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工業傳感器扮演著“眼睛和耳朵”的角色，在現代制造和自動化領域中已成為不可或缺的基石，從基礎的測量設備蛻變為能夠全方位監測離散自動化與過程自動化的精密系統。當與 AI（視覺 AI、聲學 AI 或物理 AI）相結合時，工業傳感器讓物理系統具備了自學習能力，進而助推制造效率、安全性的提升，并促進數字孿生技術和數據分析的應用。

智能制造是數字技術與傳統制造流程深度融合的體現。其中的核心是物理人工智能 (AI)，它將 AI 算法引入物理系統，例如機械臂、自動引導車輛 (AGV) 和計算機數控 (CNC) 機床。物理系統要能有效運行，離不開來自物理環境的實時數據，而傳感器的作用正在于此。

工業傳感器扮演著“眼睛和耳朵”的角色，在現代制造和自動化領域中已成為不可或缺的基石，從基礎的測量設備蛻變為能夠全方位監測離散自動化與過程自動化的精密系統。當與 AI（視覺 AI、聲學 AI 或物理 AI）相結合時，工業傳感器讓物理系統具備了自學習能力，進而助推制造效率、安全性的提升，并促進數字孿生技術和數據分析的應用。本文將深入探討各類傳感器及其應用。

洞悉工業傳感器及其工作原理

工業傳感器是感知和處理各種物理參數的器件，如距離、壓力、溫度、流量、液位、運動、速度、加速度等。它們收集的數據，對于監測和控制制造流程而言，可謂舉足輕重。收集到的數據隨后會通過數字/模擬輸入輸出 (I/O) 及通信模塊發送到可編程邏輯控制器 (PLC) 或 CNC。

在典型的工業傳感器中，主要組件（見圖 1）包括傳感元件、電壓基準源、運算放大器 (OpAmp)、模數轉換器 (ADC)、處理器、接口和電源管理模塊。傳感元件負責測量物理參數，并將其轉化為電壓、電流、電阻等電信號。

工業傳感器充當著 AI 與物理世界之間的接口，恰如人體中的神經系統。當數字世界需要與物理環境進行交互時，離不開模擬和混合信號傳感器。下一代工業自動化系統不僅在信息技術 (IT) 云端融入 AI 能力，還將 AI 嵌入到部署在現場的操作技術 (OT) 器件中。換言之，AI 算法將應用于邊緣端的傳感器或可編程邏輯控制器 (PLC)/機器人中，以實現快速決策。 在此，我們將重點探討工業自動化中所使用的傳感器。

位置和扭矩傳感器：

盡管霍爾效應傳感器、力傳感器和光學傳感器已應用于電機位置控制，但考慮到磁體、精密電阻等感應元件及光學編碼器復雜的制造工藝，整體方案的成本實則居高不下。

如今，一種新趨勢逐漸興起：在運動控制和機器人技術相關應用中開始采用電感式位置傳感器，以帶繞組的印刷電路板 (PCB) 作為感應元件，并搭配模擬前端 (AFE) 和控制器。NCS32100和 NCV77320兩款產品相較傳統位置傳感器具有專門優勢，包括但不限于耐溫性強、機械結構簡化、抗污染能力出色等。

超聲波傳感器：

超聲波傳感器借助超聲波來測量距離，非常適合檢測透明物體（不同于光學傳感器），且不受灰塵和污垢的影響。安森美的 NCV75215是一款性能出色的接近傳感器，檢測距離為 25 厘米至 4.5 米。在自主移動機器人中，超聲波傳感器用于導航和避障；在過程自動化應用中，可對流體進行流量與液位檢測；而在成品質量檢驗中，可用于識別缺陷與裂紋。

光電傳感器：

光電傳感器借助光線實現物體檢測，分為對射式、反射式和漫反射式三種類型，各自具備不同的特性和應用場景。光電傳感器以非接觸檢測、適用幾乎所有材料、支持長距離視距檢測為顯著優勢，主要采用紅外與激光技術。安森美的 QR1113是一款性能優良的反射式傳感器，940 納米紅外發射器與配套的硅光電晶體管并排封裝，提供表面貼裝和通孔兩種封裝形式。

光電傳感器是較為常用的一種傳感器，在家電中可以使用光電液位傳感器來判斷液位的有無，從而防止水箱溢出和干燒。錦鋒光電式液位傳感器LLM12DH05因其無機械運動結構，不存在卡死等諸多問題，檢測可靠性高在咖啡機、飲水機、魚缸等場景廣泛應用。LLM12DH05光電式液位傳感器國產替代美國霍尼韋爾 LLE系列型號：LLE101000，LLE102000，LLE103000，LLE105000，LLE101101，LLE102101，LLE103101，LLE105101。

壓力傳感器：

壓力傳感器應用于氣動、液壓或潔凈室環境中，用于維持理想運行狀態并對偏差發出警報。它們通常以應變片或力敏電阻為核心，采用惠斯通 (Wheatstone) 電橋結構來抵消誤差，通過微小電壓變化實現壓力測量。