接近傳感器概述/優(yōu)勢/分類/工作原理

接近傳感器被廣泛用于各種自動化生產線，機電一體化設備及石油、化工、軍工、科研等多種行業(yè)，那什么是接近傳感器呢?

接近傳感器

接近傳感器，是指代替限位開關等接觸式檢測方式，以無需接觸檢測對象進行檢測為目的的傳感器的總稱。其能將檢測對象的移動信息和存在信息轉換為電氣信號。

在轉換為電氣信號的檢測方式中，包括利用電磁感應引起的檢測對象的金屬體中產生的渦電流的方式、捕測體的接近引起的電氣信號的容量變化的方式、利石和引導開關的方式。 由感應型、靜電容量型、超聲波型、光電型、磁力型等構成。

接近傳感器是利用振動器發(fā)生的一個交變磁場，當金屬目標接近這磁場并達到感應距離時，在金屬目標內發(fā)生渦流，因此導致振動衰減，以至接近傳感器的振動器停振。接近傳感器的振動器振動及停振的變化被后級放大電路處理并轉換成開關信號，觸發(fā)驅動控制器件，因此達到接近傳感器的非接觸式之檢測的目的。這就是接近傳感器的運作原理。

技術優(yōu)勢

① 由于其能以非接觸方式進行檢測，所以不會磨損和損傷檢測對象物。

② 由于采用無接點輸出方式，因此壽命延長(磁力式除外)采用半導體輸出，對接點的壽命無影響。

③ 與光檢測方式不同，適合在水和油等環(huán)境下使用檢測時幾乎不受檢測對象的污漬、油和水等的影響。此外，還包括特氟龍外殼型及耐藥品良好的產品。

④ 與接觸式開關相比，可實現(xiàn)高速響應。

⑤ 能對應廣泛的溫度范圍。

⑥ 不受檢測物體顏色的影響：對檢測對象的物理性質變化進行檢測，所以幾乎不受表面顏色等的影響。

⑦ 與接觸式不同，會受周圍溫度、周圍物體、同類傳感器的影響，包括感應型、靜電容量型在內，傳感器之間相互影響。因此，對于傳感器的設置，需要考慮相互干擾。此外，在感應型中，需要考慮周圍金屬的影響，而在靜電容量型中則需考慮周圍物體的影響。

當金屬檢測體接近傳感器的感應區(qū)域，開關能無接觸，無壓力、無火花、迅速發(fā)出電氣指令，準確反應出運動機構的位置和行程，即使用于一般的行程控制，其定位精度、操作頻率、使用壽命、安裝調整的方便性和對惡劣環(huán)境的適用能力，都是一般機械式行程開關所不能相比的。

接近傳感器的分類

接近傳感器按工作原理分:

高頻振蕩型、電容型、感應電橋型、永久磁鐵型和霍耳效應型等。

按操作原理可分為三類：

利用電磁感應的高頻振蕩型，使用磁鐵的磁力型和利用電容變化的電容型。

按檢測方法分：

通用型：主要檢測黑色金屬(鐵)

所有金屬型：在相同的檢測距離內，檢測任何金屬。

有色金屬型：主要檢測鋁一類的有色金屬

根據(jù)結構類型分:

1、兩線制接近傳感器：

兩線制接近傳感器安裝簡單，接線方便;應用比較廣泛，但卻有殘余電壓和漏電流大的缺點。

2、直流三線式：

直流三線式接近傳感器的輸出型有NPN和PNP兩種，70年代日本產品絕大多數(shù)是NPN輸出，西歐各國NPN、PNP兩種輸出型都有。PNP輸出接近傳感器一般應用在PLC或計算機作為控制指令較多，NPN輸出接近傳感器用于控制直流繼電器較多，在實際應用中要根據(jù)控制電路的特性選擇其輸出形式。

不同類型接近傳感器的工作原理

電容式接近傳感器的工作原理：電容式接近傳感器由高頻振蕩器和放大器等組成，由傳感器的檢測面與大地間構成一個電容器，參與振蕩回路工作，起始處于振蕩狀態(tài)。當物體接近傳感器檢測面時，回路的電容量發(fā)生變化，使高頻振蕩器振蕩。振蕩與停振這二種狀態(tài)轉換為電信號經(jīng)放大器轉化成二進制的開關信號。

電感式接近傳感器的工作原理：電感式接近傳感器由高頻振蕩、檢波、放大、觸發(fā)及輸出電路等組成。振蕩器在傳感器檢測面產生一個交變電磁場，當金屬物體接近傳感器檢測面時，金屬中產生的渦流吸收了振蕩器的能量，使振蕩減弱以至停振。振蕩器的振蕩及停振這二種狀態(tài)，轉換為電信號通過整形放大轉換成二進制的開關信號，經(jīng)功率放大后輸出。

高頻振蕩型接近傳感器的工作原理：由LC高頻振蕩器和放大處理器電路組成，當金屬物體接近振蕩感應頭時會產生渦流，使接近傳感器振蕩能力衰減，內部電路的參數(shù)發(fā)生變化，由此識別出有無金屬物體接近，進而控制開關的通或斷。

所有金屬型傳感器的工作原理：所有金屬型傳感器基本上屬于高頻振蕩型。和普通型一樣，它也有一個振蕩電路，電路中因感應電流在目標物內流動引起的能量損失影響到振蕩頻率。目標物接近傳感器時，不論目標物金屬種類如何，振蕩頻率都會提高。傳感器檢測到這個變化并輸出檢測信號。

有色金屬型傳感器的工作原理：有色金屬傳感器基本上屬于高頻振蕩型。它有一個振蕩電路，電路中因感應電流在目標物內流動引起的能量損失影響到振蕩頻率的變化。當鋁或銅之類的有色金屬目標物接近傳感器時，振蕩頻率增高;當鐵一類的黑色金屬目標物接近傳感器時，振蕩頻率降低。如果振蕩頻率高于參考頻率，傳感器輸出信號。

通用型接近傳感器的工作原理：振蕩電路中的線圈L產生一個高頻磁場。當目標物接近磁場時，由于電磁感應在目標物中產生一個感應電流(渦電流)。隨著目標物接近傳感器，感應電流增強，引起振蕩電路中的負載加大。然后，振蕩減弱直至停止。傳感器利用振幅檢測電路檢測到振蕩狀態(tài)的變化，并輸出檢測信號。

接近傳感器的選型和檢測

接近傳感器的選型：

對于不同的材質的檢測體和不同的檢測距離，應選用不同類型的接近傳感器，以使其在系統(tǒng)中具有高的性能價格比，為此在選型中應遵循以下原則：

1. 當檢測體為金屬材料時：應選用高頻振蕩型接近傳感器，該類型接近傳感器對鐵鎳、A3鋼類檢測體檢測最靈敏。對鋁、黃銅和不銹鋼類檢測體，其檢測靈敏度就低。

2. 當檢測體為非金屬材料時：應選用電容型接近傳感器，如木材、紙張、塑料、玻璃和水等。

3. 金屬體和非金屬要進行遠距離檢測和控制時：應選用光電型接近傳感器或超聲波型接近傳感器。

4. 當檢測體金屬但靈敏度要求不高時：可選用價格低廉的磁性接近傳感器或霍爾式接近傳感器。

接近傳感器選型的要素：

① 檢測類型：放大器內藏型、放大器分離型;

② 外形：圓形、方形、凹槽型;

③ 檢測距離：以mm為單位;

④ 檢測物體：鐵、鋼、銅、鋁、塑料、水、紙等;

⑤ 工作電源：直流、交流、交直流通用;

⑥ 輸出形態(tài)：常開(NO)、常閉(NC);

⑦ 輸出方式：兩線式、三線式(NPN、PNP);

⑧ 屏蔽、非屏蔽;

⑨ 導線引出型、接插件式、接插件中繼式;

⑩ 應答頻率：一秒鐘能檢測幾個物體

接近傳感器的檢測：

釋放距離的測定：當動作片由正面離開接近傳感器的感應面，開關由動作轉為釋放時，測定動作片離開感應面的最大距離。

回差H的測定：最大動作距離和釋放距離之差的絕對值。

動作頻率測定：用調速電機帶動膠木圓盤，在圓盤上固定若干鋼片，調整開關感應面和動作片間的距離，約為開關動作距離的80%左右，轉動圓盤，依次使動作片靠近接近傳感器，在圓盤主軸上裝有測速裝置，開關輸出信號經(jīng)整形，接至數(shù)字頻率計。此時啟動電機，逐步提高轉速，在轉速與動作片的乘積與頻率計數(shù)相等的條件下，可由頻率計直接讀出開關的動作頻率。

重復精度測定：將動作片固定在量具上，由開關動作距離的120%以外，從開關感應面正面靠近開關的動作區(qū)，運動速度控制在0.1mm/s上。當開關動作時，讀出量具上的讀數(shù)，然后退出動作區(qū)，使開關斷開。如此重復10次，最后計算10次測量值的最大值和最小值與10次平均值之差，差值大者為重復精度誤差。

接近傳感器的常見故障排除

① 穩(wěn)定電源給接近傳感器單獨供電;

② 響應頻率在額定范圍內;

③ 物體檢測過程中有抖動，導致超出檢測區(qū)域;

④ 多個探頭緊密安裝互相干擾;

⑤ 傳感器探頭周圍的檢測區(qū)域內有其他被測物體;

⑥ 接近傳感器的周圍有大功率設備，有電氣干擾。

接近傳感器廣泛地應用于機床、冶金、化工、輕紡和印刷等行業(yè)。在自動控制系統(tǒng)中可作為限位、計數(shù)、定位控制和自動保護環(huán)節(jié)。接近傳感器具有使用壽命長、工作可靠、重復定位精度高、無機械磨損、無火花、無噪音、抗振能力強等特點。目前，接近傳感器的應用范圍日益廣泛，其自身的發(fā)展和創(chuàng)新的速度也是極其迅速。

審核編輯：湯梓紅