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2022年5月20日 星期五

工業中使用的 15 種物聯網感測器類型 



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長期以來,行業和組織一直在使用各種感測器,但物聯網的發明使感測器的發展達到了完全不同的水準。

物聯網平台使用各種感測器發揮作用,並提供各種智慧和數據。它們用於收集數據、推送數據,並與整個連接設備網路共享。所有這些收集的數據使設備能夠自主運行,整個生態系統每天都在變得「更智慧」。

透過將一組感測器和一個通信網路相結合,設備可以相互共享資訊,並提高其有效性和功能。

以特斯拉汽車為例。汽車上的所有感測器,都會記錄他們對周圍環境的感知,並將資訊上傳到一個龐大的數據庫中。

然後處理數據,並將所有重要的新資訊發送到所有其他車輛。這是一個持續的過程,整個特斯拉車隊每天都在變得更加智慧。

讓我們看一下在物聯網世界中廣泛使用的一些關鍵感測器。


溫度感測器

根據定義,「一種用於測量熱能的設備,可以檢測來自特定來源的溫度物理變化,並為設備或用戶轉換數據,稱為溫度感測器。」

這些感測器已經在各種設備中佈署了很長時間。然而,隨著物聯網的出現,他們發現更多的空間存在於更多的設備中。

就在幾年前,它們的用途主要包括空調控制、冰箱和用於環境控制的類似設備。然而,隨著物聯網世界的出現,它們已經在製造過程、農業和健康產業中發揮作用。

在製造過程中,許多機器需要特定的環境溫度,以及設備溫度。透過這種測量,製造過程可以始終保持最佳狀態。

另一方面,在農業中,土壤溫度對作物生長非常重要。這有助於植物的生產,最大限度地提高產量。


以下是溫度感測器的一些子類別

  • 熱電偶:這些是電壓裝置,可通過電壓變化指示溫度測量。隨著溫度升高,熱電偶的輸出電壓升高。
  • 電阻式溫度檢測器(RTD):該器件的電阻與溫度成正比,當溫度升高時電阻正向增加。
  • 熱敏電阻:它是一種溫度敏感的電阻器,它的物理電阻隨溫度的變化而變化。
  • IC(半導體):它們是線性器件,其中半導體的電導率線性增加,並利用半導體材料的可變電阻特性。它可以提供數位形式的直接溫度讀數,尤其是在低溫下。
  • 紅外線感測器(熱成像):它通過截取物體或物質發射的一部分紅外線能量來檢測溫度,並感應其強度,只能用於測量固體和液體的溫度,由於其透明性,不能用於氣體。


近接感測器

一種檢測附近物體是否存在或該物體的屬性,並將其轉換為用戶或簡單電子儀器,無需接觸即可輕鬆讀取的信號的設備。

近接感測器主要用於零售行業,因為它們可以檢測運動,以及客戶與他們可能感興趣的產品之間的相關性。用戶會立即收到附近產品的折扣,和特別優惠的通知。

另一個大而古老的用例是車輛。你正在倒車,並且在倒車時被警告有障礙物,這是近接感測器的工作。

它們還用於在商場、體育場或機場等場所提供停車位。


以下是一些接近感測器的子分類

  • 電感式感測器:電感式近接感測器用於非接觸式檢測,以使用電磁場或電磁輻射束找出金屬物體的存在。它可以以比機械開關更高的速度運行,並且由於其堅固性而似乎更可靠。
  • 電容式感測器:電容式近接感測器可以檢測金屬和非金屬目標。幾乎所有其他材料都是不同於空氣的電媒介。它可用於透過大部分目標感測非常小的物體。因此,一般用於困難和複雜的應用。
  • 光電感測器:光電感測器由光敏部件組成,利用一束光來檢測物體的存在與否。它是電感式感測器的理想替代品。並用於長距離感應或感應非金屬物體。
  • 超音波感測器:超音波感測器也用於檢測目標的存在,或測量目標的距離,類似於雷達或聲納。這為惡劣和苛刻的條件提供了可靠的解決方案。


壓力感測

壓力感測器是一種感應壓力,並將其轉換為電信號的設備。這裡,量取決於施加的壓力程度。

有很多設備依賴於液體或其他形式的壓力。這些感測器使創建物聯網系統成為可能,以監控壓力驅動的系統和設備。與標準壓力範圍有任何偏差時,設備都會通知系統管理員任何應該修復的問題。

這些感測器的佈署不僅在製造中非常有用,而且在整個水系統和加熱系統的維護中也非常有用,因為它很容易檢測到壓力的任何波動或下降。


水質感測

水質感測器,主要用於配水系統中的水質檢測和離子監測。

水實際上無處不在。這些感測器在監測不同用途的水質時,發揮著重要作用。它們用於各種行業。


以下是最常用的水感測器列表

  • 餘氯感測器:它測量水中的餘氯(即游離氯、一氯胺和總氯),因其高效而被廣泛用作消毒劑。
  • 總有機碳感測器: TOC 感測器用於測量水中的有機元素。
  • 濁度感測器:濁度感測器測量水中的懸浮固體,通常用於河流和溪流計量、廢水和流出物測量。
  • 電導率感測器:電導率測量在工業過程中進行,主要是為了獲取水溶液中總離子濃度(即溶解的化合物)的資訊。
  • pH 感測器:用於測量溶解水中的 pH 值,顯示它是酸性還是鹼性(鹼性)。
  • 氧還原電位感測器: ORP 測量可深入了解溶液中發生的氧化/還原反應水準。


化學感測

化學感測器應用於許多不同的行業。他們的目標是指示液體的變化,或找出空氣的化學變化。它們在大城市中發揮著重要作用,在那裡有必要追踪變化並保護人口。

化學感測器的主要用例,可以在工業環境監測和過程控制、有意或無意釋放的有害化學物質檢測、爆炸物和放射性檢測、空間站、製藥行業和實驗室的回收過程等領域找到。


以下是最常見的化學感測器類型

  • 化學場效應晶體管
  • 化學電阻
  • 電化學氣體感測器
  • 熒光氯化物感測器
  • 硫化氫感測器
  • 非色散紅外線感測器
  • pH 玻璃電極
  • 電位感測器
  • 氧化鋅奈米棒感測器


氣體感測

氣體感測器類似於化學感測器,但專門用於監測空氣品質的變化,和檢測各種氣體的存在。與化學感測器一樣,它們用於製造、農業和衛生等眾多行業,用於空氣品質監測、有毒或可燃氣體檢測、煤礦中的有害氣體監測、石油和天然氣行業、化學實驗室研究、製造 – 塗料、塑料、橡膠、醫藥石化等。


以下是一些常見的氣體感測

  • 二氧化碳感測器
  • 呼氣酒測器
  • 一氧化碳探測器
  • 催化珠感測器
  • 氫感測器
  • 空氣污染感測器
  • 氮氧化物感測器
  • 氧感測器
  • 臭氧監測儀
  • 電化學氣體感測器
  • 氣體檢測儀
  • 濕度計


煙霧感測

煙霧感測器是一種感應煙霧(空氣中的微粒和氣體)及其水準的設備。

它們已經使用了很長時間。然而,隨著物聯網的發展,它們現在更加有效,因為它們被插入到一個系統中,該系統可以立即通知用戶不同行業中出現的任何問題。

煙霧感測器廣泛用於製造業、暖通空調、建築物和住宿基礎設施,以檢測火災和氣體事件。這有助於保護在危險環境中工作的人員,因為與舊系統相比,整個系統要有效得多。


常見類型的煙霧感測

煙霧感測器檢測其場周圍是否存在煙霧、氣體和火焰。它可以透過光學或物理過程,或透過使用這兩種方法來檢測。

  • 光學煙霧感測器(光電):光學煙霧感測器利用光散射原理觸發到乘員。
  • 電離煙霧感測器:電離煙霧感測器的工作原理是電離,一種化學物質來檢測引起觸發警報的分子。


紅外線感測

紅外線感測器用於,透過發射或檢測紅外線輻射,來感知其周圍環境的某些特徵。它還能夠測量物體發出的熱量。

它們現在用於各種物聯網項目,特別是在醫療保健領域,因為它們使監測血流和血壓變得簡單。它們甚至還用於各種常規智慧設備,例如智慧手錶和智慧手機。

其他常見用途包括家用電器和遙控器、呼吸分析、紅外線視覺(即可視化電子設備中的熱洩漏、監測血流、藝術史學家查看油漆層下)、可穿戴電子設備、光通信、基於非接觸式的溫度測量、汽車盲角檢測。

它們的使用並不止於此,它們也是確保你家中高級安全性的絕佳工具。此外,它們的應用包括環境檢查,因為它們可以檢測各種化學物質和熱洩漏。它們將在智慧家庭行業發揮重要作用,因為它們具有廣泛的應用。


液位感測

用於確定在開放或封閉系統中流動的流體、液體或其他物質的液位,或數量的感測器,稱為液位感測器。

與 IR 感測器一樣,液位感測器也存在於各行各業中。它們主要以測量燃料水準而聞名,但它們也用於處理液體材料的企業。例如,回收行業以及果汁和酒精行業,依靠這些感測器來測量他們擁有的流動資產的數量。

液位感測器的最佳用例,是開放或封閉容器中的燃油計量和液位、海平面監測和海嘯預警、蓄水池、醫療設備、壓縮機、液壓蓄水池、機床、飲料和製藥加工、高液位或低液位檢測等

這有助於更好地簡化他們的業務,因為感測器始終收集所有重要數據。透過使用這些感測器,任何產品經理都可以準確地看到,有多少液體準備好分配,以及是否應該加快製造速度。


有兩種基本的液位測量類型

  • 點位感測感器:點位感測器通常檢測特定的特定水準,並在感應物體高於或低於該水準時反應用戶。它整合到單個設備中以獲取警報或觸發
  • 連續液位感測器:連續液位感測器測量指定範圍內的液體,或乾燥材料液位,並提供連續指示液位的輸出。最好的例子是車輛中的燃油油位顯示。


圖像感測

圖像感測器是用於,將光學圖像轉換為電子信號,以電子方式顯示或儲存文件的儀器。

圖像感測器的主要用途,是數位相機和模組、醫學成像和夜視設備、熱成像設備、雷達、聲納、媒體屋、生物辨識和 IRIS 設備。


兩種主要類型的感測器用於:

  • CCD(電荷耦合器件),和
  • CMOS(互補金屬氧化物半導體)成像儀。

儘管每種感測器使用不同的技術來捕獲圖像,但 CCD 和 CMOS 成像器,都使用金屬氧化物半導體,對光的敏感程度相同,並且沒有固有的品質差異

普通消費者會認為這是一台普通的相機,但即使這與事實相去甚遠,圖像感測器與各種不同的設備相連,使其功能更加完善。

最著名的用途之一包括汽車行業,其中圖像起著非常重要的作用。借助這些感測器,系統可以辨識標誌、障礙物和許多其他駕駛員,通常會在路上注意到的東西。它們在物聯網行業中發揮著非常重要的作用,因為它們直接影響著無人駕駛汽車的進步。

它們還在改進的安全系統中實施,其中圖像有助於捕獲有關肇事者的詳細資訊。

在零售行業,這些感測器用於收集有關客戶的數據,幫助企業更好地了解誰實際訪問了他們的商店、種族、性別、年齡只是零售業主通過使用這些物聯網傳感器獲得的一些有用參數。


運動檢測感測

運動檢測器是一種電子設備,用於檢測給定區域內的物理運動(運動)並將運動轉換為電信號;任何物體的運動或人類的運動

運動檢測在安控行業中發揮著重要作用。企業在不應始終檢測到移動的區域使用這些感測器,並且很容易注意到安裝了這些感測器的任何人的存在。

這些主要用於入侵檢測系統、自動門控制、吊桿屏障、智慧攝影機(即基於運動的捕捉/影像記錄)、收費廣場、自動停車系統、自動水槽/馬桶沖洗器、乾手器、能源管理系統(即自動化照明、交流、風扇、電器控制)等。

另一方面,這些感測器還可以破譯不同類型的運動,使其在某些行業中非常有用,在這些行業中,客戶可以透過揮手或執行類似動作,與系統進行通信。例如,有人可以向零售店的感測器揮手,請求幫助做出正確的購買決定。

儘管它們的主要用途與安全行業相關,但隨著技術的進步,這些感測器的可能應用數量只會增加。


以下是廣泛使用的主要運動感測器類型:

  • 被動紅外線 (PIR):它檢測體熱(紅外能量)和家庭安全系統中,使用最廣泛的運動感測器。
  • 超音波:發出超音波脈衝,並透過追踪音波的速度,來測量移動物體的反射。
  • 微波:發出無線電波脈衝,並測量移動物體的反射。它們比外線和超音波感測器覆蓋更大的區域,但它們容易受到電氣干擾,並且更昂貴。


加速度計感測

加速度計是一種感測器,用於測量物體由於慣性力,而經歷的物理或可測量加速度,並將機械運動轉換為電輸出,它被定義為速度相對於時間的變化率。

這些感測器現在存在於數以百萬計的設備中,例如智慧手機。它們的用途通常包括檢測振動、傾斜和加速度。這非常適合監控你的駕駛車隊或使用智慧計步器。

在某些情況下,它被用作一種防盜保護形式,因為如果應該保持靜止的物體被移動,感測器可以透過系統發送警報。

它們廣泛用於蜂窩和媒體設備、振動測量、汽車控制和檢測、自由落體檢測、飛機和航空工業、運動檢測、體育學院/運動員行為監測、消費電子、工業和建築工地等。


加速度計有很多種,以下幾種主要用於物聯網項目:

  • 霍爾效應加速度計:霍爾效應加速度計使用霍爾原理來測量加速度,它測量由周圍磁場變化引起的電壓變化。
  • 電容式加速度計:電容式加速度計感應輸出電壓,取決於兩個平面表面之間的距離。電容式加速度計,也不易受噪聲和溫度變化的影響。
  • 壓電加速度計:壓電感測原理是作用於壓電效應。基於壓電膜的加速度計,最適合用於測量振動、衝擊和壓力。

每種加速度計感測技術,都有其自身的優勢和折衷。在選擇之前,重要的是要了解各種類型的基本差異和測試要求。


陀螺儀感測

用於測量角速率或角速度的感測器或設備,稱為陀螺感測器,角速度簡單地定義為繞軸旋轉速度的測量值。它是一種主要用於導航,和測量 3 軸方向的角速度,和旋轉速度的設備。最重要的應用是監控對象的方向

它們的主要應用領域,包括汽車導航系統、遊戲控制器、蜂窩和相機設備、消費電子產品、機器人控制、無人機和遙控直升機或無人機控制、車輛控制/ADAS 等等。

陀螺感測器有幾種不同的類型,根據其工作機制、輸出類型、功率、感應範圍和環境條件進行選擇。

  • 旋轉(經典)陀螺儀
  • 振動結構陀螺儀
  • 光學陀螺儀
  • MEMS(微機電系統)陀螺儀

這些感測器總是與加速度計結合使用。這兩個感測器的使用只是為系統提供了更多的回饋。安裝陀螺儀感測器後,許多設備可以幫助運動員提高運動效率,因為他們可以在體育活動中了解運動員的運動。

這只是其應用的一個示例,但是,由於該感測器的作用,是檢測旋轉或扭曲,因此其應用對於某些製造過程的自動化非常重要。


濕度感測

濕度定義為空氣或其他氣體氣氛中的水蒸氣量。最常用的術語是「相對濕度 (RH)」

這些感測器通常跟隨溫度感測器的使用,因為許多製造過程,都需要完美的工作條件。透過測量濕度,你可以確保整個過程順利進行,當有任何突然變化時,可以立即採取行動,因為感測器幾乎可以在瞬間檢測到變化。

它們的應用和用途可以在工業和住宅領域中找到,用於加熱、通風和空調系統控制。它們還可以在汽車、博物館、工業空間和溫室、氣象站、油漆和塗料行業、醫院和製藥行業中找到,以保護藥品


光學感測

測量光線的物理量,並將其轉換為用戶,或電子儀器/設備易於讀取的電信號的感測器稱為光學感測器。

光學感測器深受物聯網專家的喜愛,因為它們可以同時測量不同的事物。該感測器背後的技術,使其能夠監測電磁能,包括電、光等。

由於這個事實,這些感測器已在醫療保健、環境監測、能源、航空航太和更多行業中得到應用。有了他們的存在,石油公司、製藥公司和礦業公司,能夠更好地追踪環境變化,同時保證員工的安全。

它們的主要用途可用於環境光檢測、數位光開關、光纖通信,由於電氣隔離最適合石油和天然氣應用、民用和交通領域、高速網路系統、電梯門控制、裝配線零件計數器和安全系統。


以下是光學感測器的主要類型:

  • 光電探測器:它使用光敏半導體材料,如光電管、光電二極管或光電晶體管作為光電探測器
  • 光纖:光纖不承載電流,因此它不受電氣和電磁干擾的影響,即使在損壞的情況下也不會發生火花或電擊危險。
  • 高溫計:它透過感應光的顏色來估計物體的溫度,物體根據它們的溫度輻射光,並在相同的溫度下產生相同的顏色。
  • 近接和紅外線:接近使用光來感應附近的物體,而紅外線則用於可見光不便的地方。

很明顯,物聯網已經變得非常流行,目前的趨勢表明它是未來。它只是幫助實現各種流程的自動化,使這些系統對普通消費者和企業都非常有用。

我們還沒有看到這項技術所具有的全部潛力,因為透過融合所有上述感測器,整個平台變得更加智慧。當你考慮到所有測量數據都已收集,並可以進行分析這一事實時,很明顯物聯網將在未來變得更加智慧。



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