【導讀】許多工業自動化 (IA) 應用要求能夠在不進行物理接觸的情況下感知物體或人體的存在和/或位置
，以避免約束或限製所感知物體的移動。接近傳感器非常適合這一用處。但接近傳感器有很多種類，包括電磁式、電容式
、電感式和光學式，被檢測物體的材料組成也可能會影響傳感器檢測其存在的能力。

youxiejiejinchuanganqiduitanceheisejinshuhenyouyong，eryouxiekeyitancerenhezhongleidejinshu

，haiyouyixiekeyitancerenheleixingdewuti
，shenzhishirenti。gongyezidonghuayingyongzhongjiejinchuanganqideqianzaiyonghubixulejiebutongdejiejinchuanganqijishuleixingjiqiduitedingganyingqingkuangdeshiyongxing。

本文討論了幾種類型的傳感器

，並詳細介紹了它們能夠感知的物體類型和每種器件類型的空間靈敏度。最後介紹了幾款來自Texas Instruments、Red Lion Controls、Littelfuse Inc.、Omron Electronics Inc.

、MaxBotix Inc.和Carlo Gavazzi Inc.實例器件。

01 電感式接近傳感器

電感式接近傳感器能夠檢測導電（即金屬）物wu體ti的de存cun在zai，其qi感gan應ying範fan圍wei取qu決jue於yu被bei檢jian測ce金jin屬shu的de類lei型xing。這zhe些xie傳chuan感gan器qi利li用yong振zhen蕩dang電dian路lu中zhong線xian圈quan產chan生sheng的de高gao頻pin磁ci場chang進jin行xing操cao作zuo。接jie近jin磁ci場chang的de導dao電dian目mu標biao會hui在zai其qi中zhong產chan生sheng感gan應ying或huo渦wo流liu，形xing成cheng一yi個ge相xiang反fan的de磁ci場chang
，有you效xiao降jiang低di了le電dian感gan式shi傳chuan感gan器qi的de電dian感gan量liang。

電(dian)感(gan)式(shi)接(jie)近(jin)傳(chuan)感(gan)器(qi)工(gong)作(zuo)方(fang)式(shi)有(you)兩(liang)種(zhong)。在(zai)第(di)一(yi)種(zhong)工(gong)作(zuo)方(fang)法(fa)中(zhong)，當(dang)目(mu)標(biao)接(jie)近(jin)傳(chuan)感(gan)器(qi)時(shi)，感(gan)應(ying)電(dian)流(liu)增(zeng)加(jia)
，這(zhe)增(zeng)加(jia)了(le)振(zhen)蕩(dang)電(dian)路(lu)的(de)負(fu)載(zai)
，導(dao)致(zhi)其(qi)振(zhen)蕩(dang)被(bei)衰(shuai)減(jian)或(huo)停(ting)止(zhi)。該(gai)傳(chuan)感(gan)器(qi)用(yong)一(yi)個(ge)振(zhen)幅(fu)檢(jian)測(ce)電(dian)路(lu)檢(jian)測(ce)這(zhe)種(zhong)振(zhen)蕩(dang)狀(zhuang)態(tai)的(de)變(bian)化(hua)，並(bing)輸(shu)出(chu)一(yi)個(ge)檢(jian)測(ce)信(xin)號(hao)。

另(ling)一(yi)種(zhong)工(gong)作(zuo)方(fang)式(shi)是(shi)
，使(shi)用(yong)因(yin)導(dao)電(dian)目(mu)標(biao)的(de)存(cun)在(zai)而(er)產(chan)生(sheng)的(de)頻(pin)率(lv)變(bian)化(hua)
，而(er)不(bu)是(shi)振(zhen)幅(fu)的(de)變(bian)化(hua)。非(fei)鐵(tie)金(jin)屬(shu)目(mu)標(biao)，如(ru)鋁(lv)或(huo)銅(tong)接(jie)近(jin)傳(chuan)感(gan)器(qi)會(hui)導(dao)致(zhi)振(zhen)蕩(dang)頻(pin)率(lv)增(zeng)加(jia)，而(er)鐵(tie)金(jin)屬(shu)目(mu)標(biao)
，如(ru)鐵(tie)或(huo)鋼(gang)會(hui)導(dao)致(zhi)振(zhen)蕩(dang)頻(pin)率(lv)降(jiang)低(di)。振(zhen)蕩(dang)頻(pin)率(lv)相(xiang)對(dui)於(yu)參(can)考(kao)頻(pin)率(lv)的(de)變(bian)化(hua)導(dao)致(zhi)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)輸(shu)出(chu)狀(zhuang)態(tai)改(gai)變(bian)。

Texas Instruments 的 LDC0851HDSGT 是一個近距離電感式接近開關傳感器
，它利用頻率的變化來檢測其電磁場內是否存在導電物體（圖 1）。

圖 1：LDC0851HDSGT電感式接近傳感器使用雙電感線圈（感應線圈和參考線圈）來測量感應線圈附近的目標物體引起的電感量變化。（圖片來源：Texas Instruments）

LDC0851 電感式接近開關是非接觸式接近檢測應用的理想選擇
，如存在檢測
、事件計數和感應範圍小於 10 毫米（0.39 英寸）的簡單按鈕。當一個導電物體在感應線圈附近移動時，該器件就會改變其輸出狀態。差分實現（使用感應和參考線圈來確定係統的相對電感）和滯後用於保證可靠的開關，使之不受機械振動

、溫度變化或濕度影響。

LDC0851HDSGT 的電感式拾音器線圈用一個傳感器電容進行調諧，將振蕩頻率設定在3 至 19 兆赫 (MHz) 範圍內。當感應電感低於參考電感時，推挽輸出處於低電平狀態
，反之則返回到高電平狀態。

02 磁性接近傳感器

磁性接近檢測器用於測量移動金屬部件的位置和速度，可以是霍爾效應傳感器這樣的有源器件，也可以是可變磁阻 (VR) 傳感器這樣的無源器件，如 Red Lion Controls 的MP62TA00螺紋式磁性拾音器（圖 2，左）。可變磁阻接近傳感器測量磁阻的變化（類似於電路中的電阻），它由一個永磁鐵
、一個極片和一個封閉在圓柱形外殼中的傳感線圈組成。

圖 2：VR 磁性拾音器（圖左）是一個無源傳感器
，可以感應到極片和傳感器外殼（圖右）之間的磁場變化。（圖片來源：Art Pini，MP62TA00 圖片來自 Red Lion Controls）

一(yi)個(ge)鐵(tie)磁(ci)性(xing)物(wu)體(ti)從(cong)極(ji)片(pian)旁(pang)緊(jin)密(mi)通(tong)過(guo)，會(hui)引(yin)起(qi)磁(ci)場(chang)的(de)變(bian)化(hua)。這(zhe)種(zhong)變(bian)化(hua)又(you)會(hui)在(zai)信(xin)號(hao)線(xian)圈(quan)中(zhong)產(chan)生(sheng)一(yi)個(ge)信(xin)號(hao)電(dian)壓(ya)。信(xin)號(hao)電(dian)壓(ya)的(de)大(da)小(xiao)取(qu)決(jue)於(yu)目(mu)標(biao)物(wu)體(ti)的(de)大(da)小(xiao)、速度以及極片和物體之間的間隙大小。目標物體必須處於運動狀態才能被 VR 傳感器感應到。MP62TA00 紋式磁性拾音器是一種采用環氧樹脂封裝的 VR 接近傳感器，工作溫度範圍為 -40 至 +107℃。它有一英寸（25.4 毫米(mm)）長，帶有一個 ¼ - 40 UNS 螺紋體。

VR 傳感器是無源器件

，所以它們不需要電源。因此，它們通常用於測量旋轉的機器。例如，像 MP62TA00 這樣的 VR 拾音器被廣泛用於感應鐵質齒輪、鏈輪或正時皮帶輪上的通過齒。它們還可用於感應螺栓頭、鍵槽或其他快速移動的金屬目標（圖 3）。

圖 3：VR 傳感器廣泛用於感知旋轉機械中的輪齒
、凸輪和鍵槽。（圖片來源：Red Lion Controls）

它們被用作轉速計來測量轉速，成對使用時也可用於測量旋轉軸的偏心率。

第(di)二(er)種(zhong)類(lei)型(xing)的(de)磁(ci)性(xing)傳(chuan)感(gan)器(qi)則(ze)使(shi)用(yong)霍(huo)爾(er)效(xiao)應(ying)來(lai)檢(jian)測(ce)磁(ci)場(chang)的(de)存(cun)在(zai)。霍(huo)爾(er)效(xiao)應(ying)描(miao)述(shu)了(le)載(zai)流(liu)導(dao)體(ti)和(he)垂(chui)直(zhi)於(yu)該(gai)導(dao)體(ti)平(ping)麵(mian)的(de)磁(ci)場(chang)的(de)相(xiang)互(hu)作(zuo)用(yong)。當(dang)一(yi)個(ge)載(zai)流(liu)導(dao)體(ti)被(bei)置(zhi)於(yu)一(yi)個(ge)磁(ci)場(chang)中(zhong)時(shi)
，將(jiang)產(chan)生(sheng)一(yi)個(ge)與(yu)電(dian)流(liu)和(he)磁(ci)場(chang)都(dou)垂(chui)直(zhi)的(de)電(dian)壓(ya)（霍爾電壓）。霍爾電壓與磁場的磁通密度成正比
，需要一個被磁化的目標。

Littelfuse Inc. 的 55100-3H-02-A 是一種法蘭安裝霍爾效應傳感器，可提供數字輸出或可編程的模擬電壓輸出（圖 4）。

圖 4：55100-3H-02-A帶電壓輸出的法蘭安裝霍爾效應接近傳感器框圖和照片。（圖片來源：Littelfuse, Inc.）

55100-3H-02-A 尺寸為 25.5 x 11 x 3 mm，可提供三線電壓輸出或兩線電流輸出。兩個版本都提供中（130 高斯）
、高（59 高斯）或可編程靈敏度。該器件具有高靈敏度，使用指定的磁鐵，激活範圍為 18 毫米（0.709 英寸）。下拉輸出可以灌入最高 24 伏的直流電壓和 20 毫安(mA) 電流。

這種傳感器可以在最高 10 千赫茲 (kHz) 的de開kai關guan速su率lv下xia工gong作zuo，並bing能neng感gan知zhi動dong態tai和he靜jing態tai磁ci場chang。檢jian測ce靜jing態tai磁ci場chang的de能neng力li是shi霍huo爾er效xiao應ying傳chuan感gan器qi的de一yi個ge主zhu要yao優you點dian，因yin為wei它ta可ke以yi用yong來lai感gan知zhi一yi扇shan正zheng在zai關guan閉bi的de門men或huo一yi個ge處chu於yu固gu定ding位wei置zhi的de物wu體ti。

03 光學接近傳感器

光學接近傳感器使用光（紅外線或可見光）來(lai)感(gan)應(ying)物(wu)體(ti)。其(qi)優(you)點(dian)是(shi)，目(mu)標(biao)不(bu)需(xu)要(yao)有(you)磁(ci)性(xing)或(huo)是(shi)金(jin)屬(shu)，隻(zhi)要(yao)能(neng)阻(zu)擋(dang)或(huo)反(fan)射(she)光(guang)線(xian)就(jiu)可(ke)以(yi)了(le)。基(ji)本(ben)原(yuan)理(li)是(shi)
，光(guang)學(xue)傳(chuan)感(gan)器(qi)發(fa)出(chu)光(guang)並(bing)監(jian)測(ce)從(cong)目(mu)標(biao)物(wu)體(ti)上(shang)反(fan)射(she)的(de)光(guang)（圖 5
，左）。

圖 5：光學接近傳感器通過發射一束光並檢測目標反射回來的光來定位目標物體。（圖片來源：Art Pini）

Omron Electronics Inc. 的 EE-SY1200 是一個出色的光學接近傳感器實例（圖 5，右）。它是一個安裝在小型印刷電路板上的超緊湊光傳感器
，工作在 850 納米 (nm) 的紅外波長下。它包括一對 LED 發射器和光電晶體管，采用表麵貼裝封裝，尺寸為 1.9 x 3.2 x 1.1 毫米（0.0748 x 0.126 x 0.043英寸）
，工作溫度範圍為 -25 至 +85℃。其推薦感應距離範圍為 1.0 至 4.0 毫米（0.039 至0.157 英寸）。

由於它采用小尺寸板安裝，因此成為如自動纏繞機中金屬化麥拉材料對準之類應用的理想選擇。

04 超聲波接近傳感器

感應距離要求更遠時，如檢測免下車窗口的汽車時
，可以使用基於超聲波的接近傳感器來處理。這些傳感器可在多至數米 (m) dejulineitancerenheleixingdewuti。jibenyuanlishi，celiangchuanganqifasheqifachuchaoshengbomaichong，ranhoubeimubiaowutifanshebingbeichuanganqijieshouqishiqudefeixingshijian（圖 6）。

圖 6：使用超聲波進行測距時，測量從發射器發射超聲波脈衝（左）到反射脈衝返回（右）的時間。這個時間是初始脈衝從傳感器到目標物體的飛行時間的兩倍。（圖片來源：Art Pini）

從(cong)發(fa)射(she)脈(mai)衝(chong)到(dao)接(jie)收(shou)反(fan)射(she)的(de)時(shi)間(jian)代(dai)表(biao)了(le)從(cong)傳(chuan)感(gan)器(qi)到(dao)目(mu)標(biao)物(wu)體(ti)再(zai)返(fan)回(hui)的(de)飛(fei)行(xing)時(shi)間(jian)。知(zhi)道(dao)了(le)傳(chuan)播(bo)的(de)速(su)度(du)和(he)飛(fei)行(xing)的(de)時(shi)間(jian)，就(jiu)可(ke)以(yi)計(ji)算(suan)出(chu)距(ju)離(li)。在(zai)所(suo)示(shi)例(li)子(zi)中(zhong)，飛(fei)行(xing)時(shi)間(jian)是(shi) 3.1 毫秒 (ms)。對於空氣來說，在 70 華氏度，聲音的速度是每秒 1128 英尺
，所以到物體並返回的的總距離是 3.50 英尺。從傳感器到物體的距離是飛行時間的一半或 1.75 英尺。

MatBotix Inc. 的 MB1634-000 是一種超聲波接近傳感器
，測量範圍為 5 米（16.4 英尺）。它需要一個 2.5 至 5.5 伏的電源，工作頻率為 42 kHz，它將到目標的距離輸出為模擬電壓

、脈衝寬度或晶體管-晶體管邏輯 (TTL) 串行數據流。它針對目標尺寸變化
、工作電壓和內部溫度（可選擇外部溫度補償）進行了補償
，所有這些功能都封裝在一個小於一立方英寸的封裝中——0.875 x 1.498 x 0.58 英寸（22.23 x 38.05 x 14.73 毫米）（圖 7）。

圖 7：MB1634-000是一個帶有發射和接收傳感器的超聲波測距儀組件
，範圍為 5 米。（圖片來源：MaxBotix Inc.）

05 電容式接近傳感器

電容式接近傳感器可以檢測粉末、顆粒、液體和固體形式的金屬和非金屬目標。一個很好的實例是 Carlo Gavazzi 的CD50CNF06NO（圖 8）。該器件通常與電感式傳感器相似，隻是電感式傳感器的感應線圈被電容式感應板所取代。它們最常用於感應儲罐中的液位。

圖 8：在一個通用的電容式接近傳感器中（左）
，電容式感應板與外部目標物體形成一個電容
；電容值決定了振蕩器的頻率。Carlo Gavazzi 的 CD50CNF06NO（右）是一個用於監測液位的電容式接近傳感器。（圖片來源：Art Pini）

chuanganqizhongdeganyingbanyumubiaowutixingchengyigedianrong，dianrongsuizheyuwutidejulibianhuaerbianhua。ganyingmubiaodianrongjuedinglezhendangqidepinlv，duigaipinlvjinxingjiance，biankezaiyueguoyuzhipinlvshiqiehuanshuchuzhuangtai。

CD50CNF06N0 用於監測液位。它是一個三線傳感器
，帶有一個開集 NPN 晶體管
，配置為常開模式。它采用 10 至 30 伏直流電源，封裝尺寸為50 x 30 x 7 mm（1.97 x 1.18 x 0.28 英寸），感應範圍為 6 毫米（0.24 英寸）。在其常用液位檢測應用中，一般用螺釘或粘膠將該器件固定在非金屬罐的外表麵。

結語：

jiejinchuanganqicaiyongdejishuyouduozhongleixing，shihedeyingyonggezhonggeyang。genjuchuanganqideleixing，tamenkeyitancejinshuhefeijinshumubiao，ganyingjulicongjihaomidaowumihuogengyuan。tamenzugoujincou，keyizaixiaxiaodekongjianneigongzuo
，xuduohainenggougongzuozaieliehuanjingzhong。shichangshangyouyixiliejishushixianfangfa，weiyonghutigongleduozhongxuanze，kemanzuwushudejiejinjianceyaoqiu。

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