智能傳感器的發展

傳感器量程及精度基礎

物理特性對感知功能至關重要，這些科學法則決定了量程范圍和精度。電感式接近傳感器和超聲波傳感器是現有傳感器中最常見的類型。

感應接近式傳感器，內部有線圈，可以產生一個射頻場，來檢測目標對象的存在。為了達到最佳的精度和準確度，工程師們應該選擇最小的射頻場來檢測目標對象。

這是因為重復性和滯后性。重復性是操作點在重復操作時的準確度，通常為檢測范圍的2%或更小。滯后是當測量目標對象接近傳感器時感知的信號，與目標離開信號關閉時兩者之間的差異。一般計算為感知場變化的百分比，通常是5%。

例如，如果一個8毫米傳感器的量程為3毫米，重復性將是0.06毫米，典型的滯后將是0.15毫米。更大的80×80毫米“冰球”式傳感器，量程為50毫米，重復性為1毫米，典型的滯后為2.5毫米。

對于那些需求非常特殊的趨近式感應傳感器應用場合，8毫米傳感器會更準確，因為開/關信號窗口更精確。

在更大范圍內的現場傳感，超聲波傳感器往往比較合適。這些傳感器利用聲波檢測目標，通過發射聲波脈沖，然后接收反射信號。

超聲波傳感器可靠檢測的距離最高可達6米。對更復雜的現場傳感，超聲波傳感器也非常理想，比如形狀不規則的或透明的目標、非金屬物體、更廣泛的檢測區域或者當粉塵或油膜存在時候。

液位監測和玻璃檢測是超聲波傳感器的兩個應用實例。檢測透明物體如玻璃對基于視覺的系統來說相當具有挑戰性，但如果傳感器安裝妥當，透明材料仍能反射聲波。

液體在反射聲波時，表面清晰異常，因此超聲波傳感器通常用于監測容器中的液位。

惡劣環境也會嚴重影響范圍和精度。惡劣環境可能會涉及到大量的環境方面的挑戰，從腐蝕性化學品到灰塵和其它侵入。選擇合適的材料，可以保證傳感器能夠承受這些變化，可靠地檢測目標對象。如果有苛刻的化學品存在，不銹鋼是最好的選擇。黃銅則通常適用于無化學品的環境。

新技術對傳感器性能的影響

由于微處理器和內部傳感器技術的進步，現在的感知傳感器正在經歷著性能改進。隨著新的解決方案進入市場，工程師和原始設備制造商正在發現這些創新如何提高運營中傳感器的精確度或擴展測量范圍。

其中一個進展是IO-Link，它是一種標準化的點對點通信技術，旨在增加從傳感器收集并報告給控制器的數據。它在數據精度方面也有實際應用，特別是在模擬系統中。

在傳統的模擬系統中，一個信號可以從數字轉換到模擬，然后再傳送到可編程邏輯控制器(PLC)，在那里，它從模擬信號再轉換到數字信號。每一次轉化，都可能會降低數據精度。

然而，使用IO-Link，傳感器信號在被傳輸回IO-Link主站、并最終傳遞到PLC之前，需要進行一次數字傳輸。對轉換次數的限制降低了信號失真的機會。

由于數字分辨率是固定的，這種技術也提高了傳感數值的準確性。工程師可以查看二進制數字信號，選擇具有代表性的點位，根據讀數作出決定。

工程師不必在期望的測量范圍內擴展模擬信號。內部微處理器的設計，可以進行更多的線性化，使數字信號更準確。