Typy přibližovacích senzorů

 

Senzory přiblížení jsou třídou senzorů, které detekují přítomnost nebo nepřítomnost objektů pomocí elektromagnetických polí, světla a zvuku. Existuje mnoho typů senzorů přiblížení, z nichž každý je vhodný pro specifické aplikace.

 

1. Indukční přibližovací senzory
Indukční senzory přiblížení fungují pomocí elektromagnetických polí, takže mohou detekovat pouze kovové cíle. Když kovový terč vstoupí do elektromagnetického pole, indukční charakteristiky kovu změní vlastnosti pole a upozorní senzor přiblížení na přítomnost kovového terče. V závislosti na stupni indukce kovu mohou být cíle detekovány na větší nebo kratší vzdálenosti.

Indukční snímače přiblížení se skládají ze čtyř hlavních částí: železného jádra s cívkami, oscilátoru, Schmittovy spouště a výstupního zesilovače.
Oscilátor generuje symetrické oscilační magnetické pole, vyzařované z železného jádra s cívkami na snímací ploše. Když kovový terč vstoupí do tohoto magnetického pole, na kovovém povrchu se indukují vířivé proudy, nezávislé malé elektrické proudy. To mění magnetickou reluktanci (vlastní frekvenci) magnetického obvodu, čímž se snižuje amplituda oscilace. Jak více kovu vstupuje do snímacího pole, amplituda oscilace klesá, dokud se zcela nezhroutí (toto je "oscilátor potlačení vířivých proudů" nebo princip ECKO). Schmittova spoušť reaguje na tyto změny amplitudy a upravuje výstup senzoru. Když cíl nakonec opustí dosah senzoru, obvod obnoví oscilaci a Schmittova spoušť vrátí senzor na jeho předchozí výstup.

 

Kvůli omezením magnetického pole mají indukční snímače relativně úzký rozsah snímání, typicky v průměru od několika milimetrů do 60 milimetrů. Nedostatek v dosahu indukčních snímačů je však kompenzován jejich přizpůsobivostí prostředí a rozmanitostí ve snímání kovů.

Indukční snímače přiblížení mají delší životnost díky absenci pohyblivých částí podléhajících opotřebení. Je však třeba poznamenat, že kovové nečistoty (jako jsou piliny při řezání) mohou někdy ovlivnit výkon snímače, a proto jsou pouzdra indukčních snímačů obvykle vyrobena z poniklované mosazi, nerezové oceli nebo plastu PBT.

 

2. Kapacitní senzory přiblížení
Kapacitní senzory přiblížení mohou detekovat kovové a nekovové cíle ve formě prášku, granulí, kapaliny a pevné látky. Díky tomu, spolu s jejich schopností snímat neželezné materiály, jsou ideální pro aplikace, jako je monitorování skla, detekce hladiny kapaliny v nádrži a identifikace hladiny prášku a kapaliny v násypce.

U kapacitních snímačů jsou dvě vodivé desky (na různých potenciálech) umístěny uvnitř snímací hlavy a umístěny tak, aby fungovaly jako kondenzátor s otevřeným obvodem. Vzduch slouží jako izolant: když je statický, kapacita mezi dvěma deskami je minimální. Podobně jako u indukčních snímačů jsou i tyto desky připojeny k oscilátoru, Schmittově spouštěči a výstupnímu zesilovači. Když cíl vstoupí do snímací oblasti, kapacita obou desek se zvýší, což způsobí změnu amplitudy oscilátoru, čímž se změní stav Schmittova spouštění a generuje se výstupní signál.

 

Stojí za zmínku rozdíl mezi indukčními a kapacitními senzory: indukční senzory oscilují, dokud není přítomen cíl, zatímco kapacitní senzory oscilují, když je cíl přítomen.

Vzhledem ke kapacitnímu snímání zahrnujícímu nabíjecí desky je o něco pomalejší než indukční snímání, s frekvencemi v rozsahu od 10 do 50 Hz a snímací vzdáleností od 3 do 60 mm.

Vzhledem k tomu, že kapacitní senzory dokážou detekovat většinu typů materiálů, musí být drženy mimo dosah necílových materiálů, aby se zabránilo falešnému spuštění. Pokud tedy materiál terče obsahuje železné prvky, jsou spolehlivější volbou indukční snímače.

 

3. Fotoelektrické přibližovací senzory
Fotoelektrické senzory přiblížení jsou všestranné a dokážou detekovat cíle od velikosti 1 milimetru nebo vzdálené až 60 mm.
Všechny fotoelektrické senzory se skládají z několika základních součástí: každý senzor má emitorový zdroj světla (LED, laserová dioda), fotodiodu nebo fototranzistorový přijímač pro detekci vyzařovaného světla a pomocná elektronická zařízení pro zesilování signálu přijímače.
Fotoelektrické senzory přiblížení se dodávají hlavně ve třech typech: reflexní, jednopaprskové a difuzní. Senzory přiblížení reflexního typu detekují předměty, když se světlo vyzařované ze senzoru odráží zpět do fotoelektrického přijímače. Jednocestné senzory detekují cíle, když je paprsek světla mezi vysílačem senzoru a přijímačem přerušen nějakým předmětem.

 

Nejspolehlivějším typem fotoelektrického snímání jsou jednocestné snímače. Vysílač je oddělen od přijímače jednotlivými pouzdry, které poskytují konstantní paprsek světla. K detekci dochází, když objekt přeruší paprsek mezi nimi.

Přestože jednocestné snímače nabízejí vysokou spolehlivost, jsou nejméně oblíbenými optickými zařízeními, protože instalace vysílačů a přijímačů do dvou protilehlých pozic (které mohou být daleko od sebe) je nákladná a těžkopádná.

Jedinečnou vlastností jednocestných fotoelektrických senzorů je jejich efektivní snímání i v přítomnosti hustých nečistot ve vzduchu. Pokud se nečistoty hromadí přímo na vysílači nebo přijímači, zvyšuje se pravděpodobnost falešných spouštění. Někteří výrobci však nyní do obvodů senzorů začleňují poplachové výstupy pro sledování množství světla dopadajícího na přijímač. Pokud světlo detekované bez přítomnosti cíle klesne na stanovenou úroveň, senzor vydá varování prostřednictvím vestavěné LED nebo výstupní linky.

 

Na rozdíl od jednocestných snímačů nemají snímače reflexního typu samostatná pouzdra pro vysílače a přijímače; oba jsou umístěny ve stejném krytu a otočeny stejným směrem. Emitor vytváří paprsek světla, jako je pulzní infračervené záření, viditelná červená nebo laser, který je promítán na speciálně navržený reflektor a poté se odráží zpět k přijímači. K detekci dochází, když je světelná dráha narušena nebo narušena.

 

Výhodou reflexních senzorů přiblížení je jejich snadné nasazení, vyžadující instalaci senzoru pouze na jedné straně, což může výrazně ušetřit náklady na komponenty a čas.

 

Podobně jako u reflexních senzorů mají i difuzní senzory vysílač i přijímač umístěný ve stejném krytu. Detekovaný cíl však funguje jako reflektor, takže tyto senzory detekují světlo odražené z dálky.

Emitor vysílá paprsek světla (běžně pulzní infračervené, viditelné červené nebo laserové), který se šíří různými směry a vyplňuje detekční oblast. Cíl poté vstoupí do této oblasti a odráží část paprsku zpět do přijímače. Detekce nastává, když na přijímač dopadá dostatek světla, čímž se spustí výstup k otevření nebo zavření (v závislosti na tom, zda je senzor zapnutý nebo tmavý).

 

Běžným příkladem difuzních senzorů jsou bezdotykové vodovodní baterie na veřejných toaletách. Ruka umístěná pod hubicí funguje jako reflektor, který spouští otevření ventilu. Stojí za zmínku, že jelikož cíl (ruka) působí jako reflektor, difúzní fotoelektrické senzory jsou často omezeny materiálem cíle a charakteristikami povrchu; rozsah snímání bude výrazně snížen u nereflexních cílů, jako je matný černý papír, ve srovnání s jasně bílými.

 

4. Ultrazvukové senzory
Ultrazvukové senzory přiblížení se používají v mnoha automatizovaných výrobních procesech. K detekci objektů používají zvukové vlny, takže barva a průhlednost je neovlivňují. Díky tomu jsou ideální volbou pro různé aplikace, včetně vzdálené detekce průhledného skla a plastu, měření vzdálenosti, kontinuální kontroly hladiny kapalin a zrnitého materiálu a stohování papíru, plechů a dřeva.
Nejběžnější typy jsou podobné těm ve fotoelektrickém snímání: průchozí, reflexní a difúzní.

Ultrazvukové difuzní senzory přiblížení využívají senzor zvukových vln, který vysílá řadu zvukových impulsů a poté poslouchá, jak se vracejí od odraženého cíle. Jakmile je přijat odrazový signál, snímač vyšle výstupní signál do řídicího zařízení. Dosah snímání je až 2,5 metru.

Ultr