همه چیز درباره سنسور مجاورت و انواع آن

القایی، خازنی، اولتراسونیک، IR؟ اینها انواع رایج حسگرهای مجاورتی هستند که امروزه برای کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار می گیرند. انتخاب موردی که به راحتی قابل اتصال، دقیق و قابل اعتماد باشد، برای تحقق کاربردهای مورد نظر شما بسیار مهم است.

در این راهنما، انواع مختلف سنسور مجاورت، کاربردها و قیمت آنها را با توصیه هایی برای آسان تر کردن تصمیم شما پوشش خواهم داد!

این راهنما موارد زیر را پوشش می دهد:

• سنسورهای مجاورتی چیست؟
• انواع سنسورهای مجاورتی
• نحوه انتخاب سنسور مجاورت
• مقایسه بین سنسورهای مجاورت مختلف

سنسورهای مجاورتی چیست؟

حسگرهای مجاورت، حسگرهایی هستند که حرکت/حضور اجسام را بدون تماس فیزیکی تشخیص می‌دهند و اطلاعات ضبط‌شده را به سیگنال الکتریکی انتقال می‌دهند. همچنین می توان آن را به عنوان یک سوئیچ مجاورت تعریف کرد، تعریفی که توسط استانداردهای صنعتی ژاپن (JIS) برای تمام سنسورهای تشخیص بدون تماس ارائه شده است.

پیچیده به نظر می رسد؟ سنسور مجاورت به سادگی به این معنی است. سنسوری که اطلاعات حرکت اجسام را بدون هیچ گونه تماس فیزیکی شناسایی، ضبط و رله می کند!

سنسورهای مجاورت کجا استفاده می شوند؟

سنسورهای مجاورت به طور گسترده در کاربردهای صنعتی و تولیدی، به ویژه برای کاربردهای ایمنی و مدیریت موجودی استفاده می شوند. به عنوان مثال، در یک خط تولید خودکار، برای تشخیص اشیاء، موقعیت یابی، بازرسی و شمارش استفاده می شود. همچنین برای تشخیص قطعه در یک سیستم نقاله صنعتی استفاده می شود.

سنسورهای مجاورت را می توان در دستگاه های مصرف کننده نیز یافت. در گوشی‌های هوشمند، از حسگرهای مجاورت برای تشخیص اینکه آیا کاربر گوشی خود را نزدیک صورت خود نگه داشته است، استفاده می‌شود. آنها همچنین به عنوان سوئیچ لمسی خازنی در محصولات الکترونیکی مصرفی استفاده می شوند.

همچنین برای بسیاری از کاربردهای مختلف دیگر مانند سنسور انتشار در یک دستشویی عمومی یا سنسور تشخیص برخورد برای روبات ها استفاده می شود!

ویژگی های سنسور مجاورت

برای درک بیشتر اینکه سنسور مجاورت چیست، نگاهی به ویژگی های آن خواهیم انداخت. در زیر ویژگی های آن است که برخی از آنها به طور منحصر به فردی در مقایسه با سنسورهای نوری/تماسی سنتی دیده می شوند:

• سنجش بدون تماس: حسگر مجاورتی بدون تماس امکان تشخیص را بدون دست زدن به جسم فراهم می‌کند و اطمینان می‌دهد که جسم به خوبی حالت می‌گیرد.
• تحت تأثیر شرایط سطحی قرار نمی گیرد: سنسورهای مجاورت تقریباً تحت تأثیر رنگ سطح اجسام قرار نمی گیرند زیرا عمدتاً تغییرات فیزیکی را تشخیص می دهند.
• مناسب برای طیف وسیعی از کاربردها: سنسورهای مجاورت بر خلاف تشخیص نوری سنتی شما برای شرایط مرطوب و استفاده در محدوده دمایی وسیع مناسب هستند. سنسورهای مجاورت در تلفن‌ها نیز قابل استفاده هستند، چه دستگاه‌های Android یا IOS شما. این شامل فناوری IR ساده است که مطابق با استفاده شما، نمایشگر را روشن و خاموش می کند. به عنوان مثال، هنگامی که یک تماس تلفنی ادامه دارد، صفحه نمایش شما را خاموش می کند، به طوری که هنگام قرار دادن چیزی در نزدیکی گونه های خود، به طور تصادفی آن را فعال نکنید!
• عمر طولانی تر: از آنجایی که یک حسگر مجاورتی از خروجی های نیمه هادی استفاده می کند، هیچ قسمت متحرک وابسته به چرخه عملیاتی وجود ندارد. بنابراین، عمر مفید آن در مقایسه با سنسورهای دیگر بیشتر است!
• سرعت پاسخگویی بالا: در مقایسه با سوئیچ هایی که برای سنجش نیاز به تماس است، سنسورهای مجاورت نرخ پاسخگویی با سرعت بالاتری را ارائه می دهند.

انواع سنسور مجاورت

اکنون که فهمیدیم حسگرهای مجاورتی چیست، بیشتر به انواع مختلف آن می پردازیم. هر کدام به خوبی برای برنامه ها و محیط های خاص خود مناسب است.

در اینجا خلاصه ای از انواع مختلف سنسور مجاورت آمده است!

سنسورهای مجاورت القایی

سنسورهای مجاورتی القایی حسگرهای بدون تماس هستند که فقط برای تشخیص اجسام فلزی استفاده می شوند. این بر اساس قانون القاء است، هنگامی که یک جسم فلزی به آن نزدیک می شود، یک سیم پیچ را با یک نوسانگر به حرکت در می آورد.

دارای دو نسخه است و از ۴ جزء اصلی تشکیل شده است:

نسخه ها:

• بدون حفاظ: میدان الکترومغناطیسی تولید شده توسط سیم پیچ نامحدود است، و اجازه می دهد تا فواصل حسی گسترده تر و بزرگ تری داشته باشد.
• محافظت شده: میدان الکترومغناطیسی تولید شده در قسمت جلویی متمرکز می شود، جایی که دو طرف سیم پیچ سنسور پوشانده شده است.

اجزاء:

• همانطور که در تصویر مشاهده می شود از ۴ جزء اصلی تشکیل شده است. سیم پیچ، نوسان ساز، ماشه اشمیت و مدار سوئیچینگ خروجی

سنسورهای مجاورت القایی چگونه کار می کنند؟

1. یک جریان متناوب به سیم پیچ عرضه می شود و یک میدان تشخیص الکترومغناطیسی ایجاد می کند.
2. هنگامی که یک جسم فلزی به میدان مغناطیسی نزدیک‌تر می‌شود، جریان‌های گردابی ایجاد می‌شوند و منجر به تغییرات اندوکتانس سیم‌پیچ می‌شوند.
3. هنگامی که اندوکتانس سیم پیچ تغییر می کند، مداری که به طور مداوم نظارت می کند، کلید خروجی سنسور را راه اندازی می کند.

*نکته: حتی زمانی که هدفی وجود ندارد، حسگرهای القایی به نوسان ادامه می دهند. سوئیچ تنها زمانی فعال می شود که یک شی وجود داشته باشد.

کاربردهای رایج

• مصارف صنعتی
  • ماشین های اتوماسیون تولید که محصولات را شمارش می کنند، انتقال محصول
• کاربردهای امنیتی
  • ردیابی اشیاء فلزی، زرادخانه، مین های زمینی و غیره

مزایای سنسورهای مجاورت القایی

• تشخیص بدون تماس
• سازگاری با محیط؛ مقاوم در برابر شرایط معمولی که در مناطق صنعتی مانند گرد و غبار و خاک دیده می شود
• قابلیت و همه کاره در سنجش فلزات
• از نظر قیمت بسیار ارزان است
• بدون قطعات متحرک، تضمین طول عمر بیشتر

معایب سنسورهای مجاورت القایی

• عدم وجود محدوده تشخیص، به طور متوسط ​​حداکثر دامنه تا ۸۰ میلی متر
• فقط می تواند اشیاء فلزی را تشخیص دهد
• عملکرد می تواند تحت تأثیر شرایط خارجی قرار گیرد. دمای شدید، مایعات برش یا مواد شیمیایی

سنسورهای مجاورت خازنی

حسگرهای مجاورتی خازنی، حسگرهای بدون تماس هستند که هم اجسام فلزی و هم غیرفلزی، از جمله مایع، پودر و گرانول را تشخیص می دهند. با تشخیص تغییر در خازن عمل می کند.

همانند سنسورهای القایی، از یک نوسانگر، ماشه اشمیت و مدار سوئیچینگ خروجی تشکیل شده است. تنها تفاوت این است که شامل ۲ صفحه شارژ (۱ داخلی، ۱ خارجی) برای ظرفیت است:

• صفحه داخلی متصل به اسیلاتور
• صفحه خارجی (الکترودهای حسگر) به عنوان سطح سنجش استفاده می شود

حسگرهای مجاورتی خازنی چگونه کار می کنند؟

1. سنسور مجاورت خازنی یک میدان الکترواستاتیک تولید می کند.
2. هنگامی که یک جسم (رسانا/غیر رسانا) به ناحیه حسگر نزدیک می شود، ظرفیت هر دو صفحه افزایش می یابد و در نتیجه افزایش دامنه نوسانگر ایجاد می شود.
3. بهره دامنه به دست آمده سوئیچ خروجی سنسور را راه اندازی می کند.

*توجه: حسگرهای خازنی فقط زمانی که شی مورد نظر وجود دارد، نوسان می کنند

کاربردهای رایج

• کاربردهای صنعتی
  • ماشین های اتوماسیون تولید که محصولات را شمارش می کنند، انتقال محصول
  • فرآیندهای پر کردن، خطوط لوله، جوهرها و غیره
  • سطح سیال، ترکیب و فشار
• کنترل رطوبت
• تشخیص محتوای غیر تهاجمی

مزایای سنسور مجاورت خازنی

• تشخیص بدون تماس
• طیف وسیعی از مواد قابل شناسایی است
• قادر به تشخیص اجسام از طریق دیوارهای غیر فلزی با نوار حساسیت گسترده خود است
• مناسب برای استفاده در محیط های صنعتی
• حاوی پتانسیومتری است که به کاربران امکان می دهد حساسیت سنسور را تنظیم کنند، به طوری که فقط اشیاء مورد نظر حس شوند
• بدون قطعات متحرک، تضمین طول عمر بیشتر

معایب سنسورهای مجاورت خازنی

• برد نسبی کم، هرچند افزایش تدریجی از حسگرهای القایی
• قیمت بالاتر در مقایسه با سنسورهای القایی

سنسورهای مجاورت اولتراسونیک

سومین در این فهرست، سنسورهای مجاورت اولتراسونیک است که حضور اجسام را از طریق گسیل فرکانس بالای فرکانس مافوق صوت تشخیص می دهد. این کار را از طریق تبدیل انرژی الکتریکی انجام می دهد. مشابه حسگرهای خازنی، می‌تواند اجسام را به صورت جامد، مایع، دانه‌ای یا دانه‌ای نیز تشخیص دهد.

احتمالاً ساده ترین در میان همه، فقط شامل یک فرستنده اولتراسونیک و یک گیرنده اولتراسونیک است.

سنسور مجاورت اولتراسونیک چگونه کار می کند؟

1. مبدل صوتی امواج صوتی را ساطع می کند
2. امواج صوتی از جسم خارج می شوند
3. موجی که منعکس شده است، سپس به حسگر بازگردانده می شود
4. مدت زمانی که برای انتشار و دریافت امواج صوتی طول کشید، سپس برای تعیین فاصله / نزدیکی استفاده می شود

کاربردهای رایج

• اندازه گیری فاصله
• بادسنج برای تشخیص سرعت و جهت باد
• فرآیندهای تولید اتوماسیون
• تشخیص مایعات
• وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین (UAVs) برای نظارت بر اشیا
• رباتیک

مزایای سنسور مجاورت اولتراسونیک

• تشخیص بدون تماس
• تحت تأثیر رنگ و شفافیت شیء قرار نمی گیرد
• تحت تاثیر شرایط محیطی خارجی نیست، راه حل قابل اعتماد
  • در مکان هایی با شرایط شدید به خوبی کار می کند
  • قابل استفاده در محیط های تاریک
• مصرف جریان کم

معایب سنسور مجاورت اولتراسونیک

• محدوده تشخیص محدود اگرچه در مقایسه با سنسورهای القایی و خازنی قادر به برد بالاتری است
• در خلاء کار نمی کند زیرا سنسورهای اولتراسونیک از طریق امواج صوتی کار می کنند
• قادر به اندازه‌گیری فاصله اجسام نرم یا آنهایی با بافت شدید نیست

سنسور مجاورت IR

IR که به اختصار مادون قرمز است، حضور یک جسم را با انتشار پرتوی از نور مادون قرمز تشخیص می دهد. این شبیه به سنسورهای اولتراسونیک کار می کند، اگرچه به جای استفاده از امواج صوتی، IR منتقل می شود.

سنسورهای مجاورت مادون قرمز از یک LED IR که ساطع می کند و یک آشکارساز نور برای تشخیص بازتاب تشکیل شده است. دارای یک مدار پردازش سیگنال داخلی است که نقطه نوری را در PSD تعیین می کند.

سنسورهای مجاورتی IR چگونه کار می کنند؟

1. نور مادون قرمز از فرستنده LED IR ساطع می شود
2. پرتو نور به جسم برخورد می کند و در یک زاویه بازتاب می شود
3. نور منعکس شده به آشکارساز نور می رسد
4. سنسور در آشکارساز نور موقعیت/فاصله جسم بازتابنده را تعیین می کند

کاربردهای رایج

• اندازه گیری فاصله
• شمارنده آیتم؛ هنگامی که جسم نور تابشی را قطع می کند، یک به حساب می آید
• سیستم های امنیتی مانند نظارت، دزدگیر و غیره.
• نظارت و کنترل برنامه ها

مزایای سنسور مجاورت IR

• تشخیص بدون تماس
• قابل استفاده برای استفاده در روز و شب
• ارتباط ایمن از طریق یک خط دید
• بر خلاف سنسورهای مجاورت اولتراسوند، قادر به اندازه گیری فاصله از اجسام نرم است
• دقت سنسور مادون قرمز تحت تأثیر خوردگی یا اکسیداسیون قرار نمی گیرد

معایب سنسور مجاورت IR

• تحت تأثیر شرایط محیطی و اجسام سخت که به معنای عدم امکان استفاده از دیوارها یا درها است
• برای برقراری ارتباط به دید بین فرستنده و گیرنده نیاز دارد
• عملکرد در فواصل طولانی تر کاهش می یابد

نحوه انتخاب سنسور مجاورت مناسب

اکنون برای کمک به شما در انتخاب یکی از چهار مورد مناسب، معیارهایی را ارائه کرده ام که باید هنگام انتخاب سنسور مجاورت در نظر بگیرید.

با این حال، مثل همیشه، ابتدا باید هدف مورد نظر خود را در نظر بگیرید. در وهله اول سعی می کنید از آن برای چه استفاده کنید.

معیارهای سنسور مجاورت	نحوه انتخاب	سنسور مناسب
الزامات شی	به شیئی که قصد استفاده از حسگر مجاورتی را دارید نگاه کنید عوامل زیر را در نظر بگیرید: رنگ جسم شکل جسم مواد تشکیل دهنده شی	مناسب ترین برای نیازهای شی پیچیده: سنسور مجاورت IR برای نیازهای شی پیچیده مناسب نیست: سنسور مجاورت اولتراسونیک
محیط سنجش	به محیطی که می خواهید شی خود را در آن حس کنید نگاه کنید عوامل زیر را در نظر بگیرید: پاکیزگی دما رطوبت	مناسب برای محیط های خشن: خازنی (مناسب ترین) القائی اولتراسونیک برای محیط های خشن مناسب نیست: سنسور مجاورت IR
محدوده/فاصله سنجش	به این نگاه کنید که آیا جسم شما نزدیک به صفحه سنسور قرار می گیرد یا خیر عوامل زیر را در نظر بگیرید: فاصله بین جسم قرار داده شده و حسگر (دور یا نزدیک)	مناسب برای سنجش فاصله نزدیک: حسگرهای مجاورتی القایی و خازنی مناسب برای سنجش دور: سنسور مجاورت اولتراسونیک و IR

یک عامل اضافی که شایان ذکر است سیستم الکتریکی است که سنسور مجاورت را با آن ادغام می کنید. خواه بار الکتریکی (NPN/PNP) یا منبع ولتاژ (AC/DC)، سنسور باید با کنترل‌های سیستمی که در حال اجرا هستید، کار کند.

سنسور مجاورت فوتوالکتریک

حسگرهای مجاورتی فوتوالکتریک آنهایی هستند که از فناوری فوتوالکتریک پیشرفته استفاده می کنند، پرتو نوری را ساطع می کنند که قادر به تشخیص انواع اجسام است!

دارای ۳ مدل مختلف زیر است. بازتابنده، از طریق پرتو، و بازتابنده. هر مدل روش‌های انتشار نور متفاوتی را ارائه می‌کند، اگرچه همه آنها در تشخیص فاصله بسیار کارآمد هستند.

سنسور مجاورت مغناطیسی

سنسورهای مجاورت مغناطیسی دستگاه‌های مجاورتی هستند که برای تشخیص اجسام مغناطیسی از طریق محدوده‌های حسی بزرگشان استفاده می‌شوند. یک نمونه معمولی از شیشه و تیغه فلزی استفاده می کند که امکان مغناطیسی سریع را فراهم می کند!

اگرچه صرفاً آهنرباها را حس می کند، اما به دلیل هزینه کم، برد طولانی و ابعاد کوچکش عالی است.

سنسور مجاورت LiDAR

LiDar، به طور خلاصه برای تشخیص نور و محدوده، یک فناوری سنجش سطح بالاتر است که حداکثر محدوده تشخیص عالی را با نرخ به روز رسانی سریع ارائه می دهد. تنها نقطه ضعف اصلی هزینه است، جایی که ممکن است برای مصرف کننده معمولی بسیار پرهزینه باشد.

خلاصه

	القائی	خازنی	اولتراسونیک	IR
شی مورد بررسی	فقط فلزی	اجسام فلزی و غیر فلزی از جمله مایع، پودر و گرانول	شی با سطوح ساده	شی با سطوح ساده/پیچیده
برد حسگر	نزدیک	نزدیک	دور	دور
کاربردها	کاربردهای صنعتی: ماشین آلات، اتوماسیون	مصارف صنعتی: ماشین آلات، اتوماسیون مایع	سنجش فاصله بادسنج برای تشخیص سرعت و جهت باد فرآیندهای تولید اتوماسیون تشخیص مایعات وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین (UAVs) برای نظارت بر اشیا رباتیک	شمارنده اقلام سیستم های امنیتی مانند نظارت، دزدگیر و غیره. برنامه های نظارت و کنترل
محیط مورد استفاده	مناسب برای استفاده در شرایط محیطی سخت (تا حدودی)	بسیار مناسب برای استفاده در شرایط محیطی سخت	مناسب برای شرایط محیطی سخت (برای استفاده در خلاء مناسب نیست)	برای استفاده در شرایط محیطی سخت مناسب نیست