工業的發展離不開眾多感知技術的加持，其中最為關鍵的技術之一便是傳感器?？梢哉f，工業傳感器讓自動化智能設備有了感知能力。經過半個多世紀的發展，我國工業傳感器在體系、規模、產品種類、基礎技術研究、產學研用一條龍建設等多方面取得了一定的進步，基本滿足國民經濟建設需要。

　　那么，四次工業革命的技術有何不同?工業傳感器有何應用?不同的傳感器有何特點?

　　四次工業革命的技術特征

　　第一次工業革命開始于 18 世紀后期的英國，用水和蒸汽動力取代純粹的人力和畜力，從而幫助實現大規模生產。成品是用機器制造，而不再是手工制作。

　　一個世紀后，第二次工業革命引入了裝配線以及對石油、天然氣和電力的利用。這些新能源，以及借助電話和電報進行的更先進的通信，為制造過程帶來了大規模生產和一定程度的自動化。

　　第三次工業革命始于 20 世紀中葉，在制造過程中增加了計算機、先進的電信和數據分析。工廠的數字化始于將可編程邏輯控制器 (PLC) 嵌入機器中，以幫助自動化某些流程并收集和共享數據。

　　我們現在正處于第四次工業革命，也稱為工業 4.0。只要將傳感器或者執行器嵌入到工廠現場的物理對象中，并能夠無線或者有線網絡連接，就能輕松采集到工廠低層的數據，這些數據將傳給到計算中心進行分析，而所有物理對象都能或感知自己的環境，并可以進行相互之間的通信。

　　工業 4.0 這種數字技術可提高自動化、預測性維護、流程改進的自我優化，最重要的是，將效率和對客戶的響應能力提高到前所未有的新水平。

　　未來的制造工廠里，實現了虛擬計算和現實世界的連接，利用數字化技術顛覆制造流程，讓一切都變得可控可調。數字化生產技術可能是未來10年內較有可能對制造業產生重大影響的顛覆性技術。通過應用機器學習算法，制造商可以立即檢測錯誤，而不是在維修工作更昂貴的后期階段。

　　隨著傳感器技術的發展，未來交互技術也將發生巨大的變革，例如生物識別、意念控制等等，人與機器的交流將變得越來越輕松，甚至有可能將機器變成人的一部分，進一步增強人類的能力，并實現了生產力的提升。

　　工業 4.0 概念和技術可以應用于所有類型的工業公司，包括離散和流程制造，以及石油和天然氣、采礦和其他工業領域。

　　工業傳感器的應用

　　工業傳感器是用于各種工業場景如能源、石油、化工、冶金、電力、機械制造、汽車等工業制造過程中的各類傳感器，泛指在工業制造過程能將感受的力、熱、光、磁、聲、濕、電、環境等被測量轉換成電信號輸出的器件與裝置。是一類涉及多學科基礎技術融合的工業產品。具有技術密集、多品種、小批量、使用靈活及應用分布廣泛的典型特征。

　　德國傳感和測量技術協會(AMA)在《傳感器技術2022——讓創新互聯》報告中指出，傳感器技術是很多機器、設備和車輛競爭力的核心技術，是提升其價值增值的手段。與當前快速發展的互聯網一樣，傳感器的發展為其帶來機遇與挑戰。未來傳感器的先進程度決定了機械制造、汽車、過程控制和制造領域的國際競爭力。美國則在上世紀80年代就成立了國際技術小組(BGT)，從國家層面協調政府資源、企業和相關部門在傳感器技術、功能材料等全方面開展工作，服務于美國工業制造、智能制造和軍工領域。日本在上世紀末就已經將傳感器技術列為本世紀十大技術之首，日本工商界直接認為，“支配了傳感器技術就能支配新時代”，并將傳感器技術的開發利用列為本世紀國家重點發展六大核心技術之一。

　　我國工業傳感器經過半個多世紀的發展，在體系、規模、產品種類、基礎技術研究、產學研用一條龍建設等多方面取得了一定的進步，基本滿足了改革開放以來快速發展的國民經濟建設需要。但我國工業傳感器產業自身所存在的共性基礎研究不利、創新能力弱、核心技術少、核心元件成果走不出實驗室、核心元器件國產化嚴重缺失的問題并沒有得到根本解決。我國基礎科學研究短板依然突出，企業對基礎研究重視不夠，重大原創成果缺乏，底層基礎技術、基礎工藝能力不足，基礎元器件、基礎材料等瓶頸仍然突出，關鍵技術受制于人的局面沒有根本性改變。工業傳感器作為現代工業的基礎、工業革命(工業4.0)的基石，對我國整個工業產業發展具有四兩撥千斤的重要價值。

　　不同的傳感器

　　那么，在工業自動化中，通常需要用到哪些傳感器呢?

　　一、溫濕度傳感器

　　溫濕度傳感器是一種裝有濕敏和熱敏元件，能夠用來測量溫度和濕度的傳感器。將溫度和濕度信號采集出來，經過穩壓濾波、運算放大、非線性校正、V/I轉換、恒流及反向保護等電路處理后，轉換成與溫度和濕度成線性關系的電流信號或電壓信號輸出。

　　二、光電傳感器

　　光電傳感器是將光信號轉換為電信號的一種設備。其工作原理基于光電效應，光電效應是指光照射在某些物質上時，物質的電子吸收光子的能量而發生了相應的電效應現象?？捎糜跈z測直接引起光量變化的非電物理量，如光強、光照度、輻射測溫、氣體成分分析等;也可用來檢測能轉換成光量變化的其他非電量，如零件直徑、表面粗糙度、應變、位移、振動、速度、加速度，以及物體的形狀、工作狀態的識別等。

　　三、壓力傳感器

　　壓力傳感器是工業實踐中常用的一種傳感器，是能感受壓力信號，并能按照一定的規律將壓力信號轉換成可用的輸出的電信號的器件或裝置。廣泛應用于水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機床、管道等行業。

　　四、霍爾傳感器

　　霍爾傳感器是根據霍爾效應制作的一種磁場傳感器，廣泛應用于工業自動化技術、檢測技術及信息處理等方面?；魻栃茄芯堪雽w材料性能的基本方法。通過霍爾效應實驗測定的霍爾系數，能夠判斷半導體材料的導電類型、載流子濃度及載流子遷移率等重要參數。

　　五、接近傳感器

　　接近傳感器，是代替限位開關等接觸式檢測方式，以無需接觸檢測對象就能進行檢測的傳感器總稱，能將檢測對象的移動信息和存在信息轉換為電氣信號。接近傳感器是一種具有感知物體接近能力的器件，它利用位移傳感器對接近的物體具有敏感特性來識別物體的接近，并輸出相應開關信號，因此，接近傳感器又稱為接近開關。

　　六、MEMS傳感器

　　MEMS傳感器即微機電系統，是在微電子技術基礎上發展起來的多學科交叉的前沿研究領域，涉及電子、機械、材料、物理學、化學、生物學、醫學等多種學科與技術。目前在太空衛星、運載火箭、航空航天設備、飛機、汽車、生物醫學及消費電子產品等領域中得到了廣泛的應用。

　　七、扭矩傳感器

　　扭矩傳感器，又稱力矩傳感器、扭力傳感器、轉矩傳感器、扭矩儀。采用應變片電測技術 ，在彈性軸上組成應變橋，向應變橋提供電源即可測得該彈性軸受扭的電信號。通過對各種旋轉或非旋轉機械部件上對扭轉力矩感知的檢測。該傳感器可以準確測量各種扭力、轉速及機械功率。

　　八、光纖傳感器

　　光纖傳感器是一種將被測對象的狀態轉變為可測的光信號的傳感器。光纖傳感器的工作原理是將光源入射的光束經由光纖送入調制器，在調制器內與外界被測參數的相互作用，使光的光學性質如光的強度、波長、頻率、相位、偏振態等發生變化，成為被調制的光信號，再經過光纖送入光電器件、經解調器后獲得被測參數。

　　九、位移傳感器

　　位移傳感器又稱為線性傳感器，是一種屬于金屬感應的線性器件，位移傳感器的作用是把各種被測物理量轉換為電量。該感器的應用范圍相當廣泛，常用在工業自動化或者建筑橋梁等方面。

　　十、磁性傳感器

　　磁性材料在感受到外界的熱、光、壓力、放射線等之后，其磁特性會改變。利用這種物質可以做成各種可靠性好，靈敏度高的傳感器，這類傳感器是利用磁性材料作為其敏感元件，故稱磁性傳感器。

　　十一、集成的傳感器

　　下一代驅動軸將采用智能化測量技術。為了實現這一點，core sensing將智能傳感器和測量部件集成到驅動軸的腔體中，并開發了針對預測性維護和狀態監測的智能解決方案，可使公司能夠更高效、更經濟地使用生產設備和商用車輛。

　　集成的傳感器可直接提供作用在驅動軸上的實時、高精度扭矩測量數據。通過這些數據可以得出關于驅動軸及其周圍部件狀況的可靠結論，為用戶提供精確的測量結果。

　　十二、IO-Link傳感器

　　無論過去還是現在，許多情況下，工業傳感器都采用模擬形態，其中包含檢測元件和將檢測數據傳輸至控制器的某種方式。數據采用單向模擬方式進行傳輸。之后出現了可提供數字開/關信號的二進制傳感器，包含電感、電容、超聲波、光電等檢測元件，以及半導體開關元件。其輸出可能是：高端(HS)開關(PNP)或低端(LS)開關(NPN)，或者是推挽式(PP)。但數據仍然受到限制，只能從傳感器單向傳輸至主機，不提供糾錯控制，仍然需要現場技術人員來執行手動校準等任務。因此，業界亟需一種更好的解決方案來滿足“工業4.0”、智能傳感器和可重新配置的廠區部署等需求。

　　時下獲得公認的解決方案是IO-Link協議，一種相對較新的工業傳感器標準，目前已呈現出迅速增長態勢。據IO-Link相關組織預測，截至當前，行業使用支持IO-Link標準的節點已超過1600萬個，而這個數字仍再不斷攀升。

　　IO-Link是一種標準化技術(IEC 61131-9)，規定工業系統中的傳感器和執行器如何與控制器交互。作為一種點對點通信鏈接，IO-Link采用標準連接器、電纜和協議。IO-Link系統設計用于工業標準3線傳感器和執行器基礎設施，由IO-Link主機和IO-Link器件產品組成。

　　IO-Link通信在一個主機和一個器件(傳感器或執行器)之間進行。通信采用二進制(半雙工)形式，使用非屏蔽電纜時，通信距離限制在20米內。進行通信需要使用三線式接口(L+、C/Q和L-)。在IO-Link系統中，主機的供電范圍為20V至30V，器件(傳感器或執行器)的供電范圍為18至30V。

　　來源：非猩芯人類，傳感器專家網，德國工業智庫，電子工程世界