接近開關感測器

在各類感測器中，有一種對接近它物件有“感知”能力的元件——位移感測器。這類感測器不需要接觸到被檢測物體，當有物體移向位移感測器，並接近到一定距離時，位移感測器就有“感知”，通常把這個距離叫“檢出距離”。利用位移感測器對接近物體的敏感特性製作的開關，就是接近開關。

基本介紹

• 中文名：接近開關感測器
• 反應：、反應速度快。
• 輸出：無觸點輸出，操作壽命長。
• 特性：非接觸檢測，避

概述

不同的感測器檢出距離也不同。有時被檢測驗物體是按一定的時間間隔，一個接一個地移動，又一個一個地離開，這樣不斷地重複。不同的感測器元件，對檢測對象的回響能力是不同的。這種回響特性被稱為“回響頻率”。

特性

1、非接觸檢測，避免了對感測器自身和目標物的損壞。

2、無觸點輸出，操作壽命長。

3、即使在有水或油噴濺的苛刻環境中也能穩定檢測。

4、反應速度快。

5、小型感測頭，安裝靈活。

感測器的分類

因為位移感測器可以根據不同的原理和不同的方法做成，而不同的位移感測器對物體的“感知”方法也不同，所以常見的感測器有以下幾種：

電感式感測器

電感式感測器也叫渦流式感測器，由三大部分組成：振盪器、開關電路及放大輸出電路。振盪器產生一個交變磁場，當金屬目標接近這一磁場，並達到感應距離時，在金屬目標內產生渦流，從而導致振盪衰減，以至停振。振盪器振盪及停振的變化被後級放大電路處理並轉換成開關信號，觸發驅動控制器件，從而達到非接觸式的檢測目的。由此可見，這種接近開關所能檢測的物體必須是導電體。

電容式感測器

這種感測器的測量通常是感測器固定處構成電容器的一個極板，而另一個極板是在測量過程中通常是接地或與設備的機殼相連線。當有物體移向感測器時，不論它是否為導體，由於它的接近，總會使電容器兩極板間的介電常數發生變化，從而使電容器的電容量發生變化，使得和測量頭相連的電路狀態也隨之發生變化，由此便可達到非接觸式的檢測目的。這種接近開關檢測的對象，不限於導體，可以絕緣的液體或粉狀物等。

霍爾式感測器

當一塊通有電流的金屬或半導體薄片垂直地放在磁場中時，薄片的兩端就會產生電位差，這種現象就稱為霍爾效應。兩端具有的電位差值稱為霍爾電勢U，其表達式為U=K·I·B/d，其中K為霍爾係數，I為薄片中通過的電流，B為外加磁場(洛倫慈力Lorrentz)的磁感應強度，d是薄片的厚度。

由此可見，霍爾效應的靈敏度高低與外加磁場的磁感應強度成正比的關係。霍爾元件就屬於這種有源磁電轉換器件，是一種磁敏元件。它是在霍爾效應原理的基礎上，利用集成封裝和組裝工藝製作而成，它可方便的把磁輸入信號轉換成實際套用中的電信號，同時又具備工業場合實際套用易操作和可靠性的要求。霍爾開關就是利用霍爾元件的這一特性製作的，它的輸入端是以磁感應強度B來表征的，當B值達到一定的程度(如B1)時，霍爾開關內部的觸發器翻轉，霍爾開關的輸出電平狀態也隨之翻轉。輸出端一般採用電晶體輸出，和其他感測器類似有NPN、PNP、常開型、常閉型、鎖存型(雙極性)、雙信號輸出之分。霍爾開關具有無觸電、低功耗、長使用壽命、回響頻率高等特點，內部採用環氧樹脂封灌成一體化，所以能在各類惡劣環境下可靠的工作。

當磁性物件移近霍爾開關時，開關檢測面上的霍爾元件因產生霍爾效應而使開關內部電路狀態發生變化，由此識別附近有磁性物體存在，進而控制開關的通或斷。這種接近開關的檢測對象必須是磁性物體。

光電式感測器

光電式感測器利用的是光電效應。將發光器件與光電器件按一定方向裝在同一個檢測頭內。當有反光面（被檢測物體）接近時，光電器件接收到反射光後便在信號輸出，由此便可“感知”有物體接近。

利用光電式感測器製作的光電式接近開關可以檢測各種物質，但是對於流體的檢測誤差較大。

熱釋電式感測器

熱釋電式感測器能感知溫度變化，將熱釋電器件安裝在開關的檢測面上，當有與環境溫度不同的物體接近時，熱釋電感測器的輸出信號發生變化，通過對感測器輸出信號的轉化便可檢測出物體的接近。

線性接近感測器

線性接近感測器是一種屬於金屬感應的線性器件，接通電源後，在感測器的感應面將產生一個交變磁場，當金屬物體接近此感應面時，金屬中則產生渦流而吸取了振盪器的能量，使振盪器輸出幅度線性衰減，然後根據衰減量的變化來完成無接觸檢測物體的目的。

該接近感測器具有無滑動觸點，工作時不受灰塵等非金屬因素的影響，並且低功耗，長壽命，可使用在各種惡劣條件下。線性感測器主要套用在自動化裝備生產線對模擬量的智慧型控制。

附錄：部分常用材料的衰減係數

材料	衰減係數
鋼	1
不鏽鋼	0.85
黃銅	0.3
銅	0.4

其它類型感測器

當觀察者或系統對波源的距離發生改變時，接近到的波的頻率會發生偏移，這種現象稱為都卜勒效應。聲納和雷達就是利用這個效應的原理製成的。利用都卜勒效應可製成超音波感測器元件、微波感測器元件等。當有物體移近時，感測器接收到的反射信號會產生都卜勒頻移，由此可以識別出有無物體接近。

主要用途

這些接近開關感測器在航空、航天技術以及工業生產中套用十分廣泛；在日常生活中，如賓館、飯店、車庫的自動門，自動熱風機上都有套用；在安全防盜方面，如資料檔案、財會、金融、博物館、金庫等重地，通常都裝有由各種接近開關組成的防盜裝置。在測量技術中，如長度，位置的測量；在控制技術中，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，通常是製作成接近開關。

套用案例

接近開關感測器套用於捷運禁止門

隨著國內捷運行業的快速發展和捷運交通事故的頻繁發生，捷運禁止門將會越來越多的被捷運站台所使用。感測器作為自動化智慧型化設備的最佳儀器，接近開關感測器將會大量投入禁止門的技術套用中，捷運事故將會在感測器的套用中降到最低。

接近開關感測器是目前很多禁止門系統用來檢測開門與關門的常用方案，一般是通過兩個接近開關來檢測門的開啟和關閉。另外光電開關在系統中的用量也很大，一切禁止門技術都會套用更多感測器技術。不難看出誰套用感測器技術多，誰才會是市場上的強者，智慧型化和自動化將依靠感測器密切聯繫在一起。

選用原則

在一般的工業生產場所，通常都選用渦流式接近開關和電容式接近開關。因為這兩種接近開關對環境的要求條件較低。

當被測對象是導電物體或可以固定在一塊金屬物上的物體時，一般都選用渦流式接近開關，因為它的回響頻率高、抗環境干擾性能好、套用範圍廣、價格較低。

若所測對象是非金屬（或金屬）、液位高度、粉狀物高度、塑膠、菸草等。則應選用電容式接近開關。這種開關的回響頻率低，但穩定性好。安裝時應考慮環境因素的影響。

若被物為導磁材料或者為了區別和它在一同運動的物體而把磁鋼埋在被測物體內時，應選用霍爾接近開關，它的價格最低。

在環境條件比較好、無粉塵污染的場合，可採用光電接近開關。光電接近開關工作時對被測對象幾乎無任何影。因此，在要求較高的傳真機上，在菸草機械上，自動麻將機、驗鈔機、取電開關等都被廣泛地使用。

在防盜系統中，自動門通常使用熱釋電接近開關、超音波接近開關、微波接近開關。有時為了提高識別的可靠性，上述幾種接近開關往往被複合使用。

無論選用哪種接近開關，都應注意對工作電壓、負載電流、回響頻率、檢測距離等各項指標的要求。

常用術語

一般接近開關有兩種安裝方式：齊平安裝和非齊平安裝。

齊平安裝：接近開關頭部可以和金屬安裝支架相平安裝；

非齊平安裝：接近開關頭部不能和金屬安裝支架相平安裝。