什么是接近传感器？
接近传感器是一种非接触式方法，可提供简单的“那里/不那里”逻辑或精确和准确测量到对象的确切距离。接近传感器一词非常重要，因为它们的尺寸和检测距离范围很广。本博客将重点介绍最适合便携式或小型固定嵌入式系统的流行接近传感器。这些技术包括超声波、光电、激光测距仪和感应传感器，它们非常适合从几英寸到几十英尺的中等检测范围。电容式和霍尔效应传感器也是高效的接近传感器，但最适合非常近距离的检测，因此不予考虑。
即使不考虑成本，也没有接近传感器能够比其他传感器更好地执行所有潜在任务。因此，在审查特定应用的理想接近传感器技术时，必须考虑许多属性并对其重要性进行加权。
- 成本：很少有项目可以忽略其组件的成本，接近传感器可能只占总预算的一小部分，也可能消耗其中的绝大部分。
- 范围：虽然特定产品的范围可能有所不同，但接近传感器的技术对它们可以检测到多近和多远都存在一般限制。
- 尺寸：对于嵌入式设计，尺寸非常重要，因为接近传感器的尺寸范围可以从米粒到单人携带的笨重物品。
- 刷新率：大多数接近传感器通过发射信号和检测返回信号来运行，从而对它们的更新频率产生一定的物理限制，称为刷新率。
- 材料效应：一些传感器在硬表面和纤维表面上表现不同，而另一些传感器则根据物体的颜色表现不同。
什么是超声波接近传感器？
超声波传感器利用声音的超声波脉冲来检测物体的存在，或者通过额外的处理来检测到物体的距离。它们使用发射器和接收器以及回声定位原理来发挥作用。通过发出啁啾声并测量啁啾从表面反射并返回所需的时间，超声波传感器可以测量到物体的距离。虽然经常显示发射器和接收器尽可能靠近的配置，但当它们分开时，这些原则仍然适用。还有超声波收发器将发送和接收功能组合到一个封装中。
超声波传感器的基本操作
超声波检测非常准确，刷新率相当高，每秒能够发出数十或数百个脉冲或啁啾声。基于声音而不是电磁波，物体的颜色和透明度对读数没有影响。同样的功能也意味着它们不需要或不产生光，非常适合自然黑暗或需要黑暗的环境。声波也会随着时间的推移而传播，从而增加它们的检测区域——根据应用的不同，无论是优点还是缺点。由于它们的设计简单，它们的成本也非常低、用途广泛且安全。
然而，超声波传感器有其独特的缺点。传感器有两个部分，发射器和接收器，它们可以作为一个单元或单独的设备出现。由于声速随气温变化而变化，温度的任何剧烈波动都会影响精度。但是，这可能会被温度测量值抵消以更新计算。软材料也会影响准确性，因为声波不会在这些吸收性表面上反射。虽然这个概念可能与声纳非常相似，但超声波传感器并不是为水下使用而设计的。最后，它们对声音的依赖使它们在真空中完全不起作用，因为没有声音传播的媒介。
光电传感器对于缺席或在场检测非常有效，虽然是许多工业应用的理想选择，但通常用于住宅和商业环境中的应用，例如车库门传感器或商店中的人员计数。就实施而言，光电传感器可以设置为多种变体。对射式在一侧实现发射器，在另一侧实现检测器，检测是由于光束中断而发生的。回射是发射器和检测器位于同一位置，而另一侧的反射器将光束从发射器反射回检测器。最后，漫反射也将发射器和检测器彼此相邻排列，但发射的光会被附近的任何表面反射，类似于超声波传感器的工作方式，
对射式光电传感器
反射式光电传感器
漫反射型光电传感器
由于缺少移动部件，光电传感器通常具有较长的使用寿命，并且可以感应大多数材料，但透明材料和水可能会导致问题。对射式和回射式装置具有很长的感应范围和非常快的响应时间。漫射型设置可以检测小物体，也可以是移动检测器。只要镜头不被污染，这些都可以耐受工业应用中常见的肮脏环境。但是，它们计算与物体距离的能力非常有限，并且可能存在物体颜色和反射率的问题。由于需要安装和对齐对射型和回射型，系统安装在繁忙的环境中可能会很复杂。
激光测距是一项直到最近才在许多应用中具有经济可行性的技术。通过激光测距，它的工作原理与超声波传感器相同，但使用的是电磁束而不是声波。由于光速更高，计算飞行时间需要相当高的精度，因此有时会使用其他方法（例如干涉测量法）来降低成本，同时保持精度。这些传感器通常具有极长的范围，在数百或数千英尺内，并且根据选项的不同，可以具有非常快的响应时间。
激光测距仪干涉测量实施示例
尽管这项技术的价格有所下降，但它仍然是最昂贵的选择之一，比之前讨论的技术要贵几个数量级。运行激光器所需的功率增加具有限制便携式应用的寿命和引起眼睛安全问题的缺点。无论好坏，作为激光器，虽然在距离上有一定程度的色散，但感应区域仍然相对较小。最后，这项技术不适用于水或玻璃，进一步限制了它的使用。
虽然基于旧概念，但电感式传感器近年来变得越来越流行。与此列表中的其他技术不同的是，电感式传感器仅适用于金属物体。就像在线圈中旋转的磁铁是发电的基础一样，感应传感器用于产生磁场，然后在金属物体穿过它时检测磁场的变化。这是任何金属探测器的基础。
典型的电感式传感器应用
根据设置，它们的检测范围可能非常小，应用程序可以通过检测传感器旁边是否有齿轮齿来计算齿轮旋转。对于更远的距离，感应传感器可以嵌入道路中以检测在其上方行驶的车辆，或者在极端情况下进行优化以检测空间等离子体。然而，作为电子接近传感器，电感式传感器往往在毫米到米的范围内工作。由于它们的工作原理，它们对铁和钢等黑色金属材料的性能更好，而对非磁性金属材料的检测范围减小。由于它们基于电磁场的变化，它们通常具有极快的刷新率。
电感式传感器在其范围和应用方面非常灵活，并且在概念上非常易于操作。这种简单性产生了相对便宜的传感器，但使它们在感知能力方面受到高度限制，同时也使它们容易受到各种来源的干扰。
成本 | 范围 | 尺寸 | 刷新率 | 材料的影响 | |
超声波 | 低的 | 中等的 | 小的 | 中等的 | 没有任何 |
光电 | 低的 | 中等的 | 小的 | 高的 | 缓和 |
激光测距仪 | 高的 | 高的 | 大的 | 中等的 | 缓和 |
感应式 | 中等的 | 中等的 | 小的 | 中等的 | 高的 |
结论
接近传感器有许多不同的选择，本博客介绍了市场上一些更流行的中远程技术。当考虑到所有成本和部署挑战时，超声波传感器通常是最佳的整体解决方案。这是由于它们成本低、能够检测存在和距离以及易于使用。由于这些优势，超声波传感器无处不在，广泛应用于家庭和工业环境。
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