一文读懂接近传感器

接近传感器广泛应用于各种自动化生产线、机电一体化设备、石油、化工、军工、科研等行业。什么是接近传感器？

近程传感器

接近传感器(Proximity sensor)是指取代限位开关等接触检测方式，在不接触被检测对象的情况下进行检测的传感器的总称。其可以将检测对象的移动信息和存在信息转换成电信号。

在转换成电信号的检测方法中，有利用由电磁感应引起的检测对象的金属体中产生的涡流的方法、由检测对象的接近引起的改变电信号的容量的方法、磨刀石和引导开关的方法。由感应式、静电电容式、超声波式、光电式、磁力式等组成。

近程传感器是由振动器产生的交变磁场。当金属靶靠近这个磁场，达到感应距离时，金属靶中就会产生涡流，导致振动衰减，从而使靠近传感器的振子停止振动。接近传感器的振子振动和停止振动的变化由后级放大电路处理并转换成开关信号，触发驱动控制装置，从而达到接近传感器非接触检测的目的。这就是近程传感器的工作原理。

技术优势

①因为可以非接触方式检测，所以不会对被检测物体造成磨损和损伤。

(2)由于采用无触点输出方式，采用半导体输出，延长了使用寿命，对触点的使用寿命没有影响。

(3)与光检测法不同，适合在水和油的环境中使用，几乎不受被检测对象的污渍、油和水的影响。此外，还包括特氟隆外壳型和耐药性好的产品。

④与接触开关相比，可实现高速响应。

⑤可以对应很宽的温度范围。

⑥不受被检测物体颜色的影响:检测的是被检测物体的物理性质，所以几乎不受表面颜色的影响。

⑦与接触式不同，会受到环境温度、周围物体和类似传感器的影响，包括感应式和静电容式，传感器之间会相互作用。因此，对于传感器的设置，需要考虑相互间的干扰。另外，在感应式中，要考虑周围金属的影响，而在静电电容式中，要考虑周围物体的影响。

当金属探测器靠近传感器的感应区域时，开关能快速发出电气指令，无触点、无压力、无火花，准确反映运动机构的位置和行程。即使用于一般的行程控制，其定位精度、工作频率、使用寿命、安装调整方便性以及对恶劣环境的适应能力都是一般机械式行程开关无法比拟的。

接近传感器的分类

根据工作原理，接近传感器分为:

高频振荡式、电容式、感应桥式、永磁式和霍尔效应式。

根据工作原理，它可以分为三类:

高频振荡型利用电磁感应，磁性型利用磁铁，电容型利用电容变化。

根据检测方法:

一般用途:主要检测黑色金属。

所有金属类型:检测相同检测距离内的任何金属。

有色金属类:主要检测铝等有色金属。

根据结构类型:

1.双线接近传感器:

双线式接近传感器安装简单，接线方便；应用广泛，但有残压和漏电流大的缺点。

2、DC三线式:

DC三线接近传感器有两种输出类型:NPN和PNP。20世纪70年代，大多数日本产品为NPN输出，西欧国家同时拥有NPN和PNP输出类型。PNP输出接近传感器一般用于PLC或计算机中作为控制指令，而NPN输出接近传感器用于控制DC继电器。在实际应用中，应根据控制电路的特点选择其输出形式。

不同类型接近传感器的工作原理

电容式接近传感器的工作原理:电容式接近传感器由高频振荡器和放大器组成，传感器的检测面与地之间形成电容，电容参与振荡回路的工作，起初处于振荡状态。当物体接近传感器的检测面时，回路的电容发生变化，使高频振荡器发生振荡。振荡和停止振荡两种状态转换成电信号，由放大器转换成二进制开关信号。

电感式接近传感器工作原理:电感式接近传感器由高频振荡、检测、放大、触发、输出电路组成。振荡器在传感器的检测表面上产生交变电磁场。当一个金属物体靠近传感器的检测面时，金属中产生的涡流会吸收振子的能量，使振荡减弱甚至停止。振荡器的振荡和停止振荡转换成电信号，通过整形和放大转换成二进制开关信号，功率放大后输出。

高频振荡接近传感器工作原理:由LC高频振荡器和放大处理器电路组成。当有金属物体靠近振荡感应头时，会产生涡流，削弱接近传感器的振荡能力，改变内部电路的参数，从而识别是否有金属物体靠近，进而控制开关的通断。

所有金属传感器的工作原理:所有金属传感器基本上都属于高频振荡型。和普通型一样，它也有振荡电路，其中感应电流在靶中流动造成的能量损失影响振荡频率。当目标接近传感器时，不管目标的金属类型如何，振荡频率都会增加。传感器检测到这种变化并输出检测信号。

有色金属传感器工作原理:有色金属传感器基本属于高频振荡型。它有一个振荡电路，电路中靶内流动的感应电流造成的能量损失影响振荡频率的变化。当铝或铜等有色金属物体靠近传感器时，振荡频率增加；当铁等黑色金属目标接近传感器时，振荡频率会降低。如果振荡频率高于参考频率，传感器输出信号。

万能接近传感器的工作原理:振荡电路中的线圈L产生高频磁场。当目标接近磁场时，由于电磁感应，在目标中产生感应电流。随着目标接近传感器，感应电流增加，导致振荡电路中的负载增加。然后，振荡减弱直至停止。传感器通过振幅检测电路检测振动状态的变化，并输出检测信号。

接近传感器的选择和检测

近程传感器的选择:

对于不同的材料和不同的探测距离，应选择不同类型的接近传感器，使其在系统中具有较高的性价比。因此，在选择时应遵循以下原则:

1.当检测对象为金属时，应选择高频振荡接近传感器，对于检测铁、镍、A3钢样品最为灵敏。对于铝、黄铜和不锈钢，检测灵敏度较低。

2.当测试对象为非金属材料时，应选择电容式接近传感器，如木材、纸张、塑料、玻璃和水。

3.当需要远程检测和控制金属和非金属时，应选择光电接近传感器或超声波接近传感器。

4.检测车身金属但灵敏度要求不高时，可选用低成本的磁性接近传感器或霍尔接近传感器。

近程传感器选择的要素:

①检测类型:内置放大器型和分离放大器型；

②外观:圆形、方形、凹槽状；

③探测距离:单位为毫米(mm)；

④检测对象:铁、钢、铜、铝、塑料、水、纸等。

⑤工作电源:DC、AC、AC/DC通用；

⑥输出方式:常开常闭(NC)；

⑦输出方式:两线式和三线式；

8屏蔽和非屏蔽；

⑨引出式、连接器式、连接器继电器式；

⑩响应频率:一秒钟能探测到多少物体？

近程传感器的检测:

释放距离的测量:当作用件从前面离开接近传感器的感应面，开关从动作变为释放时，测量作用件离感应面的最大距离。

回程差H的确定:最大动作距离与释放距离之差的绝对值。

动作频率的测量:用调速电机带动胶木圆盘，在圆盘上固定几块钢板，调整开关感应面与动作片的距离，约为开关动作距离的80%，旋转圆盘，使动作片依次靠近传感器。转速测量装置安装在圆盘的主轴上，开关的输出信号经过整形后连接到数字频率计上。此时启动电机，逐渐提高转速。在速度与动作片的乘积等于频率计数的情况下，开关的动作频率可由频率计直接读出。

重复精度测量:将动作片固定在量具上，从开关感应面的正面靠近开关的动作区域超过开关动作距离的120%，控制移动速度为0.1 mm/s，当开关动作时，读取量具上的读数，然后退出动作区域，关闭开关。如此重复10次，最后计算10次测量值的最大值和最小值与10次平均值的差值，差值最大的就是重复精度误差。

近程传感器常见故障排除

(1)稳定的电源单独向接近传感器供电；

②响应频率在额定范围内；

(3)物体检测过程中存在抖动，导致超出检测区域；

(4)多个探头安装紧密，相互干扰；

⑤传感器探头周围检测区域有其他被测物体；

⑥接近传感器周围有大功率设备，存在电气干扰。

接近传感器广泛应用于机床、冶金、化工、纺织和印刷行业。它可作为自动控制系统中的限位、计数、定位控制和自动保护的纽带。接近传感器具有使用寿命长、运行可靠、重复定位精度高、无机械磨损、无火花、无噪音、抗振动能力强等特点。目前，接近传感器的应用范围日益广泛，其自身的发展和创新速度也异常迅速。