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傳感器在自動化工業生產中的應用案例

2019-10-11 00:00
在萬物互聯的時代,傳感器是其中最關鍵的組件之一。我公司接到多個工業自動化訂單,和多方自動化生產公司的合作,完成了多個傳感器在自動化生產中應用的事例,列舉與大家分享。
 
按照一般的劃分,物聯網在結構上分為感知層、網絡層和應用層三個部分。其中感知層作為網絡層傳輸的數據源頭、應用層計算的數據基礎,更是起到了至關重要的作用。而構成感知層的重要組件就是各種各樣的傳感器。
 
按照不同的劃分方式,傳感器可以被分為不同的類別。例如按照被測的非電物理量劃分,可以分為壓力傳感器和溫度傳感器等。
 
按照將非電物理量轉換為電物理量時的工作方式劃分,可以分為能量轉換型(工作時不需要額外的能量接入)和能量控制型(工作時需要額外的能量接入)等。此外還可以按照制造工藝,分為陶瓷傳感器和集成傳感器等。
 
我們從各種不同的被測非電物理量入手,盤點那些在物聯網領域常見的傳感器。
 
距離傳感器
 
距離傳感器根據測距時發出的脈沖信號不同,可以分為光學和超聲波兩種。二者的原理類似,都是通過向被測物體發送脈沖信號,接收反射,然后根據時差、角度差和脈沖速度計算出被測物體的距離。
 
距離傳感器被廣泛應用于手機和各種智能燈具中,產品可以根據用戶在使用過程中的不同距離產生不同的變化。
 
光傳感器
 
光傳感器的工作原理就是利用光電效應,通過光敏材料將環境光線的強弱轉換為電量信號。根據不同材質的光敏材料,光傳感器又會有各種不同的劃分和敏感度。
 
光傳感器主要應用在電子產品的環境光強監測上。數據顯示在一般的電子產品中,顯示器的電量消耗高達總電量消耗的3成以上,因此隨著環境光強的變化改變顯示屏的亮度就成了最關鍵的節能手段。另外也能智能的讓顯示效果更加柔和舒適。
 
溫度傳感器
 
溫度傳感器從使用的角度大致可以分為接觸式和非接觸式兩類,前者是讓溫度傳感器直接與待測物體接觸,來通過溫敏元件感知被測物體溫度的變化,而后者是使溫度傳感器與待測物體保持一定的距離,檢測從待測物體放射出的紅外線強弱,從而計算出溫度的高低。
 
溫度傳感器的主要應用在智能保溫和環境溫度檢測等和溫度緊密相關的領域。
 
煙霧傳感器
 
煙霧傳感器根據探測原理的不同,常用的有化學探測和光學探測兩種。
 
前者利用了放射性镅241元素,在電離狀態下產生的正、負離子在電場作用下定向運動產生穩定的電壓和電流。一旦有煙霧進入傳感器,影響了正、負離子的正常運動,使電壓和電流產生了相應變化,通過計算就能判斷煙霧的強弱。
 
后者通過光敏材料,正常情況下光線能完全照射在光敏材料上,產生穩定的電壓和電流。而一旦有煙霧進入傳感器,則會影響光線的正常照射,從而產生波動的電壓和電流,通過計算也能判斷出煙霧的強弱。
 
煙霧傳感器主要應用在火情報警和安全探測等領域。
 
心律傳感器
 
常用的心律傳感器主要利用特定波長的紅外線對血液變化的敏感性原理。由于心臟的周期性跳動,引起被測血管中的血液在流速和容積上的規律性變化,經過信號的降噪和放大處理,計算出當前的心跳次數。
 
值得一提的是,根據不同人的膚色深淺不同,同一款心律傳感器發出的紅外線穿透皮膚和經皮膚反射的強弱也不同,這造成了測量結果方面一定的誤差。通常情況下一個人的膚色越深,則紅外線就越難從血管反射回來,從而對測量誤差的影響就越大。
 
目前心律傳感器主要應用在各種可穿戴設備和智能醫療器械上。
 
角速度傳感器
 
角速度傳感器有時也稱陀螺儀,它基于角動量守恒的原理設計。一般的角速度傳感器由一個位于軸心且可旋轉的轉子構成,通過轉子的旋轉和角動量的改變反應物體的運動方向和相對位置信息。
 
單軸的角速度傳感器只能測量單一方向的改變,因此一般的系統要測量X、Y、Z軸三個方向的改變,就需要三個單軸的角速度傳感器。目前通用的一個3軸角速度傳感器就能替代三個單軸的,而且還有體積小、重量輕、結構簡單、可靠性好等諸多優點,因此各種形態的3軸角速度傳感器是目前主要的發展趨勢。
 
最常見的角速度傳感器使用場景就是手機,如著名手游主要就是通過角速度傳感器的作用產生汽車左右搖擺的交互模式。除了手機,角速度傳感器目前還被廣泛應用在導航定位以及AR/VR等領域。
 
除了上述提到的傳感器,物聯網中常見的還有氣壓傳感器、加速度傳感器、濕度傳感器、指紋傳感器以及指紋傳感器等。它們的工作原理雖然各有不同,但最基本的原理都是上述提到的,即通過光、聲、材料以及化學原理將待測量轉化為電學量,只不過大多都根據特定的領域在一般原理的基礎上做了特定的升級和擴展。
 
自從工業時代被發明以來,傳感器就在生產控制和探測計量等領域發揮著至關重要的作用。正如人的眼睛和耳朵一樣,作為物聯網中一個從外界接收信息的載體,重要的感知層前端,傳感器未來將隨著物聯網的普及迎來一個高速的發展期。

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