn) -?

[1] 《新型智能傳感器的發(fā)展與應(yīng)用》，余建華、冉艷麗、劉德明等 ↑

[2] 中國(guó)電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院《智能傳感器型譜體系與發(fā)展戰(zhàn)略白皮書》（2019版） ↑

[3] 由中國(guó)機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì)組織編寫的國(guó)標(biāo)GB7665-2005《傳感器通用術(shù)語(yǔ)》，對(duì)傳感器的分類原則進(jìn)行了說(shuō)明；之后推出的GB/T 34069-2017《物聯(lián)網(wǎng)總體技術(shù)-智能傳感器特性與分類》，對(duì)智能傳感器分類標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了更進(jìn)一步的完善。↑

[4] 達(dá)飛鵬、蓋紹彥等，《光柵投影三維精密測(cè)量》 ↑

編輯：黃飛