隨著新技術(shù)和舊技術(shù)的出現(xiàn)變得更小、更便宜且功耗更低，當(dāng)前可用于傳感的選項(xiàng)數(shù)量不斷增加。接近傳感器也不能幸免于這種擴(kuò)展，各種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)使用哪種傳感器技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)、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，可以提供簡(jiǎn)單的存在/不存在邏輯或準(zhǔn)確測(cè)量到物體的確切距離。術(shù)語(yǔ)接近傳感器非常重要，因?yàn)樗鼈冊(cè)诔叽绾蜋z測(cè)距離方面具有很大的范圍。本文將重點(diǎn)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(cè)距儀和電感式傳感器，非常適合從幾英寸到幾十英尺的中等探測(cè)范圍。電容式和霍爾效應(yīng)傳感器也是高效的接近傳感器，但它們最適合在非常近的距離進(jìn)行檢測(cè)，不會(huì)被考慮。
接近傳感器設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)
即使不考慮成本，也沒(méi)有接近傳感器可以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(shí)，必須考慮許多屬性并對(duì)其重要性進(jìn)行加權(quán)。
1.成本：很少有項(xiàng)目可以忽略其組件的成本。接近傳感器可能只占總預(yù)算的一小部分或消耗其中的大部分。
2.范圍：雖然具體產(chǎn)品的范圍可能不同，但接近傳感器技術(shù)對(duì)它們可以檢測(cè)的距離和距離有普遍的限制。
3.尺寸：對(duì)于嵌入式設(shè)計(jì)，尺寸非常重要，因?yàn)榻咏鼈鞲衅鞯某叽缈梢詮拿琢５饺瞬荒軘y帶的大件物品。
4.刷新率：大多數(shù)接近傳感器通過(guò)傳輸信號(hào)和檢測(cè)返回信號(hào)來(lái)工作，這對(duì)其更新頻率施加了一定的物理限制，稱為刷新率。
5.材料效應(yīng)：有些傳感器在硬表面和纖維表面上表現(xiàn)不同，而另一些則根據(jù)物體的顏色表現(xiàn)不同。
什么是超聲波接近傳感器？
超聲波傳感器使用聲波的超聲波脈沖來(lái)檢測(cè)物體的存在，或者通過(guò)額外的處理來(lái)檢測(cè)到物體的距離。他們使用發(fā)射器和接收器以及回聲定位原理來(lái)工作。通過(guò)發(fā)出啁啾并測(cè)量啁啾從表面反射并返回所需的時(shí)間，超聲波傳感器可以測(cè)量到物體的距離。盡管經(jīng)常顯示在發(fā)射器和接收器盡可能彼此靠近的配置中，但這些原則在它們分開(kāi)時(shí)仍然適用。還有一些超聲波收發(fā)器，將發(fā)送和接收功能整合到一個(gè)包中。
超聲波檢測(cè)非常準(zhǔn)確并且具有非常高的刷新率，每秒能夠發(fā)出數(shù)十或數(shù)百個(gè)脈沖或啁啾聲。由于它基于聲音而不是電磁波，因此物體的顏色和透明度對(duì)讀數(shù)沒(méi)有影響。同樣的特性也意味著它們不需要或產(chǎn)生光，非常適合自然黑暗或需要黑暗的環(huán)境。聲波也會(huì)隨著時(shí)間的推移傳播，增加其檢測(cè)區(qū)域-取決于應(yīng)用，無(wú)論是優(yōu)勢(shì)還是劣勢(shì)。由于其簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)，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(dú)特的缺點(diǎn)。傳感器有兩個(gè)部分，一個(gè)發(fā)射器和一個(gè)接收器，它們可以作為一個(gè)單元出現(xiàn)，也可以作為一個(gè)單獨(dú)的設(shè)備出現(xiàn)。由于聲速隨著溫度的變化而變化，溫度的任何急劇波動(dòng)都會(huì)影響精度。然而，這可能會(huì)被溫度測(cè)量抵消以更新計(jì)算。軟材料也會(huì)影響精度，因?yàn)槁暡ㄔ谶@些吸收表面上反射得不好。雖然這個(gè)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(jì)的。最后，它們對(duì)聲音的依賴使它們?cè)谡婵罩型耆珶o(wú)用，因?yàn)闆](méi)有聲音傳播的媒介。有關(guān)超聲波傳感器基本操作和實(shí)施的更多信息，請(qǐng)單擊此處。
光電接近傳感器
光電傳感器對(duì)于缺失或存在檢測(cè)非常有效。盡管它們是許多工業(yè)應(yīng)用的理想選擇，但它們通常用于住宅和商業(yè)環(huán)境，例如車庫(kù)門傳感器或商店中的人數(shù)統(tǒng)計(jì)。在實(shí)施方面，可以以多種變體提供光傳感器。對(duì)射式在一側(cè)實(shí)現(xiàn)發(fā)射器，在另一側(cè)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)器，由于光束的中斷而發(fā)生檢測(cè)。逆反射是當(dāng)發(fā)射器和檢測(cè)器位于同一位置時(shí)，另一側(cè)的反射器將來(lái)自發(fā)射器的光束反射回檢測(cè)器。最后，擴(kuò)散還將發(fā)射器和檢測(cè)器排列在一起，但發(fā)射的光將從附近的任何表面反射，類似于超聲波傳感器的工作方式。
由于缺少活動(dòng)部件，光電傳感器通常使用壽命長(zhǎng)，可以感應(yīng)大多數(shù)材料，但透明材料和水可能會(huì)引起問(wèn)題。對(duì)射式和回歸反射式設(shè)置具有很長(zhǎng)的感應(yīng)范圍和非?？斓捻憫?yīng)時(shí)間。漫反射類型設(shè)置可以檢測(cè)小物體，也可以是運(yùn)動(dòng)檢測(cè)器。只要鏡頭沒(méi)有受到污染，它們就可以承受工業(yè)應(yīng)用中常見(jiàn)的骯臟環(huán)境。但是，它們計(jì)算與物體距離的能力非常有限，并且物體的顏色和反射率可能存在問(wèn)題。由于需要安裝和對(duì)準(zhǔn)直通光束和回射器，在繁忙的環(huán)境中系統(tǒng)安裝可能會(huì)很復(fù)雜。
激光測(cè)距儀傳感器
激光測(cè)距是最近才在許多應(yīng)用中變得經(jīng)濟(jì)可行的技術(shù)。對(duì)于激光測(cè)距，其工作原理與超聲波傳感器相同，但它使用的是電磁波束而不是聲波。由于光速較高，飛行時(shí)間的計(jì)算需要相當(dāng)?shù)木?，因此有時(shí)會(huì)使用其他方法（如干涉測(cè)量法）來(lái)降低成本，同時(shí)保持精度。這些傳感器通常具有極長(zhǎng)的范圍，可達(dá)數(shù)百或數(shù)千英尺，并且可以根據(jù)選項(xiàng)具有極快的響應(yīng)時(shí)間。
雖然這項(xiàng)技術(shù)的價(jià)格已經(jīng)下降，但它仍然是最昂貴的選擇之一，比之前討論的技術(shù)貴幾個(gè)數(shù)量級(jí)。操作激光器所需功率的增加具有限制便攜式應(yīng)用的壽命并導(dǎo)致眼睛安全問(wèn)題的缺點(diǎn)。不管是好是壞，作為激光器，雖然在距離上有一定的色散，但感應(yīng)面積還是比較小。最后，該技術(shù)不適用于水或玻璃，進(jìn)一步限制了其使用。
電感式傳感器
盡管基于舊概念，電感式傳感器近年來(lái)變得越來(lái)越流行。與此列表中的其他技術(shù)不同，電感式傳感器僅適用于金屬物體。就像線圈中的旋轉(zhuǎn)磁鐵是發(fā)電的基礎(chǔ)一樣，電感式傳感器用于產(chǎn)生磁場(chǎng)，然后在金屬物體通過(guò)時(shí)檢測(cè)磁場(chǎng)的變化。這是任何金屬探測(cè)器的基礎(chǔ)。
根據(jù)設(shè)置，它們的檢測(cè)范圍可能非常小，應(yīng)用程序可以通過(guò)檢測(cè)傳感器旁邊是否有齒輪齒來(lái)計(jì)算齒輪旋轉(zhuǎn)。對(duì)于更長(zhǎng)的距離，電感傳感器可以嵌入道路以檢測(cè)在道路上行駛的車輛，或者在極端情況下，可以優(yōu)化以檢測(cè)空間等離子體。然而，作為一種電子接近傳感器，電感式傳感器通常在毫米到米的范圍內(nèi)工作。由于它們的工作原理，它們對(duì)鋼鐵等黑色金屬材料表現(xiàn)更好，但對(duì)非磁性金屬材料的檢測(cè)范圍較小。由于它們基于電磁場(chǎng)的變化，因此它們通常具有極快的刷新率。
電感式傳感器的范圍和應(yīng)用非常靈活，并且在概念上非常易于操作。這種簡(jiǎn)單性生產(chǎn)出相對(duì)便宜的傳感器，但使它們的感應(yīng)范圍受到高度限制，同時(shí)也使它們?nèi)菀资艿礁鞣N來(lái)源的干擾。
綜上所述
接近傳感器有許多不同的選擇。該博客涵蓋了市場(chǎng)上一些較受歡迎的中遠(yuǎn)程技術(shù)。當(dāng)考慮所有成本和部署挑戰(zhàn)時(shí)，超聲波傳感器通常是最佳的整體解決方案。這是因?yàn)樗鼈兂杀镜?，可以檢測(cè)存在和距離，并且易于使用。由于這些優(yōu)勢(shì)，超聲波傳感器無(wú)處不在，可以在各種家庭和工業(yè)環(huán)境中找到。
