物联网传感器–存在接近传感器

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概述

接近传感器是一种能够在没有任何物理接触的情况下检测附近物体存在的传感器。接近传感器通常发射电磁场或电磁辐射束(例如红外线),并寻找电磁场或返回信号的变化。被感测的物体通常被称为接近传感器的目标。不同的接近传感器目标需要不同的传感器。例如,电容式接近传感器或光电传感器可能适用于塑料目标;电感式接近传感器始终需要金属目标。

因为没有机械部件,传感器和感测物体之间缺乏物理接触。接近传感器可以具有高可靠性和长功能寿命,接近传感器还用于机器振动监测,以测量轴与其支撑轴承之间的距离变化。这在使用套筒式轴承的大型蒸汽轮机、压缩机和电机中很常见。调整到非常短距离的接近传感器通常用作触摸开关。

常用应用领域

停车传感器,安装在汽车保险杠上或车的侧面的系统,可感应到附近汽车的距离以进行停车,这些系统使用电磁或超声波传感器

航空安全地面接近警告系统,显示两条飞机路径的图表,其中较低的路径将触发 GPWS(ground proximity warning system)

活塞发动机确定停止位置

自动水龙头,可打开其阀门以允许水流动响应用户手的存在在附近。几秒钟后或不再检测到用户手的存在时,水龙头会再次关闭阀门

饮料和食品罐生产线:在生产线运转过程中,在某一个节点需要停顿或执行其他操作,需要传感器感知到达的位置

过山车:有急转弯、陡的过程中位置监控

防空战:最初,传感器是在第一次世界大战期间开发的光学和声学设备,并持续到1930年代,但很快被雷达取代,而雷达又在1980年代被光电技术所补充

输送系统:是一种常见的机械搬运设备,可将物料从一个位置移动到另一个位置。输送机在涉及运输重型或笨重材料的应用中特别有用

触摸屏:用户可以通过用特殊的手写笔或一个或多个手指触摸屏幕,通过简单或多点触摸手势来输入或控制信息处理系统。

传感器分类

电容式传感器

电容传感器是一种基于电容耦合的技术,可以检测和测量任何导电或具有不同于空气的电介质。许多类型的传感器使用电容感应,包括用于检测和测量接近、压力、位置和位移、力、湿度、液位和加速度的传感器。基于电容感应的人机接口设备,如触摸板,可以取代计算机鼠标。数字音频播放器、手机和平板电脑有时会使用电容感应触摸屏作为输入设备。电容式传感器也可以取代机械按钮。

OMRON 的电容传感器 E2K-X15MF1

多普勒效应传感器

多普勒效应被定义为:声波或光波离开光源的频率与到达观察者的频率之间的明显差异,由观察者和波源的相对运动引起。当听者向静止声源运动时,听到的声音的音高(频率)高于听者静止时。如果听者远离静止声源,则会听到较低的音调。

多普勒效应在雷达应用的几何图形

电感式传感器

利用电磁感应原理来检测或测量物体的设备。当电流流过电感器时,电感器会产生磁场;或者,当通过电感器的磁场发生变化时,电流将流过包含电感器的电路。这种效应可用于检测与磁场相互作用的金属物体。液体或某些污垢等非金属物质不会与磁场相互作用,因此电感式传感器可以在潮湿或肮脏的条件下工作。

Keltronik 的 Iron Inductive Proximity Sensor

磁性传感器

磁传感器使用GMR(巨磁阻效应)技术。测量单元由具有多个极细铁磁性和非磁性层的电阻器组成。其中两个GMR电阻用于形成传统的惠斯通电桥电路,当存在磁场时,该电路产生与磁场成比例的大信号。定义阈值,并通过比较器切换输出信号。

  • 通过塑料、木材和任何不可磁化金属进行检测
  • 小型外壳,感应距离超长,可达 70 mm
  • 圆柱形和矩形设计满足空间相关应用
  • 在冲击或振动的情况下具有高机械稳定性
  • 齐平或非齐平安装在不可磁化金属中
西克SICK 的磁性传感器

光学式传感器

光电传感器是一种通过使用光发射器(通常是红外线)和光电接收器来确定物体的距离、不存在或存在的设备。它们主要用于工业制造。有三种不同的有用类型:对射(对射)、镜反射和接近感应(漫射),其感应范围可达 10 米。光学传感器的主要部分是光源,可以是LED和探测器。光学接近传感器可以检测固体、液体、粉末和不透明等材料。

堡盟的光电传感器

雷达

雷达(Radar-radio detection and ranging);是一种使用无线电波来确定物体相对于场地的距离(测距)、角度和径向速度的探测系统。它可用于检测飞机、轮船、航天器、导弹、机动车辆、气象编队和地形。雷达系统由在无线电或微波域中产生电磁波的发射器、发射天线、接收天线(通常使用相同的天线进行发射和接收)以及用于确定物体属性的接收器和处理器组成。来自发射器的无线电波(脉冲或连续)反射物体并返回接收器,提供有关物体位置和速度的信息

一个例子是激光雷达,它主要使用来自激光而不是无线电波的红外光。随着无人驾驶车辆的出现,雷达有望协助自动化平台监控其环境,从而防止意外事故

远程雷达天线,用于跟踪空间物体和弹道导弹

霍尔接近传感器

霍尔效应传感器(或简称霍尔传感器)是一种使用霍尔效应检测磁场的存在和大小的传感器。霍尔传感器的输出电压与场强成正比。它以美国物理学家埃德温·霍尔的名字命名。

霍尔传感器用于接近感应、定位、速度检测和电流检测应用。通常,霍尔传感器与阈值检测相结合,用作二进制开关。常见于工业应用,如图中的气缸,也用于消费类设备;例如,某些计算机打印机使用它们来检测丢失的纸张和打开的盖子,一些3D打印机使用它们来测量灯丝厚度。

两个磁铁的轮子经过霍尔效应传感器
霍尔效应传感器

超声波位置传感器

超声波换能器和超声波传感器是产生或感测超声波能量的设备。它们可以分为三大类:发射器、接收器和收发器。发射器将电信号转换为超声波,接收器将超声波转换为电信号,收发器可以发送和接收超声波

与其他医学成像方式相比,超声有几个优点。它实时提供图像,便携。它的成本大大低于其他成像策略,并且不使用有害的电离辐射

飞利浦 C5-2 128 元件曲面阵列超声传感器的内部结构

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