一文讀懂接近傳感器的原理技術(shù)和運(yùn)用

接近傳感器被廣泛用于各種自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)，機(jī)電一體化設(shè)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(kāi)關(guān)等接觸式檢測(cè)方式，以無(wú)需接觸檢測(cè)對(duì)象進(jìn)行檢測(cè)為目的的傳感器的總稱(chēng)。其能將檢測(cè)對(duì)象的移動(dòng)信息和存在信息轉(zhuǎn)換為電氣信號(hào)。

在轉(zhuǎn)換為電氣信號(hào)的檢測(cè)方式中，包括利用電磁感應(yīng)引起的檢測(cè)對(duì)象的金屬體中產(chǎn)生的渦電流的方式、捕測(cè)體的接近引起的電氣信號(hào)的容量變化的方式、利石和引導(dǎo)開(kāi)關(guān)的方式。 由感應(yīng)型、靜電容量型、超聲波型、光電型、磁力型等構(gòu)成。

接近傳感器是利用振動(dòng)器發(fā)生的一個(gè)交變磁場(chǎng)，當(dāng)金屬目標(biāo)接近這磁場(chǎng)并達(dá)到感應(yīng)距離時(shí)，在金屬目標(biāo)內(nèi)發(fā)生渦流，因此導(dǎo)致振動(dòng)衰減，以至接近傳感器的振動(dòng)器停振。接近傳感器的振動(dòng)器振動(dòng)及停振的變化被后級(jí)放大電路處理并轉(zhuǎn)換成開(kāi)關(guān)信號(hào)，觸發(fā)驅(qū)動(dòng)控制器件，因此達(dá)到接近傳感器的非接觸式之檢測(cè)的目的。這就是接近傳感器的運(yùn)作原理。

技術(shù)優(yōu)勢(shì)

① 由于其能以非接觸方式進(jìn)行檢測(cè)，所以不會(huì)磨損和損傷檢測(cè)對(duì)象物。
② 由于采用無(wú)接點(diǎn)輸出方式，因此壽命延長(zhǎng)（磁力式除外）采用半導(dǎo)體輸出，對(duì)接點(diǎn)的壽命無(wú)影響。
③ 與光檢測(cè)方式不同，適合在水和油等環(huán)境下使用檢測(cè)時(shí)幾乎不受檢測(cè)對(duì)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(chǎn)品。
④ 與接觸式開(kāi)關(guān)相比，可實(shí)現(xiàn)高速響應(yīng)。
⑤ 能對(duì)應(yīng)廣泛的溫度范圍。
⑥ 不受檢測(cè)物體顏色的影響：對(duì)檢測(cè)對(duì)象的物理性質(zhì)變化進(jìn)行檢測(cè)，所以幾乎不受表面顏色等的影響。
⑦ 與接觸式不同，會(huì)受周?chē)鷾囟取⒅車(chē)矬w、同類(lèi)傳感器的影響，包括感應(yīng)型、靜電容量型在內(nèi)，傳感器之間相互影響。因此，對(duì)于傳感器的設(shè)置，需要考慮相互干擾。此外，在感應(yīng)型中，需要考慮周?chē)饘俚挠绊懀陟o電容量型中則需考慮周?chē)矬w的影響。

當(dāng)金屬檢測(cè)體接近傳感器的感應(yīng)區(qū)域，開(kāi)關(guān)能無(wú)接觸，無(wú)壓力、無(wú)火花、迅速發(fā)出電氣指令，準(zhǔn)確反應(yīng)出運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)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(diào)整的方便性和對(duì)惡劣環(huán)境的適用能力，都是一般機(jī)械式行程開(kāi)關(guān)所不能相比的。

接近傳感器的分類(lèi)

接近傳感器按工作原理分：高頻振蕩型、電容型、感應(yīng)電橋型、永久磁鐵型和霍耳效應(yīng)型等。

按操作原理可分為三類(lèi)：利用電磁感應(yīng)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(cè)方法分：通用型：主要檢測(cè)黑色金屬（鐵）所有金屬型：在相同的檢測(cè)距離內(nèi)，檢測(cè)任何金屬。

有色金屬型：主要檢測(cè)鋁一類(lèi)的有色金屬 根據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型分：1、兩線(xiàn)制接近傳感器：兩線(xiàn)制接近傳感器安裝簡(jiǎn)單，接線(xiàn)方便；應(yīng)用比較廣泛，但卻有殘余電壓和漏電流大的缺點(diǎn)。

2、直流三線(xiàn)式：直流三線(xiàn)式接近傳感器的輸出型有NPN和PNP兩種，70年代日本產(chǎn)品絕大多數(shù)是NPN輸出，西歐各國(guó)NPN、PNP兩種輸出型都有。PNP輸出接近傳感器一般應(yīng)用在PLC或計(jì)算機(jī)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(shí)際應(yīng)用中要根據(jù)控制電路的特性選擇其輸出形式。

不同類(lèi)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(cè)面與大地間構(gòu)成一個(gè)電容器，參與振蕩回路工作，起始處于振蕩狀態(tài)。當(dāng)物體接近傳感器檢測(cè)面時(shí)，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(zhuǎn)換為電信號(hào)經(jīng)放大器轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制的開(kāi)關(guān)信號(hào)。

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(cè)面產(chǎn)生一個(gè)交變電磁場(chǎng)，當(dāng)金屬物體接近傳感器檢測(cè)面時(shí)，金屬中產(chǎn)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(zhuǎn)換為電信號(hào)通過(guò)整形放大轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制的開(kāi)關(guān)信號(hào)，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(dāng)金屬物體接近振蕩感應(yīng)頭時(shí)會(huì)產(chǎn)生渦流，使接近傳感器振蕩能力衰減，內(nèi)部電路的參數(shù)發(fā)生變化，由此識(shí)別出有無(wú)金屬物體接近，進(jìn)而控制開(kāi)關(guān)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(gè)振蕩電路，電路中因感應(yīng)電流在目標(biāo)物內(nèi)流動(dòng)引起的能量損失影響到振蕩頻率。目標(biāo)物接近傳感器時(shí)，不論目標(biāo)物金屬種類(lèi)如何，振蕩頻率都會(huì)提高。傳感器檢測(cè)到這個(gè)變化并輸出檢測(cè)信號(hào)。

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(gè)振蕩電路，電路中因感應(yīng)電流在目標(biāo)物內(nèi)流動(dòng)引起的能量損失影響到振蕩頻率的變化。當(dāng)鋁或銅之類(lèi)的有色金屬目標(biāo)物接近傳感器時(shí)，振蕩頻率增高；當(dāng)鐵一類(lèi)的黑色金屬目標(biāo)物接近傳感器時(shí)，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(hào)。

通用型接近傳感器的工作原理：振蕩電路中的線(xiàn)圈L產(chǎn)生一個(gè)高頻磁場(chǎng)。當(dāng)目標(biāo)物接近磁場(chǎng)時(shí)，由于電磁感應(yīng)在目標(biāo)物中產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)電流（渦電流）。隨著目標(biāo)物接近傳感器，感應(yīng)電流增強(qiáng)，引起振蕩電路中的負(fù)載加大。然后，振蕩減弱直至停止。傳感器利用振幅檢測(cè)電路檢測(cè)到振蕩狀態(tài)的變化，并輸出檢測(cè)信號(hào)。

接近傳感器的選型和檢測(cè)

接近傳感器的選型：

對(duì)于不同的材質(zhì)的檢測(cè)體和不同的檢測(cè)距離，應(yīng)選用不同類(lèi)型的接近傳感器，以使其在系統(tǒng)中具有高的性能價(jià)格比，為此在選型中應(yīng)遵循以下原則：

1. 當(dāng)檢測(cè)體為金屬材料時(shí)：應(yīng)選用高頻振蕩型接近傳感器，該類(lèi)型接近傳感器對(duì)鐵鎳、A3鋼類(lèi)檢測(cè)體檢測(cè)最靈敏。對(duì)鋁、黃銅和不銹鋼類(lèi)檢測(cè)體，其檢測(cè)靈敏度就低。

2. 當(dāng)檢測(cè)體為非金屬材料時(shí)：應(yīng)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(jìn)行遠(yuǎn)距離檢測(cè)和控制時(shí)：應(yīng)選用光電型接近傳感器或超聲波型接近傳感器。

4. 當(dāng)檢測(cè)體金屬但靈敏度要求不高時(shí)：可選用價(jià)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(cè)類(lèi)型：放大器內(nèi)藏型、放大器分離型；

② 外形：圓形、方形、凹槽型；

③ 檢測(cè)距離：以mm為單位；

④ 檢測(cè)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(kāi)（NO）、常閉（NC）；

⑦ 輸出方式：兩線(xiàn)式、三線(xiàn)式（NPN、PNP）；

⑧ 屏蔽、非屏蔽；

⑨ 導(dǎo)線(xiàn)引出型、接插件式、接插件中繼式；

⑩ 應(yīng)答頻率：一秒鐘能檢測(cè)幾個(gè)物體

接近傳感器的檢測(cè)：釋放距離的測(cè)定：當(dāng)動(dòng)作片由正面離開(kāi)接近傳感器的感應(yīng)面，開(kāi)關(guān)由動(dòng)作轉(zhuǎn)為釋放時(shí)，測(cè)定動(dòng)作片離開(kāi)感應(yīng)面的最大距離。

回差H的測(cè)定：最大動(dòng)作距離和釋放距離之差的絕對(duì)值。

動(dòng)作頻率測(cè)定：用調(diào)速電機(jī)帶動(dòng)膠木圓盤(pán)，在圓盤(pán)上固定若干鋼片，調(diào)整開(kāi)關(guān)感應(yīng)面和動(dòng)作片間的距離，約為開(kāi)關(guān)動(dòng)作距離的80%左右，轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤(pán)，依次使動(dòng)作片靠近接近傳感器，在圓盤(pán)主軸上裝有測(cè)速裝置，開(kāi)關(guān)輸出信號(hào)經(jīng)整形，接至數(shù)字頻率計(jì)。此時(shí)啟動(dòng)電機(jī)，逐步提高轉(zhuǎn)速，在轉(zhuǎn)速與動(dòng)作片的乘積與頻率計(jì)數(shù)相等的條件下，可由頻率計(jì)直接讀出開(kāi)關(guān)的動(dòng)作頻率。

重復(fù)精度測(cè)定：將動(dòng)作片固定在量具上，由開(kāi)關(guān)動(dòng)作距離的120%以外，從開(kāi)關(guān)感應(yīng)面正面靠近開(kāi)關(guān)的動(dòng)作區(qū)，運(yùn)動(dòng)速度控制在0.1mm/s上。當(dāng)開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)，讀出量具上的讀數(shù)，然后退出動(dòng)作區(qū)，使開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。如此重復(fù)10次，最后計(jì)算10次測(cè)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(fù)精度誤差。

接近傳感器的常見(jiàn)故障排除
① 穩(wěn)定電源給接近傳感器單獨(dú)供電；

② 響應(yīng)頻率在額定范圍內(nèi)；③ 物體檢測(cè)過(guò)程中有抖動(dòng)，導(dǎo)致超出檢測(cè)區(qū)域；④ 多個(gè)探頭緊密安裝互相干擾；⑤ 傳感器探頭周?chē)臋z測(cè)區(qū)域內(nèi)有其他被測(cè)物體；⑥ 接近傳感器的周?chē)写蠊β试O(shè)備，有電氣干擾。

接近傳感器廣泛地應(yīng)用于機(jī)床、冶金、化工、輕紡和印刷等行業(yè)。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中可作為限位、計(jì)數(shù)、定位控制和自動(dòng)保護(hù)環(huán)節(jié)。接近傳感器具有使用壽命長(zhǎng)、工作可靠、重復(fù)定位精度高、無(wú)機(jī)械磨損、無(wú)火花、無(wú)噪音、抗振能力強(qiáng)等特點(diǎn)。目前，接近傳感器的應(yīng)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。