2. SICK传感设备家族与工作原理

SICK 的产品线覆盖面很广，但真正决定一台传感器"能不能用、怎么用、怎么校准"的，是它背后的物理检测原理和由此决定的输出特性。理解这一层，才能在选型、安装、调试和故障判断时不至于只靠型号记忆。本节按检测介质和物理效应，把典型产品归为六类：光电、电感、电容、超声波、激光雷达、编码器，逐一说明它们"感知什么、怎么感知、输出什么"。

光电传感器：用光的有无与回波判断物体

光电传感器的共同点是发射光束并接收回波，区别在于发射器与接收器的空间关系。对射式（Through-beam）发射器和接收器分置两侧，物体遮断光路即触发，检测距离最长、抗污染能力最强，但需要两侧布线。反射式（Retro-reflective）把发射与接收做在同一壳体，靠反射镜把光送回，安装只需单侧。漫反射式（Diffuse）则直接接收物体表面的散射光，无需反射镜，但检测距离受物体颜色和表面粗糙度影响明显——黑色绒面物体可能把有效距离压缩到标称值的一半以下。

输出特性上，光电传感器多为 PNP/NPN 三线制开关量输出，部分型号带模拟量或 IO-Link。关键参数是响应时间（常见 0.5～2 ms）和重复精度。校准的核心动作是调节灵敏度电位器或示教（Teach-in）：把物体放入检测位置按一次示教，再移开按一次，传感器据此设定阈值。判断是否合格，看的是"有物/无物"两种状态下输出是否稳定翻转，而不是单次能否触发。

电感与电容传感器：靠电磁场变化识别金属与非金属

电感式传感器内部是 LC 振荡电路，线圈产生交变磁场。当金属物体进入磁场，涡流效应使振荡幅度衰减，后级电路据此输出开关信号。它只对金属敏感，检测距离短（常见 1～15 mm），但响应快、寿命长、抗油污。校准关注的是"衰减系数"：以钢为 1.0，不锈钢约 0.7，铝约 0.4，铜约 0.3。同一台传感器测铝时有效距离会明显缩短，安装时必须按实际材质留余量。

电容式传感器把被测物当作电容的一极，介质进入电场即改变电容量。它能检测金属、塑料、液体、粉末，甚至可透过玻璃或塑料壁检测料位。代价是极易受湿度、结露和附着物影响，校准时要先做空载示教、再做满载示教，并留出迟滞区间防止抖动。

超声波传感器：以声速换距离

超声波传感器发射高频声脉冲（常见 40～400 kHz），测量回波时间 t，按 d = v·t/2 计算距离，其中 v 为声速。声速随温度变化约为 0.6 m/s 每摄氏度，20 ℃ 时约 343 m/s。这意味着温度从 20 ℃ 升到 40 ℃，声速增加约 3.5%，若不做温度补偿，1 m 处的测距误差可达 3～4 cm。因此带温度补偿的型号在精度要求高的场合是必要的。

超声波的优势是能检测透明、反光、深色物体，且不受颜色影响；缺点是波束角较大（常见 8°～15°），在狭窄空间易受侧壁反射干扰，且对吸声材料（如海绵、棉布）回波弱。输出上既有开关量，也有 4～20 mA 或 0～10 V 模拟量，校准通常通过示教设定窗口上下限。

激光雷达：扫描获取点云

激光雷达（LiDAR）通过旋转或固态扫描机构，把激光束按角度逐点发射并接收回波，得到"距离 + 角度"的点云数据。相比单点光电，它能同时获取轮廓、位置和尺寸信息，常用于 AGV 导航、区域防护和体积测量。输出不再是简单的高低电平，而是通过以太网或串行接口输出的点云帧。校准关注的是角度零点、扫描平面水平度和距离标定，判断依据是已知距离标靶的测量偏差是否在允差内。

编码器：把位移转成脉冲或数字量

编码器分增量式和绝对值式。增量式输出 A、B 两路正交脉冲，通过相位差判断方向，Z 相每转输出一个零位脉冲；分辨率用每转脉冲数（PPR）表示，常见 1024、2048、4096。绝对值式则每个位置对应唯一编码，断电后位置不丢失，输出多为 SSI、BiSS 或 IO-Link。按物理原理又分光电式、磁式和电容式：光电式精度高但对污染敏感，磁式抗振抗污但分辨率略低。

校准编码器时，重点检查三件事：脉冲计数是否与机械行程一致、A/B 相位差是否为 90°、零位脉冲是否每转出现一次。若计数偏少，可能是分辨率设置错误或信号频率超出计数器上限；若方向反了，交换 A/B 接线或修改控制器方向参数即可。

输出特性与校准的对应关系

不同输出形式对应不同的校准动作和判断标准。开关量输出校准的是阈值和迟滞，判断看翻转是否干脆；模拟量输出校准的是量程端点和线性度，判断看多点测量偏差；IO-Link 输出则可以在线读取参数和诊断信息，校准变成参数写入与回读比对；编码器输出校准的是计数与相位，判断看脉冲数与实际位移的比值。把"原理—输出—校准—判断"这条链打通，面对具体型号时就不会无从下手。

需要强调的是，以上参数均为常见范围的示例值，实际选型必须以对应型号的数据手册为准。不同系列在检测距离、响应时间、防护等级上差异很大，把原理理解清楚，再对照手册确认具体指标，才是可靠的工程做法。