工业的发展离不开众多感知技术的加持，其中最为关键的技术之一便是传感器。可以说，工业传感器让自动化智能设备有了感知能力。经过半个多世纪的发展，我国工业传感器在体系、规模、产品种类、基础技术研究、产学研用一条龙建设等多方面取得了一定的进步，基本满足国民经济建设需要。

那么，四次工业革命的技术有何不同？工业传感器有何应用？不同的传感器有何特点？

四次工业革命的技术特征

第一次工业革命开始于 18 世纪后期的英国，用水和蒸汽动力取代纯粹的人力和畜力，从而帮助实现大规模生产。成品是用机器制造，而不再是手工制作。

一个世纪后，第二次工业革命引入了装配线以及对石油、天然气和电力的利用。这些新能源，以及借助电话和电报进行的更先进的通信，为制造过程带来了大规模生产和一定程度的自动化。

第三次工业革命始于 20 世纪中叶，在制造过程中增加了计算机、先进的电信和数据分析。工厂的数字化始于将可编程逻辑控制器 (PLC) 嵌入机器中，以帮助自动化某些流程并收集和共享数据。

我们现在正处于第四次工业革命，也称为工业 4.0。只要将传感器或者执行器嵌入到工厂现场的物理对象中，并能够无线或者有线网络连接，就能轻松采集到工厂低层的数据，这些数据将传给到计算中心进行分析，而所有物理对象都能或感知自己的环境，并可以进行相互之间的通信。

工业 4.0 这种数字技术可提高自动化、预测性维护、流程改进的自我优化，最重要的是，将效率和对客户的响应能力提高到前所未有的新水平。

未来的制造工厂里，实现了虚拟计算和现实世界的连接，利用数字化技术颠覆制造流程，让一切都变得可控可调。数字化生产技术可能是未来10年内较有可能对制造业产生重大影响的颠覆性技术。通过应用机器学习算法，制造商可以立即检测错误，而不是在维修工作更昂贵的后期阶段。

随着传感器技术的发展，未来交互技术也将发生巨大的变革，例如生物识别、意念控制等等，人与机器的交流将变得越来越轻松，甚至有可能将机器变成人的一部分，进一步增强人类的能力，并实现了生产力的提升。

工业 4.0 概念和技术可以应用于所有类型的工业公司，包括离散和流程制造，以及石油和天然气、采矿和其他工业领域。

工业传感器的应用

工业传感器是用于各种工业场景如能源、石油、化工、冶金、电力、机械制造、汽车等工业制造过程中的各类传感器，泛指在工业制造过程能将感受的力、热、光、磁、声、湿、电、环境等被测量转换成电信号输出的器件与装置。是一类涉及多学科基础技术融合的工业产品。具有技术密集、多品种、小批量、使用灵活及应用分布广泛的典型特征。

德国传感和测量技术协会(AMA)在《传感器技术2022——让创新互联》报告中指出，传感器技术是很多机器、设备和车辆竞争力的核心技术，是提升其价值增值的手段。与当前快速发展的互联网一样，传感器的发展为其带来机遇与挑战。未来传感器的先进程度决定了机械制造、汽车、过程控制和制造领域的国际竞争力。美国则在上世纪80年代就成立了国际技术小组(BGT)，从国家层面协调政府资源、企业和相关部门在传感器技术、功能材料等全方面开展工作，服务于美国工业制造、智能制造和军工领域。日本在上世纪末就已经将传感器技术列为本世纪十大技术之首，日本工商界直接认为，“支配了传感器技术就能支配新时代”，并将传感器技术的开发利用列为本世纪国家重点发展六大核心技术之一。

我国工业传感器经过半个多世纪的发展，在体系、规模、产品种类、基础技术研究、产学研用一条龙建设等多方面取得了一定的进步，基本满足了改革开放以来快速发展的国民经济建设需要。但我国工业传感器产业自身所存在的共性基础研究不利、创新能力弱、核心技术少、核心元件成果走不出实验室、核心元器件国产化严重缺失的问题并没有得到根本解决。我国基础科学研究短板依然突出，企业对基础研究重视不够，重大原创成果缺乏，底层基础技术、基础工艺能力不足，基础元器件、基础材料等瓶颈仍然突出，关键技术受制于人的局面没有根本性改变。工业传感器作为现代工业的基础、工业革命(工业4.0)的基石，对我国整个工业产业发展具有四两拨千斤的重要价值。

不同的传感器

那么，在工业自动化中，通常需要用到哪些传感器呢？

一、温湿度传感器

温湿度传感器是一种装有湿敏和热敏元件，能够用来测量温度和湿度的传感器。将温度和湿度信号采集出来，经过稳压滤波、运算放大、非线性校正、V／I转换、恒流及反向保护等电路处理后，转换成与温度和湿度成线性关系的电流信号或电压信号输出。

二、光电传感器

光电传感器是将光信号转换为电信号的一种设备。其工作原理基于光电效应，光电效应是指光照射在某些物质上时，物质的电子吸收光子的能量而发生了相应的电效应现象。可用于检测直接引起光量变化的非电物理量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等；也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度，以及物体的形状、工作状态的识别等。

三、压力传感器

压力传感器是工业实践中常用的一种传感器，是能感受压力信号，并能按照一定的规律将压力信号转换成可用的输出的电信号的器件或装置。广泛应用于水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等行业。

四、霍尔传感器

霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器，广泛应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。霍尔效应是研究半导体材料性能的基本方法。通过霍尔效应实验测定的霍尔系数，能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数。

五、接近传感器

接近传感器，是代替限位开关等接触式检测方式，以无需接触检测对象就能进行检测的传感器总称，能将检测对象的移动信息和存在信息转换为电气信号。接近传感器是一种具有感知物体接近能力的器件，它利用位移传感器对接近的物体具有敏感特性来识别物体的接近，并输出相应开关信号，因此，接近传感器又称为接近开关。

六、MEMS传感器

MEMS传感器即微机电系统，是在微电子技术基础上发展起来的多学科交叉的前沿研究领域，涉及电子、机械、材料、物理学、化学、生物学、医学等多种学科与技术。目前在太空卫星、运载火箭、航空航天设备、飞机、汽车、生物医学及消费电子产品等领域中得到了广泛的应用。

七、扭矩传感器

扭矩传感器，又称力矩传感器、扭力传感器、转矩传感器、扭矩仪。采用应变片电测技术 ，在弹性轴上组成应变桥，向应变桥提供电源即可测得该弹性轴受扭的电信号。通过对各种旋转或非旋转机械部件上对扭转力矩感知的检测。该传感器可以准确测量各种扭力、转速及机械功率。

八、光纤传感器

光纤传感器是一种将被测对象的状态转变为可测的光信号的传感器。光纤传感器的工作原理是将光源入射的光束经由光纤送入调制器，在调制器内与外界被测参数的相互作用，使光的光学性质如光的强度、波长、频率、相位、偏振态等发生变化，成为被调制的光信号，再经过光纤送入光电器件、经解调器后获得被测参数。

九、位移传感器

位移传感器又称为线性传感器，是一种属于金属感应的线性器件，位移传感器的作用是把各种被测物理量转换为电量。该感器的应用范围相当广泛，常用在工业自动化或者建筑桥梁等方面。

十、磁性传感器

磁性材料在感受到外界的热、光、压力、放射线等之后，其磁特性会改变。利用这种物质可以做成各种可靠性好，灵敏度高的传感器，这类传感器是利用磁性材料作为其敏感元件，故称磁性传感器。

十一、集成的传感器

下一代驱动轴将采用智能化测量技术。为了实现这一点，core sensing将智能传感器和测量部件集成到驱动轴的腔体中，并开发了针对预测性维护和状态监测的智能解决方案，可使公司能够更高效、更经济地使用生产设备和商用车辆。

集成的传感器可直接提供作用在驱动轴上的实时、高精度扭矩测量数据。通过这些数据可以得出关于驱动轴及其周围部件状况的可靠结论，为用户提供精确的测量结果。

十二、IO-Link传感器

无论过去还是现在，许多情况下，工业传感器都采用模拟形态，其中包含检测元件和将检测数据传输至控制器的某种方式。数据采用单向模拟方式进行传输。之后出现了可提供数字开/关信号的二进制传感器，包含电感、电容、超声波、光电等检测元件，以及半导体开关元件。其输出可能是：高端（HS）开关（PNP）或低端（LS）开关（NPN），或者是推挽式（PP）。但数据仍然受到限制，只能从传感器单向传输至主机，不提供纠错控制，仍然需要现场技术人员来执行手动校准等任务。因此，业界亟需一种更好的解决方案来满足“工业4.0”、智能传感器和可重新配置的厂区部署等需求。

时下获得公认的解决方案是IO-Link协议，一种相对较新的工业传感器标准，目前已呈现出迅速增长态势。据IO-Link相关组织预测，截至当前，行业使用支持IO-Link标准的节点已超过1600万个，而这个数字仍再不断攀升。

IO-Link是一种标准化技术（IEC 61131-9），规定工业系统中的传感器和执行器如何与控制器交互。作为一种点对点通信链接，IO-Link采用标准连接器、电缆和协议。IO-Link系统设计用于工业标准3线传感器和执行器基础设施，由IO-Link主机和IO-Link器件产品组成。

IO-Link通信在一个主机和一个器件（传感器或执行器）之间进行。通信采用二进制（半双工）形式，使用非屏蔽电缆时，通信距离限制在20米内。进行通信需要使用三线式接口（L+、C/Q和L-）。在IO-Link系统中，主机的供电范围为20V至30V，器件（传感器或执行器）的供电范围为18至30V。

来源：非猩芯人类，传感器专家网，德国工业智库，电子工程世界