隨著新技術(shù)和舊技術(shù)的出現(xiàn)變得更小、更便宜和更省電，目前可用于傳感的選項數(shù)量不斷增加。接近傳感器并沒有不受這種擴展的影響，各種各樣的傳感器具有完全不同的工作原理。盡管有多種選擇可能是有益的，但工程師如何確定應(yīng)將哪種傳感器技術(shù)用于檢測、距離和接近應(yīng)用？

什么是接近傳感器？

接近傳感器是一種非接觸式方法，可提供簡單的那里/不那里邏輯或精確和準確測量到對象的確切距離。接近傳感器一詞非常重要，因為它們的尺寸和檢測距離范圍很廣。本博客將重點介紹最適合便攜式或小型固定嵌入式系統(tǒng)的流行接近傳感器。這些技術(shù)包括超聲波、光電、激光測距儀和感應(yīng)傳感器，它們非常適合從幾英寸到幾十英尺的中等檢測范圍。電容式和霍爾效應(yīng)傳感器也是高效的接近傳感器，但最適合非常近距離的檢測，因此不予考慮。

接近傳感器設(shè)計注意事項

即使不考慮成本，也沒有接近傳感器能夠比其他傳感器更好地執(zhí)行所有潛在任務(wù)。因此，在審查特定應(yīng)用的理想接近傳感器技術(shù)時，必須考慮許多屬性并對其重要性進行加權(quán)。

成本：很少有項目可以忽略其組件的成本，接近傳感器可能只占總預(yù)算的一小部分，也可能消耗其中的絕大部分。范圍：雖然特定產(chǎn)品的范圍可能有所不同，但接近傳感器的技術(shù)對它們可以檢測到多近和多遠都存在一般限制。尺寸：對于嵌入式設(shè)計，尺寸非常重要，因為接近傳感器的尺寸范圍可以從米粒到單人攜帶的笨重物品。刷新率：大多數(shù)接近傳感器通過發(fā)射信號和檢測返回信號來運行，從而對它們的更新頻率產(chǎn)生一定的物理限制，稱為刷新率。材料效應(yīng)：一些傳感器在硬表面和纖維表面上表現(xiàn)不同，而另一些傳感器則根據(jù)物體的顏色表現(xiàn)不同。

什么是超聲波接近傳感器？

超聲波傳感器利用聲音的超聲波脈沖來檢測物體的存在，或者通過額外的處理來檢測到物體的距離。它們使用發(fā)射器和接收器以及回聲定位原理來發(fā)揮作用。通過發(fā)出啁啾聲并測量啁啾從表面反射并返回所需的時間，超聲波傳感器可以測量到物體的距離。雖然經(jīng)常顯示發(fā)射器和接收器盡可能靠近的配置，但當它們分開時，這些原則仍然適用。還有超聲波收發(fā)器將發(fā)送和接收功能組合到一個封裝中。

超聲波傳感器的基本操作

超聲波檢測非常準確，刷新率相當高，每秒能夠發(fā)出數(shù)十或數(shù)百個脈沖或啁啾聲?；诼曇舳皇请姶挪ǎ矬w的顏色和透明度對讀數(shù)沒有影響。同樣的功能也意味著它們不需要或不產(chǎn)生光，非常適合自然黑暗或需要黑暗的環(huán)境。聲波也會隨著時間的推移而傳播，從而增加它們的檢測區(qū)域——根據(jù)應(yīng)用的不同，無論是優(yōu)點還是缺點。由于它們的設(shè)計簡單，它們的成本也非常低、用途廣泛且安全。

然而，超聲波傳感器有其獨特的缺點。傳感器有兩個部分，發(fā)射器和接收器，它們可以作為一個單元或單獨的設(shè)備出現(xiàn)。由于聲速隨氣溫變化而變化，溫度的任何劇烈波動都會影響精度。但是，這可能會被溫度測量值抵消以更新計算。軟材料也會影響準確性，因為聲波不會在這些吸收性表面上反射。雖然這個概念可能與聲納非常相似，但超聲波傳感器并不是為水下使用而設(shè)計的。最后，它們對聲音的依賴使它們在真空中完全不起作用，因為沒有聲音傳播的媒介。有關(guān)超聲波傳感器的基本操作和實現(xiàn)的更多信息，點擊這里。

光電接近傳感器

光電傳感器對于缺席或在場檢測非常有效，雖然是許多工業(yè)應(yīng)用的理想選擇，但通常用于住宅和商業(yè)環(huán)境中的應(yīng)用，例如車庫門傳感器或商店中的人員計數(shù)。就實施而言，光電傳感器可以設(shè)置為多種變體。對射式在一側(cè)實現(xiàn)發(fā)射器，在另一側(cè)實現(xiàn)檢測器，檢測是由于光束中斷而發(fā)生的?；厣涫前l(fā)射器和檢測器位于同一位置，而另一側(cè)的反射器將光束從發(fā)射器反射回檢測器。最后，漫反射也將發(fā)射器和檢測器彼此相鄰排列，但發(fā)射的光會被附近的任何表面反射，類似于超聲波傳感器的工作方式，

由于缺少移動部件，光電傳感器通常具有較長的使用壽命，并且可以感應(yīng)大多數(shù)材料，但透明材料和水可能會導(dǎo)致問題。對射式和回射式裝置具有很長的感應(yīng)范圍和非?？斓捻憫?yīng)時間。漫射型設(shè)置可以檢測小物體，也可以是移動檢測器。只要鏡頭不被污染，這些都可以耐受工業(yè)應(yīng)用中常見的骯臟環(huán)境。但是，它們計算與物體距離的能力非常有限，并且可能存在物體顏色和反射率的問題。由于需要安裝和對齊對射型和回射型，系統(tǒng)安裝在繁忙的環(huán)境中可能會很復(fù)雜。

激光測距傳感器

激光測距是一項直到最近才在許多應(yīng)用中具有經(jīng)濟可行性的技術(shù)。通過激光測距，它的工作原理與超聲波傳感器相同，但使用的是電磁束而不是聲波。由于光速更高，計算飛行時間需要相當高的精度，因此有時會使用其他方法（例如干涉測量法）來降低成本，同時保持精度。這些傳感器通常具有極長的范圍，在數(shù)百或數(shù)千英尺內(nèi)，并且根據(jù)選項的不同，可以具有非?？斓捻憫?yīng)時間。

盡管這項技術(shù)的價格有所下降，但它仍然是最昂貴的選擇之一，比之前討論的技術(shù)要貴幾個數(shù)量級。運行激光器所需的功率增加具有限制便攜式應(yīng)用的壽命和引起眼睛安全問題的缺點。無論好壞，作為激光器，雖然在距離上有一定程度的色散，但感應(yīng)區(qū)域仍然相對較小。最后，這項技術(shù)不適用于水或玻璃，進一步限制了它的使用。

電感式傳感器

雖然基于舊概念，但電感式傳感器近年來變得越來越流行。與此列表中的其他技術(shù)不同的是，電感式傳感器僅適用于金屬物體。就像在線圈中旋轉(zhuǎn)的磁鐵是發(fā)電的基礎(chǔ)一樣，感應(yīng)傳感器用于產(chǎn)生磁場，然后在金屬物體穿過它時檢測磁場的變化。這是任何金屬探測器的基礎(chǔ)。

根據(jù)設(shè)置，它們的檢測范圍可能非常小，應(yīng)用程序可以通過檢測傳感器旁邊是否有齒輪齒來計算齒輪旋轉(zhuǎn)。對于更遠的距離，感應(yīng)傳感器可以嵌入道路中以檢測在其上方行駛的車輛，或者在極端情況下進行優(yōu)化以檢測空間等離子體。然而，作為電子接近傳感器，電感式傳感器往往在毫米到米的范圍內(nèi)工作。由于它們的工作原理，它們對鐵和鋼等黑色金屬材料的性能更好，而對非磁性金屬材料的檢測范圍減小。由于它們基于電磁場的變化，它們通常具有極快的刷新率。

電感式傳感器在其范圍和應(yīng)用方面非常靈活，并且在概念上非常易于操作。這種簡單性產(chǎn)生了相對便宜的傳感器，但使它們在感知能力方面受到高度限制，同時也使它們?nèi)菀资艿礁鞣N來源的干擾。

結(jié)論

接近傳感器有許多不同的選擇，本博客介紹了市場上一些更流行的中遠程技術(shù)。當考慮到所有成本和部署挑戰(zhàn)時，超聲波傳感器通常是最佳的整體解決方案。這是由于它們成本低、能夠檢測存在和距離以及易于使用。由于這些優(yōu)勢，超聲波傳感器無處不在，廣泛應(yīng)用于家庭和工業(yè)環(huán)境。