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工业传感器

      传感器是一种能够感受规定的被测量,并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置,其输入信号(被测量)往往是非电量,输出信号常常为易于处理的电量,如电压等。在现代工业生产尤其是自动化生产过程中,要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数,使设备工作在正常状态或最佳状态,并使产品达到最好的质量。因此可以说,没有众多的优良的传感器,现代化生产也就失去了基础。
      传感器是物联网信息采集基础,受益深:传感器是物联网基础,处于产业链上游,在物联网发展之初受益较深;同时,传感器又处在物联网金字塔的塔座,将是整个物联网产业中需求量最大和最基础的环节。
 
     工业传感器,是考验一个国家工业体系是否完善的关键性因素。工业传感器不仅性能指标要求苛刻,种类也非常繁杂。从功能上来说,工业传感器分为光电、热敏、气敏、力敏、磁敏、声敏、湿敏等不同类别。以工业机器人为例,其中涉及的几种重要传感器包括:三维视觉传感器、力扭矩传感器、碰撞检测传感器、安全传感器、焊接缝追踪传感器、触觉传感器等。
    工业传感器种类
    1)光纤传感器
  光纤传感器技术是随着光导纤维实用化和光通信技术的发展而形成的一门崭新的技术。光纤传感器与传统的各类传感器相比有许多特点,如灵敏度高.抗电磁干扰能力强,耐腐蚀,绝缘性好,结构简单,体积小.耗电少,光路有可挠曲性,以及便于实现遥测等。
  光纤传感器一般分为两大类,一类是利用光纤本身的某种敏感特性或功能制成的传感器.称为功能型传感器;另一类是光纤仅仅起传输光波的作用,必须在光纤端面或中间加装其他敏感元件才能构成传感器,称为传光型传感器。无论哪种传感器,其工作原理都是利用被测量的变化调制传输光光波的某一参数,使其随之变化,然后对已调制的光信号进行检测,从而得到被测量。
  光纤传感器可以测量多种物理量.目前已经实用的光纤传感器可测量的物理量达70多种,因此光纤传感器具有广阔的发展前景。
  2)红外传感器
  红外传感器是将辐射能转换为电能的一种传感器,又称为红外探测器.常见的红外探测器有两大类,热探测器和光子探m器.热探测器是利用人射红外辐射引起探测器的敏感元件的沮度变化,进而使有关物理参数发生相应的变化,通过测量有关物理参数的变化来确定红外探测器吸收的红外辐射.热探测器的主要优点是响应波段宽,可以在室沮下工作,使用方便。但是,热探测器响应时间长,灵敏度较低,一般用于红外辐射变化缓慢的场合.如光谱仪、测温仪、红外摄像等。光子红外探测器是利用某些半导体材料在红外辐射的照射下,产生光子效应,使材料的电学性质发生变化,通过测最电学性质的变化,可以确定红外辐射的强弱。光子探测器的主要优点是灵敏度高,响应速度快,响应频率高。但一般需在低温下_L作,探测波段较窄,一般用于侧温仪、航空扫描仪、热像仪等。红外传感器广泛用于测温、成像、成分分析、无损检测等方面,特别是在军事上的应用更为广泛,如红外侦察、红外雷达、红外通信、红外对抗等。
  3)气敏传感器
  气敏传感器是指能将被侧气体浓度转换为与其成一定关系的电量输出的装置。气敏传感器的性能必须满足下列条件:
  (1)能够检渊易爆炸气体的允许浓度、有害气体的允许浓度和其他基准设定浓度.并能及时给出报薯、显示与控制信号;
  (2)对被侧气体以外的共存气体或物质不敏感;
  (3)长期稳定性好、重复性好;
  (4)动态特性好、响应迅速;
  (5)使用、维护方便,价格便宜等。
       4)生物传感器
  生物传感器是利用生物或生物物质做成的、用以检测与识别生物体内的化学成分的传感器。生物或生物物质是指酶、微生物、抗体等,被侧物质经扩散作用进人生物敏感膜,发生生物学反应(物理、化学反应),通过变换器将其转换成可定量、可传输、处理的电信号.按照所用生物活性物质的不同,生物传感器包括酶传感器、微生物传感器、免疫传感器、生物组织传感器等。酶传感器具有灵敏度高、选择性好等优点,目前已实用化的商品达200种以上,但由于酶的提炼工序复杂,因而造价高,性能也不太稳定。微生物传感器与酶传感器相比,价格便宜,性能稳定,它的缺点是响应时间较长(数分钟),选择性差,目前微生物传感器已成功应用于环境监测和医学中,如测定水污染程度、诊断尿毒症和搪尿病等。免疫传感器的基本原理是免疫反应,目前已研制成功的免疫传感器达儿十种以上。生物组织传感器制作简便,工作寿命长,在许多情况下可取代酶传感器,但在实用化中还存在选择性差、动植物材料不易保存等问题。目前生物传感器的开发与应用正向着多功能化、集成化的方向发展。半导体生物传感器是将半导体技术与生物技术相结合的产物,为生物传感器的多功能化、小型化、微型化提供了重要的途径。
  5)机器人传感器
  机器人传感器是一种能将机器人目标物特性(或参量)变换为电量输出的装置,机器人通过传感器实现类似于人类的知觉作用。
  机器人传感器分为内部检测传感器和外界检测传感器两大类。内部检测传感器是在机器人中用来感知它自己的状态,以调整和控制机器人自身行动的传感器。它通常由位置、加速度、速度及JR力传感器组成。外界检测传感器是机器人用以感受周围环境、目标物的状态特征信息的传感器.从而使机器人对环境有自校正和自适应能力。外界枪侧传感器通常包括触觉、接近觉、视觉、听觉、嗅觉、味觉等传感器。机器人传感器是机器人研究中必不可缺的重要课题,需要有更多的、性能更好的、功能更强的、集成度更高的传感器来推动机器人的发展。
  6)智能传感器
  智能传感器是一种带有微处理机的,兼有信息检测、信息处理、信息记忆、逻辑思维与判断功能的传感器。本书第9章将对这种传感器进行详细阐述。