各类传感器工作原理了解及典型应用接线(二）

 在工业自动化生产体系中，传感器与各类工控元件是实现设备精准控制、安全运行、数据采集的核心基石，其性能与应用合理性直接决定产线效率、产品质量及作业安全性。本文聚焦图像识别传感器、安全光栅、激光扫描仪、压力传感器等常用工业元件，从八至十八章系统梳理各类元件的概要、工作原理与主要类型、核心特征及接线与规格，针对安全门开关的OSSD、EDM等易混淆功能、特定型号安全继电器参数等重点难点内容专项解析，形成兼具理论指导性与实操参考性的技术梳理文档，为工业自动化领域的设备选型、调试运维、技术培训提供全面支撑。

八、图像识别传感器（智能相机的一类）

1.概要：图像识别传感器可使用相机拍摄到的图像辨别目标物的有无或差异。相机 / 照明 / 控制器自成一体，构成和操作十分简单。与其他通用传感器的区别在于 1 台传感器可实现多种功能，还可集中检测多点，并采用以图像“面”进行广泛捕捉的原理，即使目标物动作不固定，也可进行检测。

2.原理和主要类型

（1）黑白型

传感器头（相机）拍摄的图像穿过镜头后，通过光接收元件（主要为 CMOS）被转换为电信号。然后，根据该光接收元件像素数中分配的明暗和浓淡信息，辨别目标物的亮度和形状

（2）彩色型

光接收元件为彩色型。由于与采用黑白两极灰度级进行识别的黑白型不同，是将接收的光信息分析为三原色（RGB）后识别各自的灰度级，因此即使是浓淡差异较少的颜色，也可进行辨别。

3.特征

并非以“点”而是以“面”检测，例：以 1 台传感器集中检测多个点

由于可对拍摄的图像同时使用多种工具，因此

•存在多个检测目标物

•存在多个需辨别的内容

•检测目标物转变

等等内容也可使用 1 台传感器解决。此外，可后续追加工具，即使状况有所改变，也可通过简单设定持续追踪 。

4.接线与规格

（1）接线

（2）规格

九、安全光栅

1. 概要：安全光栅也就是光电安全保护装置，一般来说安全光栅成对存在，分为发射端和接收端。

2. 原理与主要类型

（1）光同步

透过型光电式安全传感器使用一组发射器和接收器。为了让仅接收来自同组发射器的光，而不接收其他的光（环境光），接收器需要掌握发射器的发射时机，就被称为发射器和接收器“同步”的结构。通过缆线进行“同步”，因此需要连接同步线。

（2）单线型：仅接收器需要配线至控制面板，如下图所示

3. 特征

4. 接线与规格

（1）接线

安全光栅的EDM功能，全称External Device Monitor，即外部设备监控功能，是一种重要的安全保护功能。EDM功能主要用于监控那些与光栅光幕相连的外部强制停机保护设备的工作状态，如继电器、接触器等，确保这些设备在需要动作时正常动作，若这些保护设备未正常动作的危险情况下，EDM则发挥保护作用，触发光栅报错

1.当光栅正常工作且光路无遮挡时，其OSSD（Output Signaling Device）会输出特定的信号。此时，如果外部设备的状态与OSSD输出信号不匹配（例如，继电器常闭触点无法闭合），EDM便会判断为故障，并触发光栅报错。

例：当安全光幕安全光栅正常工作时，且光路无遮挡的时候，NPN型OSSD输出低电平时，继电器常闭触点打开，此时EDM输入端的电压为24V，与光栅的输出信号相反。

当安全光幕正常工作时，且光路无遮挡的时候，NPN型OSSD输出高平时，继电器常闭触点打开，此时EDM输入端的电压为0V，也与光栅的输出信号相反。

但是当继电器的触点动作不良时，虽然安全光幕安全光栅的OSSD输出为低电平（NPN为高电平），但常闭触点无法闭合，此时EDM输入端的电压为24V，与安全光幕安全光栅的OSSD输出信号相同，此时检测出继电器触点故障，并触发安全光幕报错，使设备停机，直到故障被排除。

2.当安全光栅检测到无人进入工作区域时，它将执行常规的物体检测功能，确保工作场所的安全（如让AUX和OSSO1关闭输出信号），一旦这些外部设备，如继电器，出现故障，比如因长期超负荷或高频通断工作导致触点粘连而无法及时切断电路时，EDM能够及时发现问题，触发光栅报错，并使相关设备停机，避免潜在的危险。

(如上图的AUX输出停机信号，但K1或者K2线圈未接通，导致EDM此时应没信号却有信号，触发光栅报警，让OSSO1/OSSO2也没有信号输出，使K1/K2线圈也没有形成回路，K1/K2常开点断开，切断电机电源，保证安全)

（2）规格(基恩士GL-R为例)

十、激光扫描仪（3D激光扫描）

1. 概要

引自百度百科

三维激光扫描系统主要由三维激光扫描仪、计算机、电源供应系统、支架以及系统配套软件构成。三维激光扫描仪作为三维激光扫描系统的主要组成部分，是由激光射器、接收器、时间计数器、马达控制可旋转的滤光镜、控制电路板、微电脑、CCD机以及软件等组成，是测绘领域继GPS技术之后的一次技术革命。它突破了传统的单点测量方法，具有高效率、高精度的独特优势。三维激光扫描技术能够提供扫描物体表面的三维点云数据，因此可以用于获取高精度高分辨率的数字地形模型。

三维测量

传统测量概念里，所测的的数据最终输出的都是二维结果（如CAD出图），在测量仪器里全站仪，GPS比重居多，但测量的数据都是二维形式的， 在逐步数字化的如今，三维已经逐渐的代替二维，因为其直观是二维无法表示的，三维激光扫描仪每次测量的数据不仅仅包含X,Y,Z点的信息，还包括R,G,B颜色信息，同时还有物体反射率的信息，这样全面的信息能给人一种物体在电脑里真实再现的感觉，是一般测量手段无法做到的。

快速扫描

快速扫描是扫描仪诞生产生的概念，在常规测量手段里，每一点的测量费时都在2-5秒不等，更甚者，要花几分钟的时间对一点的坐标进行测量，在数字化的如今，这样的测量速度已经不能满足测量的需求，三维激光扫描仪的诞生改变了这一现状，最初每秒1000点的测量速度已经让测量界大为惊叹，而脉冲扫描仪（scanstation2）最大速度已经达到50000点每秒，相位式扫描仪Surphaser三维激光扫描仪最高速度已经达到120万点每秒，这是三维激光扫描仪对物体详细描述的基本保证，古文体，工厂管道，隧道，地形等复杂的领域无法测量已经成为过去式。

2. 原理与主要类型

(1)原理

引自与非网

激光扫描仪的主要功能是获取物体表面的三维信息。通过扫描不同位置的物体表面，可以获取一定数量的几何点数据，利用这些点数据可以重建出物体的三维模型。此外，激光扫描仪还可以实现快速测量物体尺寸、形状、位置等参数的功能，并且可以在工业制造领域中应用于质量控制、逆向工程等方面。

(2)主要分类

可分为基于脉冲式；基于相位差；基于三角测距原理。

3. 特征

4. 接线与规格(基恩士LJ系列)

可以IO/RJ45网线…

十一、红外温度传感器

1. 概要

红外辐射：所有物体都会以一定强度发射红外辐射，这是由于它们的分子和原子在不同温度下的热运动引起的。这种红外辐射包含在电磁辐射光谱的红外区域内，具有较长的波长，人眼无法直接感知。

2. 原理与主要类型

红外测温传感器是一种利用红外线来测量温度的设备，测温原理是黑体辐射定律。自然界中一切高于绝对零度的物体都在不停向外辐射能量，物体的向外辐射能量的大小及其按波长的分布与它的表面温度有着十分密切的联系，物体的温度越高，所发出的红外辐射能力越强。黑体的光谱辐射出射度由普朗克公式确定，不同温度下的黑体光谱辐射度图：

红外温度传感器按照测量原理可以分为两类:光电红外温度传感器和热电红外温度传感器。热电红外温度传感器是利用红外辐射的热效应，通过温差电效应、热释电效应和热敏电阻等来测量所吸收的红外辐射，间接地测量辐射红外光物体的温度。 它的测量距离大约为1-30米，测量回应时间大约为0-999秒。可以直接输出标准电压、电流信号、电偶输出及数字输出。

3. 特征

红外温度传感器通过利用物体发出的红外辐射来测量其表面温度，而无需直接接触

4. 接线与规格

十二、压力传感器

1. 概要

引用自知乎-什么是压力传感器？几分钟带你搞懂压力传感器工作原理

一、什么是压力？

这个压力不是我们通常说的压力，不是说工作有压力，生活有压力这种。

这个压力是单位面积上施加在表面上的力的表达，准确的说法是压强，通常测量液体、空气、其他气体的压力等。

压强的标准单位是“帕斯卡”。这相当于一个“牛顿每平方米”。

压力传感器只是监控这个压强，并可以在世界上已知的几个单位之一中显示它。这通常是“帕斯卡”、“巴”和“PSI”（磅/平方英寸）。

轮胎中的空气压力是压强及其测量方式的一个特别形象的例子。

当我们给轮胎充气时，它施加在轮胎上的力会增加，导致轮胎充气，通过轮胎内的压力传感器进行监控的。

二、什么是压力传感器？

压力传感器是将气体或液体中的输入机械压力转换为电输出信号的传感器或仪器。压力传感器由可以测量、检测或监控施加压力的压敏元件和将信息转换为电输出信号的电子元件组成。

压力传感器具有两个重要特性：(1) 提供承受高压的坚固性；(2) 具有弹性以最小程度地变形并在受压时恢复其原始形状。

三、压力传感器如何工作

简而言之，压力传感器将压力转换为一个小的电信号，然后进行传输和显示。因此，这些通常也被称为压力变送器。使用的两个常见信号是 4 到 20 mA信号和 0 到 5 V 信号。

大多数压力传感器使用压电效应工作。这是当材料响应应力而产生电荷时，这种应力通常是压力，但也可能是扭曲、弯曲或振动。

压力传感器检测压强并可以通过测量电荷来确定压强的大小。

压力传感器需要校准，以便知道什么电压或毫安 (mA) 信号对应于什么压强，这是基本的“零”和“跨度”校准或最小值和最大值，这是维护人员的常见工作。

四、压力传感器工作原理

1、压阻式压力传感器

压阻传感元件也可以以类似的桥接形式排列。下图说明了桥式压力传感器的传感元件是如何连接到柔性膜片上的，因此电阻会根据膜片偏转的大小而变化。压力传感器的整体线性度取决于膜片在规定测量范围内的稳定性，以及应变片或压阻元件的线性度。

压阻式压力传感器元件根据膜片反射的大小测量电阻变化

压阻式压力传感器元件根据膜片反射的大小测量电阻变化示意图

2. 原理与主要类型

（1）绝对压力传感器

绝对压力传感器是真空压力传感器的一种类型。它们的读数始终相对于零，并且输出值为正数，而其他类型的传感器可以是正数或负数。它们非常适合在气压计关键应用中测量气压，例如天气监测或导航高度检测。气压传感器依靠建立一个来自绝对真空的基准值来获得可靠的读数。

对于气压检测来说，这是至关重要的，因为气体的压力与温度成反比。如果没有完美的真空作为零点参考，绝对压力读数将因热波动而不同。

（2）差压传感器

差压传感器测量系统中两点之间的压力变化。这对于检查系统的各个方面的正确运行非常重要，例如放空阀或流量。

差压传感器的规格有所不同，但大多数可以测量传感器元件中单个膜片两侧的压力。根据这些压力如何偏转膜片，任何一侧的读数都可以是正数或负数。

也可以创建其他的设置来测量两个或多个独立传感器设备之间的压差，这些设备位于远程位置，并通过来自其内部电子设备的信号连接。

（3）表压传感器

表压传感器是一种相对压力传感器。通常，它们用于测量当地大气压力和另一个系统中给定位置的压力水平之间的相对差异。

应用包括检查通风罐的液位、操作血压计或控制真空泵的所需速度和功率。在这两种情况下，系统周围实时大气压力的差异将影响所需的计算和读数。许多表压传感器依赖于连接到电阻器或类似电子元件的薄膜，记录偏转力作为输出值的变化。

按工作原理分:

3. 特征

施加的任何比例变化都会导致设备感应元件中发生物理反应。

4. 接线与规格

十三、流量测试传感器

1. 概要

流量传感器是一种用于监测液体、空气或其他气态介质在管道、系统或环路中的流速和压力的设备。

这些开关或传感器可用于在一定时间内监测流量，或设置为持续监测总流量。技术上讲，流量计或指示器可能并不一定是真正的流量“开关”——如果该设备只记录和显示信息，那么更适合称为计量器或指示器。

2. 原理与主要类型

引用自流量传感器是什么？流量传感器工作原理和流量传感器种类及类型

(1）原理

许多类型都会包括某种划桨或磁性触发器（主要设备），它连接到一个电路并放置在液体或气体通过的通道中。这个划桨被正流经过的任何物质所替代或旋转，并向一个叫做变换器的次要元件发送一个信号读数。

变换器获取这个划桨的原始信号并以可读的格式传递给一个发射机。发射机再将这个读数与预定义的参数进行比较，并执行需要调整组件和机制行为的任何信号或操作。

这样，流量传感器可以监测、报告和控制液体或气体通过系统的一个特定部分或整个系统的流速，确保流量保持在这些预设参数内。如果速率超过或低于所需速率，它可以立即触发一系列行动，如激活警报、启动泵、改变流向、关闭系统的部分。一个开关执行哪些行动将完全取决于开关的类型和其设计用途。

并非所有流量传感器都具有实际的划桨。超声波和其他非入侵式版本也很常见，它们通过从被监测介质反弹信号来工作。这在介质被污染、物理损坏或其他有害的情况下特别有用，或者在没有暴露于不断磨损的运动部件的情况下非常有用。

Rotaflow或可变面积流量传感器是更简单的设备，它们使用锥形管道和一个浮子（或有时是电磁体）来测量、限制或允许气体或液体自由通过。有各种各样的磁性流量传感器可用，在介质具有一定导电性的范围内，它们可以非常有效。

(2）分类

流量传感器是什么？流量传感器工作原理和流量传感器种类及类型

a. 用于水和流体的流量传感器

b, 用于气体和空气的流量传感器

3. 特征

略

4. 接线与规格

十四、磁栅尺

1. 概要

磁栅尺又称磁尺，是一种采用电磁方法记录磁波数目位置的检测装置，对使用环境的条件要求较低，对周围磁场的抗干扰能力较强，在油污、粉尘较多的地方使用有较好的稳定性。

2. 原理与主要类型

3. 特征

略

4. 接线与规格

十五、静电消除器

1. 概要

静电消除器也可以叫除静电设备，其原理如下。它由高压电源产生器和放电极（一般做成离子针）组成,通过尖端高压电晕放电把空气电离为大量正负离子，然后用风把大量正负离子吹到物体表面以中和静电，或者直接把静电消除器靠近物体的表面而中和静电。静电消除器快易优自动化选型有收录。主要运用于工业生产，属于电子产品系列。

2. 原理与主要类型

主要分为：离子风机，离子风枪，离子风棒，离子风鼓，离子风蛇，离子风嘴，离子风帘，高压发生器，板面清洁机等。

3. 特征

略

4. 接线与规格

十六、安全继电器

1. 概要

安全继电器是一个安全回路中所必须的控制部分，它接受安全输入，通过内部回路的判断，确定性的输出开关信号到设备的控制回路里。简单地说，安全继电器都是双通道信号型，只有两个通道信号都正常时，安全继电器才能正常工作；在工作过程中，只要其中任一通道信号断开，安全继电器都会停止输出，直到两个通道信号都正常且复位后才能正常工作。

2. 原理与主要类型

（1）电磁式

电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点（常开触点）与静触点（常闭触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点释放。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点” [1]。如图2所示。

（2）热敏干簧

热敏干簧继电器是一种利用热敏磁性材料检测和控制温度的新型热敏开关。它由感温磁环、恒磁环、干簧管、导热安装片、塑料衬底及其他一些附件组成。热敏干簧继电器不用线圈励磁，而由恒磁环产生的磁力驱动开关动作。恒磁环能否向干簧管提供磁力是由感温磁环的温控特性决定的。

（3）固态式

固态继电器是一种两个接线端为输入端，另两个接线端为输出端的四端器件，中间采用隔离器件实现输入输出的电隔离。

3. 特征

略

4. 接线与规格（以PILZ 777031，即PNOZ X2.7P，为例）

引用自如何使用Pilz的安全继电器PNOZ X2.7P/X2.8P？

PNOZ X2.7P和PNOZ X2.8P这两款安全继电器主要用于急停按钮和安全门，结构相对简单些。从名称中可以看出，PNOZ X2.7P和X2.8P亲缘关系很近，两者具有相同的内部电路原理图。不同之处在于：PNOZ X2.8P支持自动复位功能（Auto reset），PNOZ X2.7只能手动复位（Manual Reset）。

PNOZ X2.7P/X2.8P可以使用直流24V（DC 24V）或交流24V（AC 24V）供电，有6个安全接线端子：S11、S12、S21、S52、S22和S34。可组成两路安全通道和一路复位通道。其中，S52和S22构成安全通道1（CH1），S12和S21构成安全通道2（CH2）；S11连接电源正极，S21连接电源负极，S34用于复位；

除了安全回路，PNOZ X2.7P/X2.8P还有三路辅助常开（NO）通道和一路常闭（NC）通道。常开通道包括13-14、23-24和33-34，常闭通道为41-42；辅助通道不能连接到安全回路中。

下面这张图，是PNOZ X2.7P/X2.8P的内部电路图：

将2个通道合成只用一个通道使用，接线方法：

PNOZ X2.7P/X2.8P提供三个LED指示灯，分别用来指示电源（PWR）、通道1（CH1）和通道2（CH2）的状态。

当电源接通且两路安全通道均处于闭合状态时，三个LED灯均会点亮。此时辅助常开触点（通道）闭合，常闭触点（通道）断开

当安全通道断开（比如：按下急停按钮）时，通道（CH1和CH2）指示灯熄灭，辅助常开触点（通道）断开，常闭触点（通道）闭合

当拍下急停按钮，安全通路断开，安全继电器被触发；当急停按钮恢复、安全通路的外围重新闭合时，安全继电器是否能恢复工作状态取决于复位的设置。

对于PNOZ X2.8P来说，可以用导线直接把S12和S34连接起来。此时，若外围的安全回路从断开状态恢复到闭合状态，安全继电器将自动复位（Auto Reset），两个安全通道的指示灯将被点亮。

对于PNOZ X2.7P来说，必须在S12和S34连接一个常开触点（或按钮），让S12-S34之间先导通再断开，以此来复位安全继电器。这种复位称为手动复位（Manual Reset）。

安全继电器被触发后必须复位才能恢复工作（两个安全通路的指示灯全部被点亮），PNOZ X 2.8P支持自动复位和手动复位，而PNOZ X2.7P仅支持手动复位。

十七、安全门开关

1. 概要：安全门开关是一种安全设备，用于监测和控制门的开关状态，以确保工作场所的安全。它也被称为安全门锁、安全开关、安全门锁开关、电磁锁定安全开关等

2. 原理与主要类型

（1） 门禁开关：这是最基本的安全门开关类型，通常安装在门的两侧或顶部。它通过检测门的开关状态，发出信号来控制设备的运行。如果门未关闭或有人员进入门禁区域，它会触发停止信号，以确保工作区域的安全。

（2） 电子安全门锁：电子安全门锁结合了门禁开关和锁定机制。它通过电子信号控制门锁，只有在门完全关闭并锁定时，设备才会运行。这种安全门锁可以防止未经授权人员无法进入或离开危险区域，确保工作环境的安全。

3. 特征：略

4. 接线与规格

（1）OSSD 功能（此功能OSSD1/OSSD2有不理解之处,特别配合后面其他功能时）OSSD (Output signal switching device）输出信号开关装置(控制安全电路的开关输出口)

当安全门的条件满足所有安全条件时，OSSD则会符合ON状态（PNP输出+24V、NPN输出0V）OSSD1 和 OSSD2 分别输出相同状态的一对安全输出信号 ，这里和OSSD不是一个东西？？？

（2）安全输入

利用来自连接在安全输入上的传感器或紧急停止开关的输入信号，对 GS （锁定）的 OSSD 进行控制的功能。安全输入 1 和安全输入 2 是一对安全输入。如果安全输入 1 或安全输入 2 变为OFF 状态，则 OSSD 变为 OFF 状态。

在安全输入上连接其他 GS （锁定）设备 或 GS （非接触）设备 的 OSSD ，可增设多台

GS设备 使用（级联连接）。 GS （锁定）设备 最多可增设 25 台。

• 不使用安全输入时，请按照下述要求进行安全输入的配线。

PNP 型时：短路至 24 V 。

NPN 型时：短路至 0 V 。

• 如果安全输入 1 和安全输入 2 不一致的时间超过 3 秒，将发生安全输入错误。

紧急停止开关的配线

通过在安全输入上连接紧急停止开关，可在按下紧急停止开关时，紧急停止设备。紧急停止开关的配线示例(PNP为例，当OSSD1/OSSD2都是+24V，安全输入都ON，状态正常，当急停拍下，ON信号切断，第1到第N-1台的状态报错误)

（3）锁定功能

锁定功能是通过对传感器和钥匙进行物理固定，使安装了 GS （锁定）的钥匙的门等保持关闭状态的功能。

根据 GS （锁定）主机的型号（机械锁定型、电磁锁定型）不同，锁定功能的动作也不同。

（4）自保功能（状态维持功能）

自保功能是阻止 OSSD 由 OFF 状态自动变为 ON 状态的功能。该功能可防止设备意外启动或重启。要从自保功能工作的状态恢复到正常动作状态，需要进行复位操作。

高功能型的自保功能设定可从 “ 自动 ” 、 “ 手动 ”2 个类型中选择。

PNP为例

（5）EDM 功能（这里和自保功能有什么关系？？？和光栅的EDM功能差异这么大？？不理解）

为了对设备的危险源进行启动或停止控制，将 OSSD 输出与强制引导式或接触器等外部设备连接使用时，可以通过 GS （锁定）监控并检测该外部设备的故障（接点熔化等）。该监控功能称为 EDM 功能。

光栅EDM

EDM的全称是External Device Monitor，即外部设备监控，这里的外部设备通常指连接光栅的强制停机保护设备，如继电器、接触器等

（6）AUX 输出

（7）钥匙编码化

GS （锁定）有 2 个编码级别。

（8）状态灯的识别与处理

（9）型号的含义

十八、端子片、端子台

1. 概要

2. 原理与主要类型

3. 特征

4. 接线与规格

型号命名原则：TP线芯径+孔位数+颜色

电控板交流常用端子排

电控板直流常用端子排

以上内容整理自

–基因士官网基于原理解说工厂的传感器传感器基础教科书