當你站在飲料裝瓶的自動化產線旁，你會發現，無需人工介入，每一個空瓶都能夠精準地停在注射噴頭的下方，完成裝填后轉移到下一道工序，這是位置傳感器和編碼器在產線上的精美配合。在今天的工業制造場景里，工業傳感器無所不在，物流、上料、訂單控制等自動化環節都離不開它們，是機器進行數據采集的關鍵器件，與控制系統、軟件一起成為支撐工業體系運轉新的“鐵三角”。

目前，全球主要國家和地區都在強調工業4.0升級，其本質是打造數字化、定制化的產品和服務的生產模式。現階段，挖掘數據價值進而實現智能化升級成為工廠自主革新的要點。工業傳感器賦予工廠和外界“溝通交流”的能力——通過傳感數據構建數字網絡來優化生產設備。當然，這個過程也帶動了工業傳感器的需求量大漲。根據MarketsandMarkets的報告，全球工業傳感器市場規模預計將從2021年的206億美元增長到2026年的319億美元，期間該市場預計將以9.1%的復合年增長率增長。

工業傳感器的品類和特點

從概念上看，工業傳感器是用于石油、化工、冶金、電力、機械制造等各種工業場景的傳感器，泛指在工業制造過程中能將感受的力、熱、光、磁、聲、濕、電、環境等被測量數據轉換成電信號輸出的器件與裝置。在龐大的工業自動化系統中，傳感器主要作為輸入設備，主要的產品特點是技術密集、多品種、小批量、部署靈活、安全穩定等。

在自動化技術的基礎上，目前全球主要國家和地區都在部署和攻堅工業4.0。在此過程中，傳統傳感器和通信芯片、微處理器、驅動程序、軟件算法等融為一體，成為工業智能傳感器。如下圖所示，目前亞太、北美和歐洲地區是工業4.0的重點區域，因此對工業智能傳感器的需求量更大，廠商紛紛設立辦事處。

在產品供應上，和廣泛意義上的傳感器一樣，工業傳感器也存在寡頭市場特征，歐美日廠商手握大部分市場份額，代表廠商包括通用電氣、愛默生、西門子、博世、意法半導體、霍尼韋爾、ABB、日本橫河、歐姆龍等。

如上所述，這些工業智能傳感器塑造了工業4.0的“感知系統”。所謂的工業4.0就是以工業自動化技術為基礎，實現生產系統和底層設備的深度融合，包括智慧工廠和智慧產品兩大核心主題。從下圖IBM工業4.0系統框圖能夠看出，系統最下方是物理層，也是整個系統的地基，我們剛剛提到的底層設備便主要分布于物理層，負責數據采集和現場執行，其中前者便是傳感器在工業4.0系統中的用武之地。

那么，傳感器在工業4.0系統中具體要做哪些事情呢？實際上，工業4.0的核心要點是“務聯網”，這里的“務”指的是具體的每一項業務。要將具體的業務部署到系統中，就需要對此進行量化，也就是制定各項任務指標。傳感器要做的就是，幫助精密儀器、工業機器人、伺服控制系統和傳動設備等設備嚴格執行這些指標，進而輸出合格的產品。

當然，根據工業4.0承擔的業務不同，所需要的傳感器類型也就迥異。目前，比較常用的六種傳感器分別是位置傳感器、接近傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、振動傳感器和陀螺儀等六種。

這些常用的工業傳感器在工業自動化以及工業4.0場景中應用廣泛，尤其是工業4.0九大創新場景——OCP（訂單控制生產）、AF（高適應性工廠）、SAL（自組織、自適應物流）、VBS（基于價值的服務）、TAP（產品透明性和適配性）、OSP（生產中對員工支持）、SP2（智能生產的智能產品開發）、IPD（創新性產品開發）和CRE（循環經濟）。正如IBM工業4.0框架中提到的，這些應用場景的基礎都是機器數據，由傳感器采集而來。

隨著工業4.0進程的深入，工業傳感器也在發生著變化，主要趨勢包括模塊化、緊湊封裝、更高精度、更大測量范圍以及適合用于空間受限和惡劣環境的應用。接下來，我們就為大家推薦貿澤電子平臺在售的“六種常用工業傳感器”的代表產品。

符合AEC-Q100標準的軸上磁性位置傳感器

位置傳感器主要用于檢測產品和設備的具體位置，根據實現原理的不同，可以分為自動平衡式位置傳感器、超聲波位置傳感器、電容式位置傳感器、壓力式位置傳感器、電磁式位置傳感器等。在工業制造場景中，除了我們開篇提到的工業產線流程控制案例，位置傳感器還可以用于工業電機、太陽能跟蹤器、風機渦輪機等大型設備的位置控制。

AS5116-HSOM軸上磁性位置傳感器是一款非接觸式傳感器，具有高可靠性、耐用性、低輸出噪聲和高精度模擬輸出等領先的性能優勢。AS5116-HSOM采用基于霍爾傳感器技術的堅固架構和簡單的雙極磁體，能夠測量整圈旋轉時磁通密度（Bz）的正交分量以及角度信息，其中角度信息由緩沖差分正弦和余弦電壓提供。

圖5：AS5116-HSOM系統框圖（圖源：ams OSRAM）

AS5116-HSOM符合AEC-Q100標準，在高速電機和其他要求嚴苛的汽車應用中提供準確的角度測量。由于采用的非接觸式測量方式，AS5116-HSOM的高精度不會受到污物、灰塵、油脂、水分或其他污染物等環境因素影響。在方案設計上，AS5116-HSOM采用8引腳SOIC封裝，使其更容易集成到汽車系統板布局中，且無需屏蔽，可降低系統成本。

在應用領域方面，AS5116-HSOM可用于電換向電機轉子角度檢測、電動助力轉向系統、電動泵、傳輸系統中的執行器、起動機/發電機系統以及其他360°角度測量解決方案。

采用IsoSensor技術的數字壓力傳感器

壓力傳感器是指將系統中的壓力信號轉換為可輸出信號的裝置，根據測試壓力類型的不同，可以分為壓阻式壓力傳感器、電容式壓力傳感器和壓電式壓力傳感器等。壓力傳感器的應用范圍極為廣泛，比如產線注塑、沖模、壓縮、增壓等程序都需要壓力傳感器，此外航空安全系統、礦山測試系統以及醫療檢測系統等也會用到壓力傳感器。

Amphenol Advanced Sensors公司的NPI-19數字I2C壓力傳感器采用先進的IsoSensor技術，在產品設計上，將壓阻式傳感器芯片封裝在滿液式圓柱形腔體內，通過不銹鋼閥體和膜片與被測介質隔開。通過將隔離式傳感技術和I2C接口協議融合在一起，具有理想的性能和成本優勢。在數據輸出端，NPI-19數字I2C壓力傳感器采用SenStable加工技術，提供優異的輸出穩定性。

在產品應用方面，得益于NPI-19數字I2C壓力傳感器的模塊化設計，允許各種壓力傳感器端口模塊密封焊接到傳感器頭部，可以靈活用于工業過程控制、腐蝕性液體和氣體測量、液壓系統和閥門、儲罐液位測量、氣壓測量、船舶和海洋系統、飛機和航空電子系統、醫療設備等廣泛領域。

適用于空間受限應用的接近傳感器

接近傳感器能夠檢測被檢測物的移動信息和存在信息，與位置傳感器相比，一般接近傳感器的響應更靈敏，根據實現原理不同，可分為電容式、電感式和光電式。接近傳感器在工農業、航天和醫療領域都有廣泛的應用，典型的應用包括防誤觸、避撞、喚醒等。

Molex Contrinex電感式和光電式傳感器是集成IO-Link的一體式傳感器，采用緊湊封裝。雖然體型小巧，但性能卓越、堅固耐用，能夠提供較大的檢測范圍，其中電感式傳感器具有1mm至40mm的檢測距離范圍，而光電式傳感器則具有1mm至50,000mm的檢測距離范圍。Molex Contrinex電感式和光電式傳感器采用多種專用設計保證產品的穩定輸出，比如光電式傳感器具有良好的色彩和對比度識別功能，包括帶背景抑制功能的漫射傳感器，并采用用于透明物體檢測的紫外線技術；電感式傳感器采用一體式factor-1鋼制和鋁制外殼，具有良好的抗振動和抗沖擊能力。并且，這些產品都支持IP67防護等級。

在應用領域方面，Molex Contrinex電感式和光電式傳感器可以廣泛用于包裝機、食品和飲料、裝罐設備、紡織、機床、物流、風電等行業，其中包括灰塵、面粉、油污、碎石片或泥濘的水中等高度污染環境。

高精度的可編程數字陀螺儀

陀螺儀是測量被檢測物角度、角速度和角加速度的傳感器設備，陀螺儀的種類也有很多，僅電子式就有壓電陀螺儀、MEMS微機械陀螺儀、光纖陀螺儀和激光陀螺儀等不同類型。陀螺儀最典型的應用就是提供方位基準，幫助礦山、交通、航天、生物醫學、環境監控等領域的精密儀器實現定位和姿態控制。

ADIS16260BCCZ作為一款可編程低功耗陀螺儀，在單個緊湊型封裝內集成了業界領先的MEMS和信號處理技術，用于在復雜和惡劣工作條件下檢測和測量物體角速率。ADIS16260BCCZ提供數種可編程系統內優化功能，包括傳感器帶寬開關（50Hz和330Hz）、Bartlett窗口FIR濾波器長度和采樣速率設置，幫助用戶優化噪聲和帶寬。并且，數字輸入/輸出線路提供數據就緒信號，以便主機處理器高效管理數據的一致性。

圖8：ADIS16260BCCZ系統框圖（圖源：ADI）

上述這些創新式的設計為ADIS16260BCCZ帶來兩大明顯的產品優勢。其一是該器件具有同類MEMS陀螺儀需要全動校準才能達到的精度性能；其二是該器件接通電源后，無需從系統處理器發出配置命令，便自動啟動并開始傳感器數據采樣。此外，通過ADIS16260BCCZ器件上的可尋址寄存器結構和通用串行外設接口（SPI），可以輕松訪問傳感器數據和配置設置。這些領先的性能使得ADIS16260BCCZ在平臺控制與穩定、導航、醫療儀器、機器人技術等應用領域擁有明顯優勢。

高精度、低功耗的振動傳感器

振動傳感器是指將系統中的機械量通過內部機械裝置和機電轉換裝置轉化為電信號的傳感器，根據機電轉換裝置的不同，有電動式、壓電式、電渦流式、電感式、電容式、電阻式、光電式等豐富的類型。振動傳感器在防盜、故障檢測和精度檢測等領域應用廣泛，尤其是后兩者，隨著工業設備精密度提升，振動傳感器可以第一時間捕捉到異常震動，防止因為緊固件松動等原因造成的系統故障。

D7S-A0001是高精度新一代振動傳感器，用于減輕地震引起的次生災害。該器件具備高精度、低功耗的產品特性，通過3軸加速傳感器+獨特SI值計算算法的創新設計，使其能夠提供卓越性能。在預防地震次生災害方面，D7S-A0001的SI值設計可實現更接近地震烈度的高精度判定，配備與傳統鋼珠式地震計動作類似的阻斷輸出端子（INT 1），確保與鋼珠式地震計兼容，并可以通過關閉和停止危險器件來防止二次損壞。器件上的I2C接口使其能夠與外部通信，提供傳感器獲取到的地震信息。

圖10：D7S-A0001動作時序圖（圖源：Omron）

特別需要指出的是，D7S-A0001面積非常小，僅為9.8mm x 10.9mm，可以嵌入到各種器件中，比如控制柜、電表/燃氣表、橋梁/隧道、防火系統和鐵路等應用。

類型豐富的工業溫度傳感器

溫度傳感器是指能感受溫度并轉換成可用輸出信號的傳感器，主要的分類包括熱敏電阻、熱電偶、電阻溫度檢測器、模擬溫度計和數字溫度計等。溫度傳感器廣泛應用于醫療、重型機械、水處理、風電、軌道交通等行業，流量、輻射、氣體壓力、熱化學反應等環境參數都可以被溫度傳感器轉化為電信號。

E52-P35C-ND3.2是Omron E52系列溫度傳感器里的新一代產品，適用于溫度控制器的熱輸入裝置。Omron E52系列擁有豐富的產品類型可供選擇，包括通用型、低成本型、專用型三大類，適配于各種溫度、位置和環境，以及終端的類型和形狀。

工業傳感器價值不斷提升

隨著越來越多的行業以實現工業4.0為目標，傳感器在工業領域的應用將越來越廣泛。有了傳感器，系統設備就有了“感知器官”，就有了和外界交流的窗口，幫助提升工業生產效率和智能化水平。毫無疑問，隨著工業4.0進程深入，工業傳感器會迸發出更大的能量。在產品供應方面，工業傳感器將愈發集中，頭部廠商的市占比會與日俱增；在產品設計方面，網絡化、智能化、小型化和模塊化等技術趨勢將進一步提升智能傳感器的占比。

當然，工業應用有自己的特殊性，需要工程師根據具體情況慎重挑選傳感器方案，在貿澤電子官網，可以為工程師提供應有盡有的工業傳感器選擇。

審核編輯：郭婷