1、接近式傳感器的工作原理及接近式傳感器選型

接近傳感器的工作原理及接近傳感器選型

1. 概述

接近傳感器又稱(chēng)無(wú)觸點(diǎn)接近傳感器，是理想的電子開(kāi)關(guān)量傳感器。當(dāng)金屬檢測(cè)體接近傳感器的感應(yīng)區(qū)域，開(kāi)關(guān)就能無(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，是一般機(jī)械式行程開(kāi)關(guān)所不能相比的。它廣泛地應(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)。因此到目前為止，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。

2.工作原理

2.1電感式接近開(kāi)關(guān)工作原理

電感式接近傳感器屬于一種有開(kāi)關(guān)量輸出的位置傳感器，它由LC高頻振蕩器和放大處理電路組成，利用金屬物體在接近這個(gè)能產(chǎn)生電磁場(chǎng)的振蕩感應(yīng)頭時(shí)，使物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流。這個(gè)渦流反作用于接近開(kāi)關(guān)，使接近開(kāi)關(guān)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。這種接近開(kāi)關(guān)所能檢測(cè)的物體必須是金屬物體。

2.2電容式接近開(kāi)關(guān)系列

電容式接近傳感器亦屬于一種具有開(kāi)關(guān)量輸出的位置傳感器，它的測(cè)量頭通常是構(gòu)成電容器的一個(gè)極板，而另一個(gè)極板是物體的本身，當(dāng)物體移向接近開(kāi)關(guān)時(shí)，物體和接近開(kāi)關(guān)的介電常數(shù)發(fā)生變化，使得和測(cè)量頭相連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變化，由此便可控制開(kāi)關(guān)的接通和關(guān)斷。這種接近開(kāi)關(guān)的檢測(cè)物體，并不限于金屬導(dǎo)體，也可以是絕緣的液體或粉狀物體,在檢測(cè)較低介電常數(shù)ε的物體時(shí)，可以順時(shí)針調(diào)節(jié)多圈電位器（位于開(kāi)關(guān)后部）來(lái)增加感應(yīng)靈敏度，一般調(diào)節(jié)電位器使電容式的接近開(kāi)關(guān)在0.7-0.8Sn的位置動(dòng)作。

2.3霍爾開(kāi)關(guān)工作原理

2.3.1原理簡(jiǎn)介

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(chǎng)中時(shí)，薄片的兩端就會(huì)產(chǎn)生電位差，這種現(xiàn)象就稱(chēng)為霍爾效應(yīng)。兩端具有的電位差值稱(chēng)為霍爾電勢(shì)U，其表達(dá)式為

其中K為霍爾系數(shù)，I為薄片中通過(guò)的電流，B為外加磁場(chǎng)（洛倫磁力Lorrentz）的磁感應(yīng)強(qiáng)度，d是薄片的厚度。

由此可見(jiàn)，霍爾效應(yīng)的靈敏度高低與外加磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比的關(guān)系。

霍爾開(kāi)關(guān)的輸入端是以磁感應(yīng)強(qiáng)度B來(lái)表征的，當(dāng)B值達(dá)到一定的程度（如B1）時(shí)，霍爾開(kāi)關(guān)內(nèi)部的觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，霍爾開(kāi)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，和接近開(kāi)關(guān)類(lèi)似有NPN、PNP、常開(kāi)型、常閉型、鎖存型（雙極性）、雙信號(hào)輸出之分。

3. 接近傳感器的分類(lèi)及結(jié)構(gòu)

3.1兩線制接近傳感器

兩線制接近傳感器安裝簡(jiǎn)單，接線方便；應(yīng)用比較廣泛，但卻有殘余電壓和漏電流大的缺點(diǎn)。

3.2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(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)控制電路的特性進(jìn)行選擇其輸出形式。

4 接近傳感器的選型和檢測(cè)

4.1   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：

4.1.1 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。

4.1.2 當(dāng)檢測(cè)體為非金屬材料時(shí)，如；木材、紙張、塑料、玻璃和水等，應(yīng)選用電容型接近傳感器。

4.1.3 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。

4.1.4 對(duì)于檢測(cè)體為金屬時(shí)，若檢測(cè)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。

4.2 接近傳感器技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)

4.2.1 動(dòng)作距離測(cè)定；當(dāng)動(dòng)作片由正面靠近接近傳感器的感應(yīng)面時(shí)，使接近傳感器動(dòng)作的距離為接近傳感器的最大動(dòng)作距離，測(cè)得的數(shù)據(jù)應(yīng)在產(chǎn)品的參數(shù)范圍內(nèi)。

4.2.2 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。

4.2.3 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。

4.2.4 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。

4.2.5 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.

2、請(qǐng)問(wèn)位置傳感器的工作原理？有哪些應(yīng)用？

位置傳感器原理

位置傳感器用來(lái)測(cè)量機(jī)器人自身位置的傳感器。位置傳感器可分為兩種，直線位移傳感器和角位移傳感器。

位置傳感器(positionsensor)，能感受被測(cè)物的位置并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的傳感器。它能感受被測(cè)物的位置并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的傳感器。國(guó)內(nèi)主要廠商有OTRON品牌。

位置傳感器分類(lèi)

位置傳感器可用來(lái)檢測(cè)位置，反映某種狀態(tài)的開(kāi)關(guān)，和位移傳感器不同，位置傳感器有接觸式和接近式兩種。

接觸式傳感器

接觸式傳感器的觸頭由兩個(gè)物體接觸擠壓而動(dòng)作，常見(jiàn)的有行程開(kāi)關(guān)、二維矩陣式位置傳感器等。行程開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作可靠、價(jià)格低廉。當(dāng)某個(gè)物體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，碰到行程開(kāi)關(guān)時(shí)，其內(nèi)部觸頭會(huì)動(dòng)作，從而完成控制，如在加工中心的X、Y、Z軸方向兩端分別裝有行程開(kāi)關(guān)，則可以控制移動(dòng)范圍。二維矩陣式位置傳感器安裝于機(jī)械手掌內(nèi)側(cè)，用于檢測(cè)自身與某個(gè)物體的接觸位置。

接近開(kāi)關(guān)是指當(dāng)物體與其接近到設(shè)定距離時(shí)就可以發(fā)出“動(dòng)作”信號(hào)的開(kāi)關(guān)，它無(wú)需和物體直接接觸。接近開(kāi)關(guān)有很多種類(lèi)，主要有電磁式、光電式、差動(dòng)變壓器式、電渦流式、電容式、干簧管、霍爾式等。接近開(kāi)關(guān)在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用主要是刀架選刀控制、工作臺(tái)行程控制、油缸及汽缸活塞行程控制等。

霍爾傳感器

霍爾傳感器是利用霍爾現(xiàn)象制成的傳感器。將鍺等半導(dǎo)體置于磁場(chǎng)中，在一個(gè)方向通以電流時(shí)，則在垂直的方向上會(huì)出現(xiàn)電位差，這就是霍爾現(xiàn)象。將小磁體固定在運(yùn)動(dòng)部件上，當(dāng)部件靠近霍爾元件時(shí)，便產(chǎn)生霍爾現(xiàn)象，從而判斷物體是否到位。

位置傳感器在直流電機(jī)上的應(yīng)用

傳統(tǒng)的無(wú)刷直流電機(jī)大多以霍爾元件或其它地位檢測(cè)元件作位置傳感器，但位置傳感器維修困難，且霍爾元件的溫度特性不好，招致零碎牢靠性變差。因而，位置傳感器無(wú)刷直流電機(jī)成爲(wèi)理想選擇，并具有寬廣的開(kāi)展前景，但它的控制電路相當(dāng)復(fù)雜。

位置傳感器無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的控制與有位置傳感器無(wú)刷直流電機(jī)控制的最基本區(qū)別就是應(yīng)用反電勢(shì)的波形尋覓最佳換向點(diǎn)。當(dāng)永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，各相繞組的反電動(dòng)勢(shì)(EMF)與轉(zhuǎn)子地位親密相關(guān)。由于各相繞組是交替導(dǎo)通任務(wù)的，在某相不導(dǎo)通的時(shí)辰，其反電動(dòng)勢(shì)波形的某些特殊點(diǎn)，可替代轉(zhuǎn)子位置傳感器的功用，失掉所需求的信息。

外部的調(diào)速零碎是典型的直流電機(jī)PWM雙閉環(huán)調(diào)速零碎，在零碎中設(shè)置兩個(gè)調(diào)理器，辨別調(diào)理轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實(shí)行串級(jí)聯(lián)接，即以轉(zhuǎn)速調(diào)理器的輸入作爲(wèi)電流位置傳感器調(diào)理器，再用電流調(diào)理器的輸入控制開(kāi)關(guān)器件。這樣組成的雙閉環(huán)零碎，在突加給定的過(guò)渡進(jìn)程中表現(xiàn)爲(wèi)一個(gè)恒值電流調(diào)理零碎，在穩(wěn)態(tài)和接近穩(wěn)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)中又表現(xiàn)爲(wèi)無(wú)靜差調(diào)速零碎，即發(fā)揚(yáng)了轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)位置傳感器調(diào)理器各自的作用，又防止了像單環(huán)零碎那樣兩種反應(yīng)相互牽制的缺陷，從而取得良好的靜、靜態(tài)質(zhì)量。

內(nèi)部功率元件MOSFET的源極電流流過(guò)R失掉與位置傳感器無(wú)刷直流電機(jī)控制的簡(jiǎn)易辦法電動(dòng)機(jī)繞組電流成反比例的電壓，經(jīng)環(huán)路濾波器(該濾波器能濾除觸發(fā)單穩(wěn)電路的噪聲尖峰電流，普通選樣在工夫常數(shù)300ns以?xún)?nèi))到電流比擬器的正端引腳)，比擬器的負(fù)端有鉗位電壓爲(wèi)0.5V的二極管，因而可以限制電機(jī)定子電路的最大峰值電流當(dāng)電流檢測(cè)電路的電壓高于比擬器負(fù)端電壓時(shí)，單穩(wěn)態(tài)電路被觸發(fā)，關(guān)斷輸入MOSFET，電流下降，直至單穩(wěn)電流被復(fù)位。

采用位置傳感器控制器芯片，簡(jiǎn)化了無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的控制，它不只具有良好的限流和維護(hù)功用，而且用ML4428構(gòu)成的雙閉環(huán)調(diào)速零碎的功能也將失掉改善，采用該位置傳感器控制器芯片，處理了應(yīng)用反電勢(shì)檢測(cè)完成換向及低速時(shí)開(kāi)環(huán)起動(dòng)這一難題，實(shí)驗(yàn)證明，該控制零碎構(gòu)造復(fù)雜，功用完全，進(jìn)步了零碎的牢靠性。該辦法對(duì)直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的普遍使用具有重要的實(shí)踐意義。

換向是由反電勢(shì)信號(hào)采樣檢出經(jīng)位置傳感器鎖相環(huán)控制而完成的，在電機(jī)運(yùn)動(dòng)及低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，其反電勢(shì)爲(wèi)零或極低，無(wú)法檢測(cè)，因而必需由其它辦法開(kāi)環(huán)起動(dòng)，到發(fā)生足夠大的反電勢(shì)方能進(jìn)入正常換向。

3、接近傳感器原理是什么？

高興回答你的問(wèn)題，能夠檢測(cè)人接近的傳感器是人體存在傳感器，以領(lǐng)普人體存在傳感器具體來(lái)聊聊這一傳感器的工作原理及實(shí)際應(yīng)用：

工作原理：領(lǐng)普人體存在傳感器采用毫米波雷達(dá)技術(shù)，就技術(shù)特性來(lái)講，它不容易受環(huán)境（溫度、光線等）的影響，能夠穿透塑料、衣服等非金屬材料，因此非常適合家居使用；另一方面，與采用其他原理的傳感器相比，毫米波雷達(dá)不僅可以檢測(cè)到對(duì)象是否存在，還可以大致掌握人體的位置，檢測(cè)更為精細(xì)。

實(shí)際應(yīng)用：領(lǐng)普人體存在傳感器具備一定先天優(yōu)勢(shì)，因此功能方面也能發(fā)揮得更出色。領(lǐng)普人體存在傳感器支持接入米家，與小愛(ài)音箱聯(lián)動(dòng)，開(kāi)啟接近遠(yuǎn)離感應(yīng)功能后，將家里的窗臺(tái)等區(qū)域設(shè)置成危險(xiǎn)區(qū)域，當(dāng)孩子玩?？拷鼤r(shí)，小愛(ài)音箱就會(huì)發(fā)出語(yǔ)音警告。它還具備180°感應(yīng)角度，6米感應(yīng)距離，可以滿(mǎn)足一般家庭需要，與領(lǐng)普智能開(kāi)關(guān)、智能窗簾等聯(lián)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)“人在燈亮，人走燈滅”等場(chǎng)景；在細(xì)節(jié)上，它還加持接近遠(yuǎn)離感應(yīng)功能、24小時(shí)光照曲線功能，具備1-10000lux的光照感應(yīng)，可以根據(jù)室內(nèi)外光線環(huán)境聯(lián)動(dòng)打造舒適的燈光場(chǎng)景，體驗(yàn)更加靈活智能的家居生活。

4、接近傳感器的原理？

距離傳感器有多種結(jié)構(gòu)原理，即使用途相同的距離傳感器也有多種不同的構(gòu)造和原理。

傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿(mǎn)足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。距離傳感器在傳感器中是一個(gè)大類(lèi)，不同結(jié)構(gòu)、用途的距離傳感器工作原理有較大的差異。

比較常見(jiàn)的距離傳感器有兩種常見(jiàn)原理（其它原理有很多，但應(yīng)用普及程度較低）：

一是飛行時(shí)間法。通過(guò)發(fā)射并測(cè)量特定的能量波束從發(fā)射到被物體反射回來(lái)的時(shí)間，并由這個(gè)時(shí)間間隔來(lái)推算與物體之間的距離。這個(gè)特定的能量波束可以是電磁波（雷達(dá)），超聲波，光線等。這類(lèi)距離傳感器比較適應(yīng)遠(yuǎn)距離測(cè)量；

二是可變磁通法。通過(guò)導(dǎo)電物體在不同距離上對(duì)變化磁場(chǎng)的影響的不同來(lái)檢測(cè)距離。這類(lèi)傳感器在工業(yè)上大量用作金屬之間接近程度的測(cè)量。

在日用領(lǐng)域，由于對(duì)檢測(cè)的要求很低，距離傳感器可以做的十分簡(jiǎn)單，有時(shí)只需一兩個(gè)元件能實(shí)現(xiàn)特定的功能就行。例如：

門(mén)禁或車(chē)門(mén)上的距離傳感器，在檢測(cè)門(mén)是否關(guān)閉時(shí)只需檢測(cè)門(mén)和門(mén)框是否靠近。這時(shí)只需在特定位置分別安裝一塊磁鐵和磁感應(yīng)開(kāi)關(guān)，就能實(shí)現(xiàn)距離檢測(cè)。

在手機(jī)上，接近傳感器檢測(cè)物體與手機(jī)的距離。通常只需返回遠(yuǎn)和近兩個(gè)狀態(tài)，即遠(yuǎn)狀態(tài)近狀態(tài)。一些芯片集成了接近傳感器和光線傳感器兩者功能。其實(shí)就是在光線傳感器旁邊裝了一個(gè)發(fā)射特定波長(zhǎng)紅外線的發(fā)光二極管，當(dāng)近距離有物體（例如接電話時(shí)的人臉）時(shí)，物體被紅外線照射反光，旁邊的光線傳感器在接受到這種特定波長(zhǎng)紅外線的反光時(shí)就發(fā)出近狀態(tài)信號(hào)。反之則發(fā)出遠(yuǎn)狀態(tài)信號(hào)。手機(jī)的接近傳感器可用于接聽(tīng)電話時(shí)自動(dòng)關(guān)閉LCD屏幕以節(jié)省電量。