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智能传感器研究与在智能制造中的应用易鑫

发表时间：2020/5/9 来源：《电力设备》2020年第2期作者：易鑫陈淘陈银凯

[导读] 摘要：文章通过研究传感器的各种性能，对常用的几种传感器如位移传感器、速度传感器、近觉传感器、光电传感器、超声波传感器等等进行原理分析，并接合智能工厂建设中传感器的应用，体现了传感器在智能制造中的价值。

        （河南许继仪表有限公司河南许昌 461000）
        摘要：文章通过研究传感器的各种性能，对常用的几种传感器如位移传感器、速度传感器、近觉传感器、光电传感器、超声波传感器等等进行原理分析，并接合智能工厂建设中传感器的应用，体现了传感器在智能制造中的价值。
        关键词：传感器、性能指标、传感器种类、传感器应用
        21世纪是智能制造时代，智能产品、智能产线、智能工厂广泛应用于实践，传感器、云计算、大数据、机器人等新一代信息技术成为智能时代的重要支撑，在智能制造的使能技术中，传感器为代表的传感技术，是实现智能制造不可或缺的重要技术。
        传感器是利用物体的物理、化学变化，并将这些变化变换成电信号（如电压、电流和频率等）的装置，通常由敏感元件、转换元件和基本转换电路组成，其中，敏感元件的基本功能是将某种不易测量的物理量转换为易于测量的物理量，转换元件的功能是将敏感元件输出的物理量转换成电量，它与敏感元件一起构成传感器的主要部分；基于本转换电路的功能是将敏感元件产生的不易测量的小信号进行变换，使传感器的信号输出符合具体工业系统的要求。传感器的组成如下：
        --被测量--》敏感元件---》转换元件---》基本转换电路-电量--》
        一、传感器的性能指标
        为评价和选择传感器，通常需要确定传感器的性能指标。传感器的性能指标一般有以下几个：
        1，灵敏度：指传感器的输出信号达到稳定时，输出信号变化与输入信号变化的比值；
        2，线性度：反应传感器输出信号与输入信号之间的线性程度；
        3，测量范围：指被测量的最大允许值和最小允许值之差；
        4，精度：指传感器的测量输出值与实际被测量值之间的误差；
        5，重复性：指传感器对输入信号按同一方式进行全量程连续多次测量时，相应结果的变化程度；
        6，分辩率：指传感器在整个测量范围内所能辨别的被测量的最小变化量；
        7，响应时间：指传感器的输入信号变化后，其输出信号随之变化并达到一个稳定值所需要的时间；
        8，抗干扰能力：指单位时间内发生故障的概率。
        二、传感器种类
        传感器按照用途分类，主要有如下10种。
        1，电位器式位移传感器
        电位器式移动传感器由一个线绕电阻和一个滑动触点组成，滑动触点通过机械装置受被检测位置量的控制。当被检测的位置发生变化时，滑动触点也发生位移，从而改变滑动触点与电位器各端之间的电阻值和输出电压值，传感器根据这种输出电压值的变化，可以检测出运动物体的位置和位移量。
        2，速度传感器
        速度传感器主要装置有测速发电机，它能将机械转速变换成电信号，其输出电压与输入的转速成正比。
        U=kn
        U为输出电压，n为输入转速，k为比例系数。
        3，电感式与电容式接近觉传感器
        电感式接近觉传感器是一种利用涡流感知物体接近的接近开关，它由高频振荡电路，检波电路、放大电路、整形电路及输出电路组成，如下图所示：

        5，霍尔接近觉传感器
        霍尔接近传感器是利用效应制作的，将一块能有电流的导体或半导体薄片放在磁场中时，薄片的两端会产生电位差，这种现象就称为霍尔效应。薄片导体两端具有的电位差值称为霍尔电势U，其表达式为 : U=kiB/d
        6，超声波传感器
        超声波传感器由超声波发送器、超声波接收器，控制电路及电源部分组成。
        超声波传感器的工作原理基于渡越时间的测量，即测量从发射换能发出的超声波经目标反射后沿原路返回接收器所需的时间，渡越时间T与超声波经目标反射后沿原路返回接收器所需的时间。其表达式如下：L=vT／２
        7，气压接近觉传感器
        气压接近觉传感器通过检测喷射气流遇到物体时检测腔内的压力变化来检测和物体之间的距离。
        8，接触觉传感器
        接触觉传感器可检测机器人是否接触目标或环境，用于寻找物体或感知碰撞。
        9，力觉传感器
        力觉传感器是指机器人对力的感知。
        10，滑觉传感器

        滑觉传感器用于感觉物体的滑移量，可分为无方向滑觉传感器，有方向滑觉传感器和全方向滑觉传感器。
        传感器的种类按电性能原理分类，有电阻式传感器，有电感式传感器和电容式传感器，电阻传感器用是电阻量的变化来传感测量值的，电感式传感器依靠电感量变化量来传感测量值，电容传感器依靠电容量的变化量来测量传感值。
        三、传感器在智能电表智能自动化产线中的应用。
        传感技术是智能制造中重要的使能技术，在智能制造中应用相当普遍，我们河南许继仪表有限公司在进行智能化改造过程中，深有体会并受益非浅。我们河南许继仪表有限公司2017年被评为智能车间，2018年被评为智能工厂，2019年被评为智能标杆企业，在许继仪表的智能工厂建设中共设计七条自动化生产线，其中三相线2条，单相线5条，共用310个传感器，有光电传感器，有声音传感器，有图像传感器等等。
        光电传感器主要通过光电感应测量物体的位置，在电表智能产线中应用最为广泛，如智能电表在自动产线运行时，何处该停，何处运行，何处夹具动作，何处机器开机，以及测试螺钉的有无，螺钉的高度，螺钉是否到位等等地方都需要使用光电传感器，通过光电传感器的信号传递，让生产线精准运营。
        如在设计自动化线振动盘无料报警装置时，设计一自动摆杆，当有料时，摆杆倾斜，光电传感器不被阻挡，当无料时，摆杆树直，挡住了光电传感器的光线，光电传感器感受到这一信息后，将信号传给报警装置，装置报警，实现无料自动报警的目标。
        再如将光电传感器安装在自动化线的某个适当位置，当电表通过时，光电传感器感受到电表的到来，将这一信号传给后台电脑，电脑驱动电表前面的挡停装置自动升降，实现自动阻挡、自动放行电表的目标，从而实现电表在自动化线上自动运行。
        声音传感器用于蜂鸣器的检测。将声音传感器安装在特定装置上，当电表通过托盘到位后，装置自动下行，将声音传感器紧贴在电表的蜂鸣器上，光电传感器通过感应记录电表蜂鸣器的声音，并将其声音与标准声音进行比对，鉴别蜂鸣器的好坏，遇到不合格的蜂鸣器，自动线报警。
        图像传感器主要用于智能电表的液晶屏检测，通过CCD拍照，存入电脑，并将所拍的照片与标准照片进行比对，从而判断液晶屏质量的优劣，提升液晶屏检测质量。
        结束语：传感技术是实现自动化、数字化、信息化的重要使能技术，是实现智能制造的重要支撑，只有多学习传感器，多应用传感器，多总结传感器的应用情况，才能发挥新一代信息技术的优势，为智能制造带来更大的价值，实现更智能、更敏捷。