Vrste senzorjev bližine

 

Senzorji bližine so razred senzorjev, ki zaznavajo prisotnost ali odsotnost predmetov z uporabo elektromagnetnih polj, svetlobe in zvoka. Obstaja veliko vrst senzorjev bližine, od katerih je vsak primeren za posebne aplikacije.

 

1. Induktivni senzorji bližine
Induktivni senzorji bližine delujejo s pomočjo elektromagnetnih polj, zato lahko zaznajo le kovinske tarče. Ko kovinska tarča vstopi v elektromagnetno polje, indukcijske značilnosti kovine spremenijo lastnosti polja in opozorijo senzor bližine na prisotnost kovinske tarče. Odvisno od stopnje indukcije kovine lahko tarče zaznamo na večjih ali krajših razdaljah.

Induktivni senzorji bližine so sestavljeni iz štirih glavnih delov: železovega jedra s tuljavami, oscilatorja, Schmittovega sprožilca in izhodnega ojačevalnika.
Oscilator ustvarja simetrično nihajoče magnetno polje, ki ga oddaja železovo jedro s tuljavami na zaznavni površini. Ko kovinska tarča vstopi v to magnetno polje, se na kovinski površini inducirajo vrtinčni tokovi, neodvisni majhni električni tokovi. To spremeni magnetni upor (naravna frekvenca) magnetnega kroga in s tem zmanjša amplitudo nihanja. Ko več kovine vstopi v polje zaznavanja, se amplituda nihanja zmanjšuje, dokler se popolnoma ne zruši (to je "oscilator za dušenje vrtinčnih tokov" ali princip ECKO). Schmittov sprožilec se odzove na te spremembe amplitude in prilagodi izhod senzorja. Ko tarča sčasoma zapusti območje senzorja, vezje nadaljuje z nihanjem in Schmittov sprožilec vrne senzor na prejšnji izhod.

 

Zaradi omejitev magnetnega polja imajo induktivni senzorji razmeroma ozko območje zaznavanja, običajno v povprečju od nekaj milimetrov do 60 milimetrov. Vendar pa je pomanjkanje obsega induktivnih senzorjev kompenzirano z njihovo okoljsko prilagodljivostjo in raznolikostjo zaznavanja kovin.

Induktivni senzorji bližine imajo daljšo življenjsko dobo zaradi odsotnosti gibljivih delov, ki so podvrženi obrabi. Vendar je vredno omeniti, da lahko kovinski onesnaževalci (kot so opilki pri rezanju) včasih vplivajo na delovanje senzorja, zato so ohišja induktivnih senzorjev običajno izdelana iz ponikljane medenine, nerjavečega jekla ali plastike PBT.

 

2. Kapacitivni senzorji bližine
Kapacitivni senzorji bližine lahko zaznajo kovinske in nekovinske tarče v obliki prahu, granul, tekočine in trdne snovi. Zaradi tega so skupaj z njihovo zmožnostjo zaznavanja neželeznih materialov idealni za aplikacije, kot so nadzor stekla, zaznavanje nivoja tekočine v rezervoarju in prepoznavanje nivoja prahu in tekočine v lijaku.

V kapacitivnih senzorjih sta dve prevodni plošči (z različnimi potenciali) nameščeni v senzorski glavi in ​​nameščeni tako, da delujeta kot kondenzator odprtega tokokroga. Zrak služi kot izolator: ko je statičen, je kapacitivnost med obema ploščama minimalna. Podobno kot induktivni senzorji so tudi te plošče povezane z oscilatorjem, Schmittovim sprožilcem in izhodnim ojačevalnikom. Ko tarča vstopi v območje zaznavanja, se kapacitivnost obeh plošč poveča, kar povzroči spremembo amplitude oscilatorja, s čimer se spremeni stanje Schmittovega sprožilca in ustvari izhodni signal.

 

Treba je opozoriti na razliko med induktivnimi in kapacitivnimi senzorji: induktivni senzorji nihajo, dokler ni tarča, medtem ko kapacitivni senzorji nihajo, ko je tarča prisotna.

Zaradi kapacitivnega zaznavanja, ki vključuje polnilne plošče, je nekoliko počasnejše od induktivnega zaznavanja, s frekvencami v razponu od 10 do 50 Hz in razdaljami zaznavanja od 3 do 60 mm.

Ker lahko kapacitivni senzorji zaznajo večino vrst materialov, jih je treba držati stran od neciljnih materialov, da preprečite lažno sprožitev. Če torej ciljni material vsebuje železove elemente, so induktivni senzorji bolj zanesljiva izbira.

 

3. Fotoelektrični senzorji bližine
Fotoelektrični senzorji bližine so vsestranski in lahko zaznajo cilje, majhne kot 1 milimeter ali oddaljene do 60 mm.
Vsi fotoelektrični senzorji so sestavljeni iz več osnovnih komponent: vsak senzor ima emiterski svetlobni vir (LED, laserska dioda), fotodiodo ali fototranzistorski sprejemnik za zaznavanje oddane svetlobe in pomožne elektronske naprave za ojačanje sprejemnega signala.
Fotoelektrični senzorji bližine so v glavnem na voljo v treh vrstah: odsevni, svetlobni in razpršeni. Odsevni senzorji bližine zaznajo predmete, ko se svetloba, ki jo oddaja senzor, odbije nazaj v fotoelektrični sprejemnik. Senzorji s skoznjim žarkom zaznajo cilje, ko svetlobni žarek med oddajnikom in sprejemnikom senzorja prekine predmet.

 

Najbolj zanesljiva vrsta fotoelektričnega zaznavanja so senzorji skozi žarek. Oddajnik je ločen od sprejemnika z individualnimi ohišji, ki zagotavljajo stalen snop svetlobe. Zaznavanje se pojavi, ko predmet prekine žarek med njima.

Čeprav senzorji skozi žarek ponujajo visoko zanesljivost, so najmanj priljubljene optične naprave, ker je namestitev oddajnikov in sprejemnikov v dveh nasprotnih položajih (ki sta lahko daleč narazen) draga in okorna.

Edinstvena značilnost fotoelektričnih senzorjev skozi žarek je njihovo učinkovito zaznavanje tudi v prisotnosti gostih onesnaževalcev v zraku. Če se onesnaževalci kopičijo neposredno na oddajniku ali sprejemniku, se poveča verjetnost lažnih sprožilcev. Vendar nekateri proizvajalci zdaj vključujejo alarmne izhode v senzorsko vezje za spremljanje količine svetlobe, ki doseže sprejemnik. Če se svetloba, zaznana brez prisotne tarče, zmanjša na določeno raven, senzor odda opozorilo prek vgrajene LED ali izhodne linije.

 

V nasprotju s svetlobnimi senzorji odbojni senzorji nimajo ločenih ohišij za oddajnike in sprejemnike; oba sta nameščena v istem ohišju, obrnjena v isto smer. Oddajnik proizvaja žarek svetlobe, kot je impulzni infrardeči, vidni rdeči ali laserski žarek, ki se projicira na posebej zasnovan reflektor, nato pa se odbije nazaj v sprejemnik. Zaznavanje se zgodi, ko je pot svetlobe motena ali motena.

 

Prednost odsevnih senzorjev bližine je njihova enostavna namestitev, ki zahteva namestitev senzorja samo na eno stran, kar lahko znatno prihrani pri stroških komponent in časa.

 

Podobno kot odsevni senzorji imajo difuzni senzorji oddajnik in sprejemnik nameščena v istem ohišju. Vendar zaznana tarča deluje kot reflektor, zato ti senzorji zaznavajo svetlobo, ki se odbija od daleč.

Oddajnik oddaja žarek svetlobe (običajno pulzno infrardečo, vidno rdečo ali lasersko), ki se širi v različne smeri in zapolnjuje območje zaznavanja. Tarča nato vstopi v to območje in odbije del žarka nazaj v sprejemnik. Zaznavanje se zgodi, ko na sprejemnik pade dovolj svetlobe, kar sproži odpiranje ali zapiranje izhoda (odvisno od tega, ali je senzor prižgan ali temen).

 

Pogost primer difuznih senzorjev so pipe brez dotika v javnih straniščih. Roka pod dulcem deluje kot reflektor, ki sproži odpiranje ventila. Omeniti velja, da ker tarča (roka) deluje kot reflektor, so difuzni fotoelektrični senzorji pogosto omejeni z materialom tarče in značilnostmi površine; obseg zaznavanja bo znatno zmanjšan za neodsevne cilje, kot je mat črn papir, v primerjavi s svetlo belimi.

 

4. Ultrazvočni senzorji
Ultrazvočni senzorji bližine se uporabljajo v številnih avtomatiziranih proizvodnih procesih. Za zaznavanje predmetov uporabljajo zvočne valove, zato barva in prosojnost nanje ne vplivata. Zaradi tega so idealna izbira za različne aplikacije, vključno z daljinskim zaznavanjem prozornega stekla in plastike, merjenjem razdalje, neprekinjenim nadzorom nivoja tekočega in zrnatega materiala ter zlaganjem papirja, pločevine in lesa.
Najpogostejši tipi so podobni tistim pri fotoelektričnem zaznavanju: skozi žarek, odbojni in difuzni.

Ultrazvočni razpršeni senzorji bližine uporabljajo senzor zvočnih valov, ki oddaja vrsto zvočnih impulzov in nato posluša njihovo vračanje od odbitega cilja. Ko senzor prejme odbojni signal, pošlje izhodni signal krmilni napravi. Območje zaznavanja sega do 2,5 metra.

Ultra