Rodzaje czujników zbliżeniowych

3.1 Indukcyjne czujniki zbliżeniowe Bezkontaktowe indukcyjne czujniki zbliżeniowe służą wyłącznie do wykrywania obiektów metalowych. Działają na zasadzie indukcji, a oscylator napędza cewkę, aż do wejścia metalowego przedmiotu do cewki.

W ostatnich latach czujniki indukcyjne, mimo że bazują na starszych konstrukcjach, cieszą się coraz większą popularnością. W przeciwieństwie do innych technologii z tej listy, czujniki indukcyjne nadają się tylko do materiałów metalicznych. Generują pole magnetyczne, a następnie wykrywają zmiany w polu magnetycznym, gdy przechodzi przez nie metalowy przedmiot, podobnie jak magnes obracający się w cewce wytwarza energię elektryczną. Każdy wykrywacz metalu zaczyna się od tego.

Ich zasięg wykrywania może być znacznie ograniczony przez ustawienia, zwłaszcza w zastosowaniach, w których obrót przekładni jest obliczany na podstawie wykrywania, czy zęby koła zębatego znajdują się blisko czujnika. Czujniki indukcyjne można instalować na drogach w celu wykrywania poruszających się po nich pojazdów lub optymalizować pod kątem wykrywania plazmy na większych odległościach.

 

Czujniki indukcyjne zwykle działają w zakresie od milimetrów do metrów, gdy działają jako elektroniczne czujniki zbliżeniowe. Najlepiej sprawdzają się w przypadku materiałów z czarnego metalu, takich jak żelazo i stal, a ich zasięg wykrywania w przypadku niemagnetycznych materiałów metalowych jest mniejszy ze względu na ich zasadę działania. Mają niezwykle duże częstotliwości odświeżania, ponieważ opierają się na zmianach pola elektromagnetycznego.

 

3.2 Pojemnościowe czujniki zbliżeniowe Bezkontaktowe pojemnościowe czujniki zbliżeniowe mogą wykrywać zarówno substancje metaliczne, jak i niemetalowe, takie jak ciecze, proszki i cząstki. Działają poprzez wykrywanie zmian pojemności.

Składają się z oscylatora, wyzwalacza Schmitta i obwodu przełącznika wyjściowego, podobnie jak czujniki indukcyjne. Jedyną różnicą jest to, że mają dwie płytki ładujące pojemność (jedna wewnętrzna, jedna zewnętrzna):

• Oscylator jest podłączony do płytki wewnętrznej.

• Powierzchnią pomiarową jest płytka zewnętrzna (elektroda czujnikowa).

Kiedy obiekt zbliża się do czujnika, zmienia stałą dielektryczną w czujniku pojemnościowym, umożliwiając czujnikowi określenie odległości obiektu poprzez pomiar tej stałej dielektrycznej.

 

Czujniki pojemnościowe mają zazwyczaj wolniejszy czas reakcji, a częstotliwość aktualizacji wynosi tylko {{0}} Hz. Ponieważ jednak na czujniki pojemnościowe nie ma wpływu kurz ani nieprzezroczyste pojemniki, są one powszechnie stosowane w zastosowaniach, w których czujniki optyczne są zabronione. Przybliżony zakres znamionowy typowych czujników pojemnościowych wynosi 10 milimetrów i jest w stanie wykryć zmiany grubości z dokładnością do 0,01 milimetra.

 

3.3 Ultradźwiękowe czujniki zbliżeniowe

Ultradźwiękowe czujniki zbliżeniowe wykrywają obecność obiektów lub, po dodatkowym przetwarzaniu, wykorzystują impulsy ultradźwiękowe do wykrywania odległości od obiektów. Działają wykorzystując nadajniki i odbiorniki, stosując zasadę lokalizacji echa.

Czujniki ultradźwiękowe określają odległość do obiektu, emitując sygnały dźwiękowe i mierząc czas potrzebny, aby dźwięk odbił się od powierzchni i powrócił. Chociaż nadajniki i odbiorniki są zwykle konfigurowane tak, aby były jak najbardziej podobne, koncepcje te nadal mają zastosowanie, gdy są odizolowane. Dostępne są również ultradźwiękowe nadajniki-odbiorniki, które łączą funkcje nadawania i odbioru w jednym urządzeniu.

Detekcja ultradźwiękowa jest bardzo precyzyjna, a wysokie częstotliwości odświeżania pozwalają na emisję dziesiątek lub setek impulsów lub ćwierkań na sekundę. Kolor i przezroczystość obiektów mają minimalny wpływ na odczyty, ponieważ opierają się one na dźwięku, a nie na falach elektromagnetycznych.

Te same cechy oznaczają, że nie muszą emitować światła ani polegać na nim, co czyni je idealnymi do stosowania w warunkach, które są naturalnie ciemne lub muszą pozostać ciemne. Fale dźwiękowe rozprzestrzeniają się w czasie, zwiększając obszar wykrywania – co może być korzystne lub szkodliwe w zależności od zastosowania. Ze względu na swoją prostotę są również bardzo tanie, elastyczne i bezpieczne.

Z drugiej strony czujniki ultradźwiękowe mają swój własny zestaw wad. Czujniki składają się z nadajników i odbiorników, które można łączyć lub kupować osobno. Znaczące zmiany temperatury wpływają na dokładność ze względu na zmiany prędkości dźwięku w powietrzu. Można to jednak złagodzić, aktualizując obliczenia za pomocą pomiarów temperatury.

 

Miękkie materiały mogą mieć wpływ na dokładność ze względu na słabe odbicie fal dźwiękowych na powierzchniach pochłaniających. Chociaż czujniki ultradźwiękowe są zasadniczo podobne do sonarów, nie są przeznaczone do użytku pod wodą. Wreszcie ich zależność od dźwięku czyni je bezużytecznymi w próżni, w której nie ma ośrodka propagującego dźwięk.

 

3.4 Czujniki zbliżeniowe na podczerwień IR

oznacza podczerwień i wykorzystuje wiązkę światła podczerwonego do wykrywania obecności obiektów. Działa podobnie do czujników ultradźwiękowych, ale zamiast fal dźwiękowych wykorzystuje sygnały podczerwieni.

 

Czujniki zbliżeniowe na podczerwień obejmują diodę LED podczerwieni emitującą światło podczerwone oraz fotodetektor wykrywający światło odbite. Posiada wbudowany obwód przetwarzania sygnału, który może określić plamkę świetlną na PSD.

 

Jak działa czujnik zbliżeniowy na podczerwień? Najpierw dioda podczerwieni emituje światło podczerwone. Następnie wiązka uderza w obiekt i odbija się pod pewnym kątem. Odbite światło dociera do fotodetektora. Na koniec czujnik w fotodetektorze określa położenie/odległość obiektu odbijającego.

 

3.5 Fotoelektryczne czujniki zbliżeniowe Fotoelektryczne czujniki zbliżeniowe składają się z generatora wiązki światła, dedykowanego detektora wiązki, wzmacniacza i mikroprocesora. Gdy emitowana wiązka światła zostanie odbita od obiektu, detektor fotoelektryczny wykrywa to, umożliwiając czujnikowi wykrycie obiektu tą metodą.

Emitowana wiązka światła jest modulowana do określonej częstotliwości, a detektor posiada czuły na częstotliwość wzmacniacz, który reaguje tylko na światło modulowane na odpowiedniej częstotliwości. Zapobiega to fałszywym wykryciom powodowanym przez światło otoczenia lub światło słoneczne. Kiedy fotoelektryczny czujnik zbliżeniowy wykryje czarny obiekt, jego właściwości nieodblaskowe utrudniają działanie czujnika, podobnie jak obiekty przezroczyste lub refrakcyjne.

 

Chociaż fotoelektryczne czujniki zbliżeniowe nadają się do wielu zastosowań przemysłowych, są one również szeroko stosowane w środowiskach mieszkalnych i komercyjnych, takich jak czujniki do bram garażowych i liczniki osób w sklepach. Czujniki fotoelektryczne można konfigurować w różnych konfiguracjach do wdrożenia. Czujniki z przeciwną wiązką wykorzystują nadajnik po jednej stronie i detektor po drugiej, wykrywając przerwanie wiązki.

 

Nadajnik i detektor stanowią część systemu odblaskowego, w którym reflektor po drugiej stronie odbija sygnał z powrotem do detektora. Wreszcie czujniki rozproszone zbliżają nadajnik i detektor, ale światło nadajnika odbija się od dowolnej otaczającej powierzchni, podobnie jak czujniki ultradźwiękowe, ale bez pomiaru odległości.

 

Ze względu na brak ruchomych części czujniki fotoelektryczne mają długą żywotność i mogą wykrywać szeroką gamę materiałów, chociaż materiały przezroczyste i woda mogą powodować problemy. Konfiguracje z przeciwstawną wiązką i odblaskiem zapewniają duży zasięg wykrywania i krótki czas reakcji. Małe obiekty można wykrywać za pomocą konfiguracji rozproszonych lub za pomocą ruchomego detektora.

 

Czujniki te wytrzymują brudne warunki w zastosowaniach przemysłowych, o ile soczewka nie jest zanieczyszczona. Jednak ich zdolność do pomiaru odległości do obiektów jest poważnie ograniczona, a kolor obiektu i współczynnik odbicia mogą powodować problemy. Instalacja w ruchliwych środowiskach może być złożona, ponieważ konfiguracje z wiązką przeciwną i odblaskową wymagają wyrównania.