Typer av närhetssensorer

 

Närhetssensorer är en klass av sensorer som upptäcker närvaron eller frånvaron av föremål med hjälp av elektromagnetiska fält, ljus och ljud. Det finns många typer av närhetssensorer, var och en lämplig för specifika applikationer.

 

1. Induktiva närhetssensorer
Induktiva närhetssensorer fungerar genom att använda elektromagnetiska fält, så de kan bara upptäcka metallmål. När ett metallmål kommer in i det elektromagnetiska fältet ändrar metallens induktionsegenskaper fältets egenskaper, vilket gör närhetssensorn uppmärksam på närvaron av metallmålet. Beroende på graden av metallinduktion kan mål detekteras på större eller kortare avstånd.

Induktiva närhetssensorer består av fyra huvuddelar: en järnkärna med spolar, en oscillator, en Schmitt-trigger och en utgångsförstärkare.
Oscillatorn genererar ett symmetriskt oscillerande magnetfält, som emitteras från den järnhaltiga kärnan med spolar vid avkänningsytan. När ett metallmål kommer in i detta magnetfält induceras virvelströmmar, oberoende små elektriska strömmar, på metallytan. Detta ändrar den magnetiska reluktansen (naturfrekvensen) hos den magnetiska kretsen och minskar därigenom oscillationsamplituden. När mer metall kommer in i avkänningsfältet, minskar oscillationsamplituden tills den kollapsar helt (detta är "virvelströmsundertryckningsoscillatorn" eller ECKO-principen). Schmitt-triggern reagerar på dessa amplitudförändringar och justerar sensorutgången. När målet så småningom lämnar sensorns räckvidd återupptar kretsen oscillationen och Schmitt-utlösaren återställer sensorn till sin tidigare utgång.

 

På grund av magnetfältets begränsningar har induktiva sensorer ett relativt snävt avkänningsområde, vanligtvis i genomsnitt från några få millimeter till 60 millimeter. Emellertid kompenseras bristen i räckvidd av induktiva sensorer av deras miljöanpassningsförmåga och mångfald i metallavkänning.

Induktiva närhetssensorer har en längre livslängd på grund av frånvaron av rörliga delar som utsätts för slitage. Det är dock värt att notera att metallföroreningar (som spån i skärapplikationer) ibland kan påverka sensorprestanda, därför är induktiva sensorhus vanligtvis gjorda av förnicklad mässing, rostfritt stål eller PBT-plast.

 

2. Kapacitiva närhetssensorer
Kapacitiva närhetssensorer kan detektera metalliska och icke-metalliska mål i form av pulver, granulat, vätska och fasta ämnen. Detta, tillsammans med deras förmåga att känna av icke-järnhaltiga material, gör dem idealiska för applikationer som glasövervakning, detektering av tankvätskenivå och identifiering av pulver-vätskenivå i behållaren.

I kapacitiva sensorer är två ledande plattor (vid olika potentialer) inrymda i avkänningshuvudet och placerade för att fungera som en öppen kretskondensator. Luft fungerar som isolator: när den är statisk är kapacitansen mellan de två plattorna minimal. I likhet med induktiva sensorer är dessa plattor också anslutna till en oscillator, en Schmitt-trigger och en utgångsförstärkare. När ett mål kommer in i avkänningsområdet ökar kapacitansen för de två plattorna, vilket orsakar en förändring i oscillatoramplituden, vilket ändrar Schmitt-triggertillståndet och genererar en utsignal.

 

Det är värt att notera skillnaden mellan induktiva och kapacitiva sensorer: induktiva sensorer oscillerar tills ett mål är närvarande, medan kapacitiva sensorer oscillerar när ett mål är närvarande.

På grund av kapacitiv avkänning som involverar laddningsplattor är den något långsammare än induktiv avkänning, med frekvenser från 10 till 50 Hz och avkänningsavstånd från 3 till 60 mm.

Eftersom kapacitiva sensorer kan detektera de flesta typer av material måste de hållas borta från icke-målmaterial för att undvika falsk triggning. Därför, om målmaterialet innehåller järnhaltiga element, är induktiva sensorer det mer pålitliga valet.

 

3. Fotoelektriska närhetssensorer
Fotoelektriska närhetssensorer är mångsidiga och kan upptäcka mål så små som 1 millimeter eller så långt som 60 mm.
Alla fotoelektriska sensorer består av flera grundkomponenter: varje sensor har en emitterljuskälla (LED, laserdiod), en fotodiod eller fototransistormottagare för att detektera emitterat ljus och elektroniska hjälpanordningar för att förstärka mottagarsignalen.
Fotoelektriska närhetssensorer finns huvudsakligen i tre typer: reflekterande, genomgående och diffusa. Närhetssensorer av reflekterande typ upptäcker föremål när ljus som emitteras från sensorn reflekteras tillbaka till den fotoelektriska mottagaren. Genomgående strålsensorer upptäcker mål när ljusstrålen mellan sensorns sändare och mottagare avbryts av ett föremål.

 

Den mest tillförlitliga typen av fotoelektrisk avkänning är genomgående strålsensorer. Sändaren är separerad från mottagaren av individuella höljen, vilket ger en konstant ljusstråle. Detektering sker när ett objekt avbryter strålen mellan dem.

Även om genomstrålningssensorer erbjuder hög tillförlitlighet, är de de minst populära optiska enheterna eftersom det är kostsamt och besvärligt att installera sändare och mottagare i två motsatta positioner (som kan vara långt ifrån varandra).

En unik egenskap hos genomgående fotoelektriska sensorer är deras effektiva avkänning även i närvaro av täta luftburna föroreningar. Om föroreningar ansamlas direkt på sändaren eller mottagaren ökar sannolikheten för falska utlösare. Men vissa tillverkare införlivar nu larmutgångar i sensorkretsen för att övervaka mängden ljus som når mottagaren. Om ljuset som detekteras utan att ett mål är närvarande minskar till en specificerad nivå avger sensorn en varning via en inbyggd lysdiod eller utgångsledning.

 

I motsats till genomgående sensorer har sensorer av reflekterande typ inte separata höljen för sändare och mottagare; båda är inrymda i samma hölje, vända åt samma håll. Sändaren producerar en ljusstråle, som pulserande infraröd, synlig röd eller laser, som projiceras på en specialdesignad reflektor och sedan reflekteras tillbaka till mottagaren. Detektering sker när ljusvägen störs eller störs.

 

Fördelen med närhetssensorer av reflekterande typ är att de är lätta att installera, vilket kräver installation av sensorn på bara en sida, vilket avsevärt kan spara på komponent- och tidskostnader.

 

I likhet med reflekterande sensorer har diffusa sensorer både sändaren och mottagaren inrymda i samma hölje. Men målet som detekteras fungerar som reflektor, så dessa sensorer känner av ljus som reflekteras på avstånd.

Sändaren avger en ljusstråle (vanligtvis pulserande infraröd, synlig röd eller laser) som sprider sig i olika riktningar och fyller ett detektionsområde. Målet går sedan in i detta område och reflekterar en del av strålen tillbaka till mottagaren. Detektering sker när tillräckligt med ljus faller på mottagaren, vilket utlöser en utgång för att öppna eller stänga (beroende på om sensorn är ljus eller mörk på).

 

Ett vanligt exempel på diffusa sensorer är beröringsfria kranar på offentliga toaletter. Handen som är placerad under pipen fungerar som reflektorn och utlöser ventilen att öppna. Det är värt att notera att eftersom målet (handen) fungerar som reflektorn, är diffusa fotoelektriska sensorer ofta begränsade av målmaterial och ytegenskaper; avkänningsområdet kommer att reduceras avsevärt för icke-reflekterande mål som mattsvart papper jämfört med ljusa vita.

 

4. Ultraljudssensorer
Ultraljudsnärhetssensorer används i många automatiserade tillverkningsprocesser. De använder ljudvågor för att upptäcka föremål, så färg och transparens påverkar dem inte. Detta gör dem till ett idealiskt val för olika applikationer, inklusive fjärrdetektering av transparent glas och plast, avståndsmätning, kontinuerlig kontroll av vätske- och granulära materialnivåer och stapling av papper, plåt och trä.
De vanligaste typerna liknar dem inom fotoelektrisk avkänning: genomgående strålar, reflekterande och diffusa.

Ultraljudssensorer för diffusa närhetssensorer använder en ljudvågssensor som avger en serie ljudpulser och sedan lyssnar på dem som återvänder från det reflekterade målet. När en reflektionssignal väl har tagits emot sänder sensorn en utsignal till styrenheten. Avkänningsräckvidden sträcker sig upp till 2,5 meter.

Ultr