标签: 接近传感器

聊一聊工业和自动化之间的5种接近传感器 许多工业自动化 (IA) 应用要求能够在不进行物理接触的情况下感知物体或人体的存在和/或位置，以避免约束或限制所感知物体的移动。接近传感器非常适合这一用处。但接近传感器有很多种类，包括电磁式、电容式、电感式和光学式，被检测物体的材料组成也可能会影响传感器检测其存在的能力。 有些 接近传感器 对探测黑色金属很有用，而有些可以探测任何种类的金属，还有一些可以探测任何类型的物体，甚至是人体。工业自动化应用中接近 传感器 的潜在用户必须了解不同的接近传感器技术类型及其对特定感应情况的适用性。 本文讨论了几种类型的传感器，并详细介绍了它们能够感知的物体类型和每种器件类型的空间灵敏度。最后介绍了几款来自Texas Instruments、Red Lion Controls、 Littelfuse Inc.、 Omron Electronics Inc.、 MaxBotix Inc.和Carlo Gavazzi Inc.实例器件。 01 电感式接近传感器 电感式接近传感器能够检测导电（即金属）物体的存在，其感应范围取决于被检测金属的类型。这些传感器利用振荡电路中线圈产生的高频磁场进行操作。接近磁场的导电目标会在其中产生感应或涡流，形成一个相反的磁场，有效降低了电感式传感器的电感量。 电感式接近传感器工作方式有两种。在第一种工作方法中，当目标接近传感器时，感应电流增加，这增加了振荡电路的负载，导致其振荡被衰减或停止。该传感器用一个振幅检测电路检测这种振荡状态的变化，并输出一个检测信号。 另一种工作方式是，使用因导电目标的存在而产生的频率变化，而不是振幅的变化。非铁金属目标，如铝或铜接近传感器会导致振荡频率增加，而铁金属目标，如铁或钢会导致振荡频率降低。振荡频率相对于参考频率的变化导致传感器的输出状态改变。 Texas Instruments 的 LDC0851HDSGT 是一个近距离电感式接近开关传感器，它利用频率的变化来检测其电磁场内是否存在导电物体（图 1）。 图 1：LDC0851HDSGT电感式接近传感器使用双电感线圈（感应线圈和参考线圈）来测量感应线圈附近的目标物体引起的电感量变化。（图片来源：Texas Instruments） LDC0851 电感式接近开关是非接触式接近检测应用的理想选择，如存在检测、事件计数和感应范围小于 10 毫米（0.39 英寸）的简单按钮。当一个导电物体在感应线圈附近移动时，该器件就会改变其输出状态。差分实现（使用感应和参考线圈来确定系统的相对电感）和滞后用于保证可靠的开关，使之不受机械振动、温度变化或湿度影响。 LDC0851HDSGT 的电感式拾音器线圈用一个传感器电容进行调谐，将振荡频率设定在3 至 19 兆赫 (MHz) 范围内。当感应电感低于参考电感时，推挽输出处于低电平状态，反之则返回到高电平状态。 02 磁性接近传感器 磁性接近检测器用于测量移动金属部件的位置和速度，可以是霍尔效应传感器这样的有源器件，也可以是可变磁阻 (VR) 传感器这样的无源器件，如 Red Lion Controls 的MP62TA00螺纹式磁性拾音器（图 2，左）。可变磁阻接近传感器测量磁阻的变化（类似于电路中的 电阻 ），它由一个永磁铁、一个极片和一个封闭在圆柱形外壳中的传感线圈组成。 图 2：VR 磁性拾音器（图左）是一个无源传感器，可以感应到极片和传感器外壳（图右）之间的磁场变化。（图片来源：Art Pini，MP62TA00 图片来自 Red Lion Controls） 一个铁磁性物体从极片旁紧密通过，会引起磁场的变化。这种变化又会在信号线圈中产生一个信号电压。信号电压的大小取决于目标物体的大小、速度以及极片和物体之间的间隙大小。目标物体必须处于运动状态才能被 VR 传感器感应到。MP62TA00 纹式磁性拾音器是一种采用环氧树脂封装的 VR 接近传感器，工作温度范围为 -40 至 +107℃。它有一英寸（25.4 毫米(mm)）长，带有一个 ¼ - 40 UNS 螺纹体。 VR 传感器是无源器件，所以它们不需要电源。因此，它们通常用于测量旋转的机器。例如，像 MP62TA00 这样的 VR 拾音器被广泛用于感应铁质齿轮、链轮或正时皮带轮上的通过齿。它们还可用于感应螺栓头、键槽或其他快速移动的金属目标（图 3）。 图 3：VR 传感器广泛用于感知旋转机械中的轮齿、凸轮和键槽。（图片来源：Red Lion Controls） 它们被用作转速计来测量转速，成对使用时也可用于测量旋转轴的偏心率。 第二种类型的 磁性传感器 则使用霍尔效应来检测磁场的存在。霍尔效应描述了载流导体和垂直于该导体平面的磁场的相互作用。当一个载流导体被置于一个磁场中时，将产生一个与电流和磁场都垂直的电压（霍尔电压）。霍尔电压与磁场的磁通密度成正比，需要一个被磁化的目标。 Littelfuse Inc. 的 55100-3H-02-A 是一种法兰安装霍尔效应传感器，可提供数字输出或可编程的模拟电压输出（图 4）。 图 4：55100-3H-02-A带电压输出的法兰安装霍尔效应接近传感器框图和照片。（图片来源：Littelfuse, Inc.） 55100-3H-02-A 尺寸为 25.5 x 11 x 3 mm，可提供三线电压输出或两线电流输出。两个版本都提供中（130 高斯）、高（59 高斯）或可编程灵敏度。该器件具有高灵敏度，使用指定的磁铁，激活范围为 18 毫米（0.709 英寸）。下拉输出可以灌入最高 24 伏的直流电压和 20 毫安(mA) 电流。 这种传感器可以在最高 10 千赫兹 (kHz) 的开关速率下工作，并能感知动态和静态磁场。检测静态磁场的能力是霍尔效应传感器的一个主要优点，因为它可以用来感知一扇正在关闭的门或一个处于固定位置的物体。 03 光学接近传感器 光学接近传感器使用光（红外线或可见光）来感应物体。其优点是，目标不需要有磁性或是金属，只要能阻挡或反射光线就可以了。基本原理是， 光学传感器 发出光并监测从目标物体上反射的光（图 5，左）。 图 5：光学接近传感器通过发射一束光并检测目标反射回来的光来定位目标物体。（图片来源：Art Pini） Omron Electronics Inc. 的 EE-SY1200 是一个出色的光学接近传感器实例（图 5，右）。它是一个安装在小型印刷电路板上的超紧凑光传感器，工作在 850 纳米 (nm) 的红外波长下。它包括一对 LED 发射器和 光电晶体管 ，采用表面贴装封装，尺寸为 1.9 x 3.2 x 1.1 毫米（0.0748 x 0.126 x 0.043英寸），工作温度范围为 -25 至 +85℃。其推荐感应距离范围为 1.0 至 4.0 毫米（0.039 至0.157 英寸）。 由于它采用小尺寸板安装，因此成为如自动缠绕机中金属化麦拉材料对准之类应用的理想选择。 04 超声波接近传感器 感应距离要求更远时，如检测免下车窗口的汽车时，可以使用基于超声波的接近传感器来处理。这些传感器可在多至数米 (m) 的距离内探测任何类型的物体。基本原理是，测量传感器发射器发出超声波脉冲，然后被目标物体反射并被传感器接收器拾取的飞行时间（图 6）。 图 6：使用超声波进行测距时，测量从发射器发射超声波脉冲（左）到反射脉冲返回（右）的时间。这个时间是初始脉冲从传感器到目标物体的飞行时间的两倍。（图片来源：Art Pini） 从发射脉冲到接收反射的时间代表了从传感器到目标物体再返回的飞行时间。知道了传播的速度和飞行的时间，就可以计算出距离。在所示例子中，飞行时间是 3.1 毫秒 (ms)。对于空气来说，在 70 华氏度，声音的速度是每秒 1128 英尺，所以到物体并返回的的总距离是 3.50 英尺。从传感器到物体的距离是飞行时间的一半或 1.75 英尺。 买电子元器件现货上唯样商城 MatBotix Inc. 的 MB1634-000 是一种超声波接近传感器，测量范围为 5 米（16.4 英尺）。它需要一个 2.5 至 5.5 伏的电源，工作频率为 42 kHz，它将到目标的距离输出为模拟电压、脉冲宽度或晶体管-晶体管逻辑 (TTL) 串行数据流。它针对目标尺寸变化、工作电压和内部温度（可选择外部温度补偿）进行了补偿，所有这些功能都封装在一个小于一立方英寸的封装中——0.875 x 1.498 x 0.58 英寸（22.23 x 38.05 x 14.73 毫米）（图 7）。 图 7：MB1634-000是一个带有发射和接收传感器的超声波测距仪组件，范围为 5 米。（图片来源：MaxBotix Inc.） 05 电容式接近传感器 电容式接近传感器可以检测粉末、颗粒、液体和固体形式的金属和非金属目标。一个很好的实例是 Carlo Gavazzi 的CD50CNF06NO（图 8）。该器件通常与电感式传感器相似，只是电感式传感器的感应线圈被电容式感应板所取代。它们最常用于感应储罐中的液位。 图 8：在一个通用的电容式接近传感器中（左），电容式感应板与外部目标物体形成一个电容；电容值决定了 振荡器 的频率。Carlo Gavazzi 的 CD50CNF06NO（右）是一个用于监测液位的电容式接近传感器。（图片来源：Art Pini） 传感器中的感应板与目标物体形成一个电容，电容随着与物体的距离变化而变化。感应目标电容决定了振荡器的频率，对该频率进行监测，便可在越过阈值频率时切换输出状态。 CD50CNF06N0 用于监测液位。它是一个三线传感器，带有一个开集 NPN 晶体管，配置为常开模式。它采用 10 至 30 伏直流电源，封装尺寸为50 x 30 x 7 mm（1.97 x 1.18 x 0.28 英寸），感应范围为 6 毫米（0.24 英寸）。在其常用液位检测应用中，一般用螺钉或粘胶将该器件固定在非金属罐的外表面。 结语： 接近传感器采用的技术有多种类型，适合的应用各种各样。根据传感器的类型，它们可以探测金属和非金属目标，感应距离从几毫米到五米或更远。它们足够紧凑，可以在狭小的空间内工作，许多还能够工作在恶劣环境中。市场上有一系列技术实现方法，为用户提供了多种选择，可满足无数的接近检测要求。

IR接近传感器是无线技术中最常用的传感器，常用作远程控制和检测周围物体/障碍物。当有障碍物出现在周边时，传感器就以数字形式输出“0”或“1”电平。本项目演示IR传感器的使用，BOM表如下： IR传感器模块 x1 RED LED x1 220欧姆电阻器 x1 Arduino开发板 x1 USB线缆 x1 跳线 若干 认识IR传感器 IR传感器通过发射和检测IR辐射以找出其范围内的某些物体/障碍物，还有热量和运动感应。IR传感器使用波长介于0.75-1000μm之间的红外辐射，该辐射介于电磁光谱的可见光和微波区域之间，IR区域对人眼是不可见的。 由于任何温度不等于绝对零度（0开尔文）的物体都会发出辐射，而黑体在所有波长发射的总能量与绝对温度有关，IR传感器同时包含IR发射器、IR接收器和信号处理电路，对周边物体进行检测。IR接近传感器的典型特性如下： 环境光保护的IR接收器 3 pin接口连接器 LED & Power LED指示器 距离2-30cm 物体出现时“low”电平 工作电压3.3-5V 电路图及代码 IR传感器传感器与Arduino开发板的连接简单，传感器模块的VCC、GND引脚连接于Arduino开发板的5v、GND引脚，传感器的输出引脚 pin OUT连接于Arduino UNO的数字引脚PIN 8。 为了方便察看检测状态，项目在Arduino开发板的PIN引脚连接了一个LED。 int IRSensor = 8; // connect ir sensor to arduino pin 2 int LED = 13; // conect Led to arduino pin 13 void setup() { pinMode (IRSensor, INPUT); // sensor pin INPUT pinMode (LED, OUTPUT); // Led pin OUTPUT Serial.begin(9600); delay(500); Serial.println("Welcome to Microdigisoftn"); } void loop() { delay(1000); Serial.print("IR Sensor value= "); Serial.println(digitalRead(IRSensor)); int statusSensor = digitalRead (IRSensor); if (statusSensor == 1) digitalWrite(LED, LOW); // LED LOW else { digitalWrite(LED, HIGH); // LED High } } 当有物体出现在IR传感器前方时，传感器以数字形式输出逻辑 0 (0V) ，如果前方没有物体则输出逻辑 1 (+5V)。 同时，当IR传感器前方有物体出现时，LED将点亮。如果物体被从传感器前方移去，LED将自动熄灭。

接近传感器用来检测附近物体的存在。例如，LJ12A3-4-Z/BX电感性接近传感器是一种体积小、功耗低、使用方便、稳定性好的接近开关传感器，用于检测金属物体的存在。 LJ12A3-4-Z/BX有三个引脚，两个用来连接6-36V电源，第三个为数字输出引脚，输出为PNP、NO(常开状态)，即通常为LOW状态，只有检测到物体时才转换为HIGH，检测距离为4mm，检测物体仅限于铜、铝、铁等。 由于供电电压超过了5V，该传感器不能由Arduino供电，只能另外连接电池供电。项目BOM如下： Arduino UNO R3 ×1 LJ12A3-4-Z/BX电感接近传感器 ×1 10K resistor ×2 9V电池 ×1 9V电池夹 ×1 Male－Male跳线 ×1 面包板 ×1 Arduino IDE 首先，用电压分配器电路将的输入电压从9V降低到4.5V，再将电压分配器电路的中间位置连接到Arduino的输入引脚。 然后，将如下代码上传到Arduino： const int Pin=2; void setup() { pinMode(Pin, INPUT); Serial.begin(9600); } void loop() { int sensorValue = digitalRead(Pin); if(sensorValue==HIGH){ Serial.println("no Object"); delay(500); } else{ Serial.println("Object Detected"); delay(500); } } 上传代码后，传感器开始读数。如果输出为 LOW，表示附近没有物体出现；如果输出为　HIGH，表示物体出现了一次，检测间隔为0.5秒。 如果将一个金属物体在传感器前面晃3次，其结果如下：

　　霍尔效应IC用作接近传感器，用于接近检测和旋转机构的角速度测量等应用。霍尔效应设备无需机械接触即可检测机械旋转。这种无害检测基于霍尔效应的磁性。在Y方向上流过半导体的电流将在X方向上产生可忽略不计的电位差（如下图）。当在电流的右方向（Z方向）上存在磁场时，位移电压会在X方向上出现在半导体上。该效应是霍尔电压VH。 （沿一个半导体Y方向的电流会在X方向产生一个可忽略的电势差） 　　霍尔效应IC检测电位移，调整信号并增加磁滞。基本上，该设备测量由磁场在半导体上沿X方向产生的电场。因此，如果将半导体放置在X方向上振幅足够大的电场中，则霍尔效应器件也可以检测到电场。 　　内燃机的设计需要受控的点火顺序。控制发动机参数的微控制器不仅需要修改活塞位置的点火关系，而且还需要获得有关更先进发动机中各种气门正时的反馈。此外，这种新颖的方法是一种测量点火正时的简单方法，有利于诊断辅助和发动机故障排除硬件。即使是割草机上最基本的化油器调节，也需要一种测量每分钟发动机转速的方法。每次旋转时，四冲程小型发动机都会产生火花。因此，该火花的检测是每分钟发动机转速的直接表示。 　　只需将霍尔效应IC沿正确方向放置在火花塞电线旁边，即可使用其电场来测量火花塞脉冲。使用电工胶带实现设备与火花塞电线之间的简单隔离。由于霍尔效应IC具有内部信号调节和迟滞功能，因此无需添加组件即可从器件读取基本频率，这与传统的电流互感器方法完全不同。 （本电路将霍尔效应IC产生的脉冲转换为一个直流电压，可供大多数普通电压表读取。） 　　（上图中）电路将来自霍尔效应的脉冲转换为DC电压，大多数普通电压表均可读取该电压。霍尔效应IC提供集电极开路输出。您只需要一个上拉电阻。传感器转换产生的一系列脉冲，并使用美国国家半导体LM2917频率-电压转换器将其转换为电压。选择C1和R1以根据设备的电荷泵部分遇到的频率范围调整输出电压。对于四冲程单缸发动机，5000r/min就足够了。 　　该电路提供高达5V的输出电压，并需要9V的电池电源电压。工作方法很简单：通过在火花塞电线上按下霍尔效应IC，DVM（数字万用表）上的电压可以解释为每分钟的转数。由于测量是非侵入式的，因此该方法可轻松用于多缸发动机的重复测量或分析。汽车发动机的尺寸略有不同。汽车发动机具有一个机械配电盘，每旋转两圈发动机就会产生火花。不带配电盘和每个气缸一个点火线圈的点火系统，每旋转两转发动机也会产生火花。 　　由于没有与点火系统电气接触，因此电路本身可提供高压绝缘。因此，对于与微处理器和微控制器的接口，仅存在逻辑级兼容性问题。霍尔效应IC的电源电压为4.5V至24VDC，因此可用于标准5V处理器和汽车电压。可以连接多个传感器，以提供针对汽车应用的点火诊断和正时分析。 文章来源：http://www.zhboyang.com/bjfyyal/jjcgqztcqs.html

联系人：曹甜 电话：0550-3082022 传真：0550-3082021 Q Q：2725239803 邮箱：2725239803@qq.com 地址：安徽省滁州市琅琊区中环国际二号楼 【原装正品】奥托尼克斯接近开关autonics奥托尼克斯开关 南京宏雨商贸有限公司   奥托尼克斯接近开关|AUTONICS接近开关—PS系列 奥托尼克斯接近开关|AUTONICS接近开关|奥托尼克斯接近传感器|AUTONICS接近传感器|奥托尼克斯传感器|AUTONICS传感器—南京代理店(滁州分公司)特供 特点： ● 强抗扰能力.  ● 强线缆力  ● 内装过电流保护功能。  ● 内装电压波动保护功能。  ● 内装电源逆连接保护功能。  ● 寿命长，可靠性高。  ● 最小化相互干扰和周围环境影响.  ● 防水结构为 IP67(IEC 规格)。 直流三线：PS12-4DN/DP、PS12-4DN2、PS12-4DNU、PS12-4DPU、PS12-4DN2U、PSN17-5DN、PSN17-5DN/DP、PSN17-5DN2/DN2U、PSN17-5DNU/DPU、PSN17-8DN/DP、PSN17-DN2、PSN17-DNU/DPU、PSN25-5DN/DP、PSN25-5DN2/DP2、PSN30-10DN/DP、PSN30-10DN2/DP2、PSN30-15DN/DP、PSN30-15DN2/DP2、PSN40-20DN/DP、PSN40-20DN2/DP2、PS50-30DN/DP、PS50-30DN2/DP2 直流二线：PSNT17-5DO、PSNT17-5DC、PSNT17-5DOU、PSNT17-5DCU 交流二线：PSN25-5AO/AC、PSN30-10AO/AC、PSN30-15AO/AC、PSN40-20AO/AC