在各類傳感器中,有一種對接近它物件有&lquo;感知&rquo;能力的元件&mash;&mash;位移傳感器。這類傳感器不需要接觸到被檢測物體,當(dāng)有物體移向位移傳感器,并接近到一定距離時(shí),位移傳感器就有&lquo;感知&rquo;,通常把這個(gè)距離叫&lquo;檢出距離&rquo;。利用位移傳感器對接近物體的敏感特性制作的開關(guān),就是接近開關(guān)。
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概述
不同的傳感器檢出距離也不同。有時(shí)被檢測驗(yàn)物體是按一定的時(shí)間間隔,一個(gè)接一個(gè)地移動,又一個(gè)一個(gè)地離開,這樣不斷地重復(fù)。不同的傳感器元件,對檢測對象的響應(yīng)能力是不同的。這種響應(yīng)特性被稱為&lquo;響應(yīng)頻率&rquo;。 [1]
特性
1、非接觸檢測,避免了對傳感器自身和目標(biāo)物的損壞。
2、無觸點(diǎn)輸出,操作壽命長。
3、即使在有水或油噴濺的苛刻環(huán)境中也能穩(wěn)定檢測。
4、反應(yīng)速度。
5、小型感測頭,安裝靈活。
傳感器的分類
因?yàn)槲灰苽鞲衅骺梢愿鶕?jù)不同的原理和不同的方法做成,而不同的位移傳感器對物體的&lquo;感知&rquo;方法也不同,所以常見的傳感器有以下幾種:
電感式傳感器
電感式傳感器也叫渦流式傳感器,由三大部分組成:振蕩器、開關(guān)電路及放大輸出電路。振蕩器產(chǎn)生一個(gè)交變磁場,當(dāng)金屬目標(biāo)接近這一磁場,并達(dá)到感應(yīng)距離時(shí),在金屬目標(biāo)內(nèi)產(chǎn)生渦流,從而導(dǎo)致振蕩衰減,以至停振。振蕩器振蕩及停振的變化被后級放大電路處理并轉(zhuǎn)換成開關(guān)信號,觸發(fā)驅(qū)動件,從而達(dá)到非接觸式的檢測目的。由此可見,這種接近開關(guān)所能檢測的物體必須是導(dǎo)電體。
電容式傳感器
這種傳感器的測量通常是傳感器固定處構(gòu)成電容器的一個(gè)極板,而另一個(gè)極板是在測量過程中通常是接地或與設(shè)備的機(jī)殼相連接。當(dāng)有物體移向傳感器時(shí),不論它是否為導(dǎo)體,由于它的接近,總會使電容器兩極板間的介電常數(shù)發(fā)生變化,從而使電容器的電容量發(fā)生變化,使得和測量頭相連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變化,由此便可達(dá)到非接觸式的檢測目的。這種接近開關(guān)檢測的對象,不限于導(dǎo)體,可以絕緣的液體或粉狀物等。
霍爾式傳感器
當(dāng)一塊通有電流的金屬或半導(dǎo)體薄片垂直地放在磁場中時(shí),薄片的兩端就會產(chǎn)生電位差,這種現(xiàn)象就稱為霍爾效應(yīng)。兩端有的電位差值稱為霍爾電勢U,其表達(dá)式為U=K&miot;I&miot;B/,其中K為霍爾系數(shù),I為薄片中通過的電流,B為外加磁場(洛倫慈力Lorrentz)的磁感應(yīng)強(qiáng)度,是薄片的厚度。
由此可見,霍爾效應(yīng)的靈敏度與外加磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比的關(guān)系。霍爾元件就屬于這種有源磁電轉(zhuǎn)換器件,是一種磁敏元件。它是在霍爾效應(yīng)原理的基礎(chǔ)上,利用集成封裝和組裝工藝制作而成,它可方便的把磁輸入信號轉(zhuǎn)換成實(shí)際應(yīng)用中的電信號,同時(shí)又備工業(yè)場合實(shí)際應(yīng)用易操作和性的要求?;魻栭_關(guān)就是利用霍爾元件的這一特性制作的,它的輸入端是以磁感應(yīng)強(qiáng)度B來表征的,當(dāng)B值達(dá)到一定的程度(如B1)時(shí),霍爾開關(guān)內(nèi)部的觸發(fā)器翻轉(zhuǎn),霍爾開關(guān)的輸出電平狀態(tài)也隨之翻轉(zhuǎn)。輸出端一般采用晶體管輸出,和其他傳感器類似有NPN、PNP、常開型、常閉型、鎖存型(雙極性)、雙信號輸出之分?;魻栭_關(guān)有無觸電、功耗、長使用壽命、響應(yīng)頻率等特點(diǎn),內(nèi)部采用環(huán)氧樹脂封灌成,所以能在各類惡劣環(huán)境下的工作。
當(dāng)磁性物件移近霍爾開關(guān)時(shí),開關(guān)檢測面上的霍爾元件因產(chǎn)生霍爾效應(yīng)而使開關(guān)內(nèi)部電路狀態(tài)發(fā)生變化,由此識別附近有磁性物體存在,進(jìn)而控制開關(guān)的通或斷。這種接近開關(guān)的檢測對象必須是磁性物體。
光電式傳感器
光電式傳感器利用的是光電效應(yīng)。將發(fā)光器件與光電器件按一定方向裝在同一個(gè)檢測頭內(nèi)。當(dāng)有反光面(被檢測物體)接近時(shí),光電器件接收到反射光后便在信號輸出,由此便可&lquo;感知&rquo;有物體接近。
利用光電式傳感器制作的光電式接近開關(guān)可以檢測各種物質(zhì),但是對于流體的檢測誤差較大。
熱釋電式傳感器
熱釋電式傳感器能感知溫度變化,將熱釋電器件安裝在開關(guān)的檢測面上,當(dāng)有與環(huán)境溫度不同的物體接近時(shí),熱釋電傳感器的輸出信號發(fā)生變化,通過對傳感器輸出信號的轉(zhuǎn)化便可檢測出物體的接近。
線性接近傳感器
線性接近傳感器是一種屬于金屬感應(yīng)的線性器件,接通電源后,在傳感器的感應(yīng)面將產(chǎn)生一個(gè)交變磁場,當(dāng)金屬物體接近此感應(yīng)面時(shí),金屬中則產(chǎn)生渦流而吸取了振蕩器的能量,使振蕩器輸出幅度線性衰減,然后根據(jù)衰減量的變化來完成無接觸檢測物體的目的。
該接近傳感器有無滑動觸點(diǎn),工作時(shí)不受灰塵等非金屬因素的影響,并且功耗,長壽命,可使用在各種惡劣條件下。線性傳感器主要應(yīng)用在自動化裝備線對模擬量的智能控制。
附錄:部分常用材料的衰減系數(shù)
材料
衰減系數(shù)
鋼
1
不銹鋼
0.85
黃銅
0.3
銅
0.4
其它類型傳感器
當(dāng)觀察者或系統(tǒng)對波源的距離發(fā)生改變時(shí),接近到的波的頻率會發(fā)生偏移,這種現(xiàn)象稱為多普勒效應(yīng)。聲納和雷達(dá)就是利用這個(gè)效應(yīng)的原理制成的。利用多普勒效應(yīng)可制成超聲波傳感器元件、微波傳感器元件等。當(dāng)有物體移近時(shí),傳感器接收到的反射信號會產(chǎn)生多普勒頻移,由此可以識別出有無物體接近。
主要用途
這些接近開關(guān)傳感器在航空、航天技術(shù)以及工業(yè)中應(yīng)用十分;在日常生活中,如賓館、飯店、車庫的自動門,自動熱風(fēng)機(jī)上都有應(yīng)用;在防盜方面,如資料檔案、財(cái)會、金融、博物館、金庫等重地,通常都裝有由各種接近開關(guān)組成的防盜裝置。在測量技術(shù)中,如長度,位置的測量;在控制技術(shù)中,如位移、速度、加速度的測量和控制,也都有著大量使用。而使用的方式,通常是制作成接近開關(guān)。
應(yīng)用案例
接近開關(guān)傳感器應(yīng)用于地鐵屏蔽門
隨著地鐵行業(yè)的速發(fā)展和地鐵交通事故的頻繁發(fā)生,地鐵屏蔽門將會越來越多的被地鐵站臺所使用。傳感器作為自動化智能化設(shè)備的佳儀器,接近開關(guān)傳感器將會大量投入屏蔽門的技術(shù)應(yīng)用中,地鐵事故將會在傳感器的應(yīng)用中降到。
接近開關(guān)傳感器是目前很多屏蔽門系統(tǒng)用來檢測開門與關(guān)門的常用方案,一般是通過兩個(gè)接近開關(guān)來檢測門的開啟和關(guān)閉。另外光電開關(guān)在系統(tǒng)中的用量也很大,一切屏蔽門技術(shù)都會應(yīng)用更多傳感器技術(shù)。不難看出誰應(yīng)用傳感器技術(shù)多,誰才會是上的強(qiáng)者,智能化和自動化將依靠傳感器密切在一起。
選用原則
在一般的工業(yè)場所,通常都選用渦流式接近開關(guān)和電容式接近開關(guān)。因?yàn)檫@兩種接近開關(guān)對環(huán)境的要求條件較。
當(dāng)被測對象是導(dǎo)電物體或可以固定在一塊金屬物上的物體時(shí),一般都選用渦流式接近開關(guān),因?yàn)樗捻憫?yīng)頻率、抗環(huán)境干擾性能好、應(yīng)用、較。
若所測對象是非金屬(或金屬)、液位度、粉狀物度、塑料、等。則應(yīng)選用電容式接近開關(guān)。這種開關(guān)的響應(yīng)頻率,但穩(wěn)定性好。安裝時(shí)應(yīng)考慮環(huán)境因素的影響。
若被物為導(dǎo)磁材料或者為了區(qū)別和它在一同運(yùn)動的物體而把磁鋼埋在被測物體內(nèi)時(shí),應(yīng)選用霍爾接近開關(guān),它的。
在環(huán)境條件比較好、無粉塵污染的場合,可采用光電接近開關(guān)。光電接近開關(guān)工作時(shí)對被測對象幾乎無任何影。因此,在要求較的機(jī)上,在機(jī)械上,、驗(yàn)鈔機(jī)、取電開關(guān)等都被地使用。
在防盜系統(tǒng)中,自動門通常使用熱釋電接近開關(guān)、超聲波接近開關(guān)、微波接近開關(guān)。有時(shí)為了提識別的性,上述幾種接近開關(guān)往往被復(fù)合使用。
無論選用哪種接近開關(guān),都應(yīng)注意對工作電壓、負(fù)載電流、響應(yīng)頻率、檢測距離等各項(xiàng)指標(biāo)的要求。
常用術(shù)語
一般接近開關(guān)有兩種安裝方式:齊平安裝和非齊平安裝。
齊平安裝:接近開關(guān)頭部可以和金屬安裝支架相平安裝;
非齊平安裝:接近開關(guān)頭部不能和金屬安裝支架相平安裝。
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