Arten von Näherungssensoren

3.1 Induktive Näherungssensoren Berührungslose induktive Näherungssensoren dienen ausschließlich zur Erkennung metallischer Objekte. Sie arbeiten nach dem Induktionsprinzip, wobei ein Oszillator eine Spule so lange antreibt, bis ein metallisches Objekt in die Spule eindringt.

Induktive Sensoren sind in den letzten Jahren immer beliebter geworden, obwohl sie auf älteren Designs basieren. Im Gegensatz zu anderen Technologien in dieser Liste sind induktive Sensoren nur für metallische Materialien geeignet. Sie erzeugen ein Magnetfeld und erkennen dann Änderungen im Magnetfeld, wenn ein metallisches Objekt hindurchgeht, ähnlich wie ein in einer Spule rotierender Magnet Strom erzeugt. Jeder Metalldetektor beginnt damit.

Ihr Erfassungsbereich kann durch die Einstellungen stark eingeschränkt sein, insbesondere bei Anwendungen, bei denen die Zahnraddrehung berechnet wird, indem erkannt wird, ob sich die Zahnräder in der Nähe des Sensors befinden. Induktive Sensoren können auf Straßen installiert werden, um darauf fahrende Fahrzeuge zu erkennen, oder optimiert werden, um Plasma in größeren Entfernungen zu erkennen.

 

Induktive Sensoren arbeiten normalerweise im Bereich von Millimetern bis Metern, wenn sie als elektronische Näherungssensoren fungieren. Sie funktionieren am besten mit schwarzen Metallmaterialien wie Eisen und Stahl, und ihr Erfassungsbereich für nicht magnetische Metallmaterialien ist aufgrund ihrer Funktionsprinzipien kleiner. Sie haben extrem schnelle Aktualisierungsraten, da sie auf Änderungen im elektromagnetischen Feld angewiesen sind.

 

3.2 Kapazitive Näherungssensoren Berührungslose kapazitive Näherungssensoren können sowohl metallische als auch nichtmetallische Substanzen wie Flüssigkeiten, Pulver und Partikel erkennen. Sie funktionieren durch die Erkennung von Kapazitätsänderungen.

Sie bestehen aus einem Oszillator, einem Schmitt-Trigger und einem Ausgangsschaltkreis, ähnlich wie induktive Sensoren. Der einzige Unterschied besteht darin, dass sie zwei Ladeplatten für die Kapazität haben (eine interne, eine externe):

• Der Oszillator ist mit der Innenplatte verbunden.

• Die Sensorfläche ist eine externe Platte (Sensorelektrode).

Wenn sich ein Objekt dem Sensor nähert, ändert sich die Dielektrizitätskonstante im kapazitiven Sensor, sodass der Sensor durch Messen dieser Dielektrizitätskonstante die Entfernung des Objekts bestimmen kann.

 

Kapazitive Sensoren haben im Allgemeinen langsamere Reaktionszeiten mit Aktualisierungsfrequenzen von nur {{0}}Hz. Da kapazitive Sensoren jedoch nicht durch Staub oder undurchsichtige Behälter beeinträchtigt werden, werden sie häufig in Anwendungen eingesetzt, in denen optische Sensoren verboten sind. Der ungefähre Nennbereich typischer kapazitiver Sensoren beträgt 10 Millimeter und kann Dickenänderungen innerhalb von 0,01 Millimeter erkennen.

 

3.3 Ultraschall-Näherungssensoren

Ultraschall-Näherungssensoren erkennen die Anwesenheit von Objekten oder verwenden Ultraschallimpulse, um mit zusätzlicher Verarbeitung die Entfernung zu Objekten zu ermitteln. Sie arbeiten mit Sendern und Empfängern und nutzen das Prinzip der Echoortung.

Ultraschallsensoren ermitteln die Entfernung zu einem Objekt, indem sie Chirp-Signale aussenden und die Zeit messen, die das Chirp-Signal braucht, um von einer Oberfläche abzuprallen und zurückzukehren. Sender und Empfänger sind zwar normalerweise so ähnlich wie möglich konfiguriert, diese Konzepte gelten jedoch auch, wenn sie isoliert sind. Es sind auch Ultraschall-Transceiver erhältlich, die sowohl Sende- als auch Empfangsfunktionen in einer Einheit vereinen.

Die Ultraschallerkennung ist sehr präzise und kann dank hoher Aktualisierungsraten Dutzende oder Hunderte von Impulsen oder Zwitschern pro Sekunde aussenden. Farbe und Transparenz von Objekten haben nur minimale Auswirkungen auf die Messwerte, da sie auf Schall und nicht auf elektromagnetischen Wellen basieren.

Diese Eigenschaften bedeuten, dass sie kein Licht aussenden oder darauf angewiesen sein müssen, was sie ideal für Umgebungen macht, in denen es von Natur aus dunkel ist oder dunkel bleiben muss. Schallwellen breiten sich mit der Zeit aus und vergrößern den Erfassungsbereich – was je nach Anwendung vorteilhaft oder nachteilig sein kann. Aufgrund ihrer einfachen Natur sind sie außerdem sehr kostengünstig, flexibel und sicher.

Andererseits haben Ultraschallsensoren ihre eigenen Nachteile. Sensoren bestehen aus Sendern und Empfängern, die kombiniert oder separat erworben werden können. Erhebliche Temperaturschwankungen beeinträchtigen die Genauigkeit aufgrund von Änderungen der Schallgeschwindigkeit in der Luft. Dies kann jedoch durch die Aktualisierung der Berechnungen anhand von Temperaturmessungen gemildert werden.

 

Weiche Materialien können die Genauigkeit beeinträchtigen, da sie Schallwellen auf absorbierenden Oberflächen schlecht reflektieren. Obwohl Ultraschallsensoren im Wesentlichen Sonaren ähneln, sind sie nicht für den Einsatz unter Wasser konzipiert. Und schließlich sind sie aufgrund ihrer Abhängigkeit von Schall im Vakuum, wo es kein Medium für die Schallausbreitung gibt, nutzlos.

 

3.4 Infrarot-Näherungssensoren IR

steht für Infrarot und verwendet einen Infrarotlichtstrahl, um die Anwesenheit von Objekten zu erkennen. Es funktioniert ähnlich wie Ultraschallsensoren, verwendet jedoch Infrarotsignale anstelle von Schallwellen.

 

Infrarot-Näherungssensoren umfassen eine IR-LED, die Infrarotlicht aussendet, und einen Fotodetektor, der reflektiertes Licht erkennt. Sie verfügen über eine integrierte Signalverarbeitungsschaltung, die einen Lichtpunkt auf einem PSD angeben kann.

 

Wie funktioniert ein Infrarot-Näherungssensor? Zunächst wird Infrarotlicht von der IR-LED ausgestrahlt. Dann trifft der Strahl auf ein Objekt und wird in einem bestimmten Winkel zurückreflektiert. Das reflektierte Licht erreicht den Fotodetektor. Schließlich bestimmt der Sensor im Fotodetektor die Position/Entfernung des reflektierenden Objekts.

 

3.5 Photoelektrische Näherungssensoren Photoelektrische Näherungssensoren bestehen aus einem Lichtstrahlgenerator, einem speziellen Strahldetektor, einem Verstärker und einem Mikroprozessor. Wenn der ausgesendete Lichtstrahl von einem Objekt reflektiert wird, erkennt ihn der photoelektrische Detektor, sodass der Sensor das Objekt mit dieser Methode erkennen kann.

Der ausgesendete Lichtstrahl wird auf eine bestimmte Frequenz moduliert, und der Detektor verfügt über einen frequenzempfindlichen Verstärker, der nur auf Licht reagiert, das mit der entsprechenden Frequenz moduliert ist. Dadurch werden Fehlerkennungen durch Umgebungslicht oder Sonnenlicht vermieden. Wenn ein photoelektrischer Näherungssensor ein schwarzes Objekt erkennt, behindern die nicht reflektierenden Eigenschaften des Objekts den Betrieb des Sensors, ebenso wie transparente oder lichtbrechende Objekte.

 

Obwohl fotoelektrische Näherungssensoren für viele industrielle Anwendungen geeignet sind, werden sie auch häufig in Wohn- und Geschäftsumgebungen eingesetzt, beispielsweise als Garagentorsensoren und Personenzähler in Geschäften. Fotoelektrische Sensoren können in verschiedenen Konfigurationen für die Implementierung eingerichtet werden. Gegenstrahlsensoren verwenden einen Sender auf der einen Seite und einen Detektor auf der anderen Seite, der erkennt, wenn der Strahl unterbrochen wird.

 

Sender und Detektor sind Teil eines retroreflektierenden Systems, bei dem ein Reflektor auf der anderen Seite das Signal zurück zum Detektor reflektiert. Bei diffusen Sensoren sind Sender und Detektor schließlich nah beieinander, das Licht des Senders wird jedoch von jeder umgebenden Oberfläche reflektiert, ähnlich wie bei Ultraschallsensoren, jedoch ohne Entfernungsmessung.

 

Da keine beweglichen Teile vorhanden sind, haben fotoelektrische Sensoren eine lange Lebensdauer und können eine Vielzahl von Materialien erkennen, obwohl transparente Materialien und Wasser Probleme bereiten können. Gegenstrahl- und retroreflektierende Aufbauten bieten große Erfassungsreichweiten und schnelle Reaktionszeiten. Kleine Objekte können mit diffusen Aufbauten oder einem beweglichen Detektor erkannt werden.

 

Diese Sensoren können schmutzigen Bedingungen in industriellen Anwendungen standhalten, solange die Linse nicht verunreinigt ist. Ihre Fähigkeit, die Entfernung zu Objekten zu messen, ist jedoch stark eingeschränkt, und Objektfarbe und Reflexion können Probleme verursachen. Die Installation in stark frequentierten Umgebungen kann komplex sein, da Gegenstrahl- und retroreflektierende Aufbauten eine Ausrichtung erfordern.