سنسور مجاورت (Proximity Sensor) برای تشخیص وجود یک شی نیاز به تماس با آن را ندارد و هنگامی که شی هدف در دامنه تشخیص سنسور قرار گیرد، آن را تشخیص خواهد داد
تعریف سنسور مجاورت
یک سنسور مجاورت، سنسوری است که برای تشخیص وجود یک شی نیاز به مماس شدن ندارد و هنگامی که شی هدف در دامنه تشخیص سنسور قرار گیرد، آن را تشخیص خواهد داد. بسته به نوع سنسور مجاورت؛ صدا، نور، تششعات فروسرخ یا میدان‌های الکترومغناطیسی می توانند توسط سنسور برای تشخیص شی هدف مورد استفاده قرار بگیرند.
سنسورهای مجاورت در گوشی‌های هوشمند نیز وجود دارند و برای تشخیص اینکه کاربر گوشی را به صورتش نزدیک کرده یا نه مورد استفاده قرار می گیرد. همچنین از این نوع سنسورها برای تشخیص برخورد ربات‌ها نیز استفاده می شود.
ویژگی‌های سنسور مجاورت
برای درک بهتر سنسور مجاورت ویژگی‌های آن را مورد بررسی قرار خواهیم داد:
تشخیص بدون نیاز به ایجاد تماس
این ویژگی به سنسور اجازه می دهد تا بدون اینکه شیء توسط دستگاه لمس شود، تشخیص داده شود. بنابراین می توان از اینکه موقعیت شیء یا محصول بهم نمی‌خورد اطمینان حاصل کرد.
عدم تاثیر نوع سطحی که شی هدف روی آن قرار گرفته روی اندازه‌گیری
سنسورهای مجاورت تحت تاثیر رنگ سطحی که اشیا بر روی آن قرار گرفته‌اند نیستند؛ چرا که غالبا تغییرات و حالت فیزیکی را تشخیص می‌دهند.
مناسب برای کاربردهای متنوع
- سنسورهای مجاورت برای محیط‌های مرطوب مناسب هستند و در بازه دمایی گسترده‌ای می‌توانند عملکرد مناسبی را از خود نشان دهند.
- سنسورهای مجاورت می توانند در دستگاه‌های اندرویدی یا IOS مورد استفاده قرار بگیرند و شامل تکنولوژی IR ساده‌ای می‌باشند که صفحه نمایش را متناسب با نوع استفاده‌ی شما خاموش یا روشن می‌کند. به عنوان مثال، هنگامی که گوشی را به گوش خود چسبانده‌اید و مشغول مکالمه هستید، صفحه نمایش خاموش خواهد شد. چرا که ممکن است با برخورد گونه‌تان با دستگاه؛ گزینه‌ای به صورت ناخواسته انتخاب شود.
عدم نیاز به سرویس مکرر
از آن جایی که سنسور مجاورت از خروجی های نیمه‌رسانا استفاده می‌کند، هیچ بخش متحرکی که وابسته به سیکل راه‌اندازی باشد؛ وجود ندارد. بنابراین، نیاز به سرویس مکرر نخواهد داشت و دوره سرویس این سنسورها طولانی‌تر می‌باشد.
سرعت پاسخ بالا
سنسورهای مجاورت نسبت به سوییچ‌ها که نیاز به تماس فیزیکی برای تشخیص دارند، از سرعت پاسخ‌دهی بیشتری برخوردارند.
انواع سنسورهای مجاورت
سنسورهای مجاورت القایی
سنسورهای مجاورت القایی (inductive proximity sensor)، سنسورهایی بدون نیاز به تماس فیزیکی هستند که برای تشخیص اشیا فلزی به کار می روند. این سنسور بر اساس قوانین اثر القایی کار می کند و هنگامی که یک شی فلزی به سنسور نزدیک شود، جریان القایی در سیم پیچی که متصل به اسیلاتور است به وجود می آید.
این سنسور 2 نوع دارد و از 4 قطعه ی اصلی تشکیل شده است.
انواع سنسور مجاورت القایی
بدون محافظ: میدان مغناطیسی که توسط سیم پیچ ایجاد می‌شود، توسط حفاظ محدود نمی شود. در نتیجه، دامنه‌ی تشخیص سنسور زیاد است.
دارای محافظ: میدان مغناطیسی توسط حفاظ محدود و متمرکز می‌شود؛ چرا که اطراف سنسور توسط حفاظ‌هایی پوشانده شده است.
اجزای سنسور مجاورت القایی
این سنسور دارای 4 جز اصلی می باشد: سیم پیچ، اسیلاتور، محرک اشمیت (Schmidt Trigger) و مدار سوییچینگ خروجی.
سنسورهای مجاورت القایی چگونه کار می کنند؟
- یک جریان متناوب از سیم پیج عبور می‌کند که باعث ایجاد میدان الکترومغناطیسی می‌شود.
- هنگامی که یک فلز به میدان مغناطیسی نزدیک می‌شود، جریان‌های ادی (Eddy Current) ساخته می‌شوند و در نتیجه حالت القایی سیم پیچ تغییر می‌کند.
- هنگامی که حالت القایی سیم پیچ تغییر می‌کند، مدار راه انداز سوییچ خروجی سنسور را راه‌اندازی می‌کند.
به یاد داشته باشید که حتی هنگامی که شیء هدف در مجاورت سنسور نباشد، سنسورهای القایی به نوسان‌شان ادامه می‌دهند. اما سوییچ تنها زمانی راه‌اندازی می شود که یک شی در مجاورت سنسور حضور داشته باشد.
کاربردهای رایج سنسورهای مجاورت القایی
مصارف صنعتی:
- دستگاه‌های تولیدی اتوماسیون صنعتی که تعداد محصولات را می شمارند
- دارای قطعات متحرک زیادی نیست بنابراین به زودی خراب نخواهد شد
مصارف امنیتی:
- تشخیص اشیا فلزی بدون محدودیت
- قابلیت تطبیق با محیط ( مقاوم به گرد و غبار و آلودگی که غالبا در محیط‌های صنعتی به چشم می خورد)
- حساس به فلزات
- نسبتا ارزان
مضرات سنسورهای مجاورت القایی
- بازه تشخیص محدود ( نهایتا 80 متر)
- تنها می‌تواند اجسام فلزی را تشخیص دهد
- کارایی آنها می‌تواند تحت شرایط خارجی مانند ( دماهای فوق العاده بالا یا مواد شیمیایی) تحت تاثیر قرار بگیرد
سنسورهای مجاورت خازنی
سنسور های مجاورت خازنی از دسته‌ی سنسورهای غیرتماسی می باشند که می‌توانند هم اشیاء فلزی و هم اشیاء غیرفلزی از جمله مایعات، پودرها و مواد گرانول را تشخیص دهند. این سنسورها از طریق تغییراتی که در ظرفیت خازنی رخ می‌دهد اشیاء را شناسایی می‌کنند.
به طور مشابه با سنسورهای مجاورت القایی، سنسورهای مجاورت خازنی نیز دارای یک نوسان‌ساز، راه انداز اشمیت و مدار سوییچینگ خروجی هستند. تنها تفاوت بین آنها این است که سنسور خازنی از دو صفحه قابل شارژ تشکیل شده تا حالت خازن را به وجود بیاورد.
صفحه داخلی به اسیلاتور متصل می‌شود و صفحه‌ی خارجی (الکترود سنسور) اشیاء را حس (sense) خواهد کرد.
سنسورهای مجاورت خازنی چطور کار می کنند؟
- سنسورهای مجاورت خازنی یک میدان الکترواستاتیک را به وجود می‌آورند.
- هنگامی که یک شیء (هادی یا غیرهادی) به ناحیه تشخیص سنسور نزدیک می‌شود، ظرفیت خازنی هر دو صفحه افزایش پیدا می‌کند و باعث می‌شود که دامنه‌ی سیگنال های تولید شده توسط نوسان‌ساز افزایش یابد.
- بهره دامنه سوییچ خروجی سنسور را فعال می‌کند.
به یاد داشته باشید که سنسورهای خازنی تنها هنگامی نوسان می کنند که شی هدف را احساس کنند.
کاربردهای رایج سنسورهای مجاورت خازنی
مصارف صنعتی:
- اتوماسیون صنعتی برای شمارش و انتقال محصولات
- فرایند‌های پر کردن، خطوط لوله و…
- کنترل سطح مایع و فشار
- کنترل سطح رطوبت
- تشخیص محتویات کانتینرها به روش غیرتهاجمی
- کاربردهای لمسی
مزایا و معایب سنسورهای مجاورت خازنی
- تشخیص بدون تماس
- گروه زیادی از مواد به وسیله این سنسور قابل تشخیص خواهند بود.
- اشیایی که پشت دیوارهای غیرفلزی قرار دارند قابل تشخیص خواهند بود چرا که برد تشخیص سنسور بالاست.
- برای استفاده در محیط‌های صنعتی مناسب هستند.
- حاوی پتانسیومتری است که به کاربر اجازه می دهد میزان حساسیت سنسور را تنظیم کند تا تنها اشیا مورد نظر تشخیص داده شوند.
- دارای هیچ قطعه‌ی متحرکی نمی‌باشد. بنابراین، سریع دچار استهلاک نمی‌شود.
- با وجود اینکه برد این سنسور نسبت به سنسورهای القایی بیشتر می‌باشد اما در برخی موارد کافی نیست.
- قیمت بیشتری نسبت به سنسورهای مجاورت القایی دارد.
سنسورهای مجاورت مغناطیسی
سنسورهای مجاورت مغناطیسی طوری طراحی شده‌اند که وجود یا عدم وجود یک شی را تشخیص دهند و برای این منظور از یک میدان مغناطیسی خارجی استفاده می‌کنند. البته این سنسورها فقط به اجسام فرومغناطیس حساسیت نشان می‌دهند. این المان‌ها سرعت زیادی دارند و همین امر آنها را برای اندازه‌گیری سرعت گردش فوق العاده بالا مناسب می‌کند.
در هنگام انتخاب سنسور مجاورت مغناطیسی چه مواردی را باید در نظر داشته باشیم؟
برای اینکه یک سنسور مجاورت به صورت بهینه عمل کند، از آن ها باید در موقعیت و برای تشخیص اشیای مناسب بهره برد. برای انتخاب این سنسور باید موارد زیر را در نظر داشته باشیم:
- حالت بدنه
- بازه تشخیص
- شی هدف
- میزان حساسیت مغناطیسی
- نرخ IP
- نوع خروجی سوییچینگ
- فرکانس سوییچینگ
نوع دیگری از سنسورهای مجاورت، سنسورهای فتوالکتریکی می‌باشند که خود به دو دسته اصلی تقسیم می شوند: بازتابشی (Reflective) و اشعه‌ای (Through-Beam)
سنسورهای بازتابشی، اشیا را هنگامی تشخیص می‌دهند که نوری که از سنسور منتشر شده؛ به گیرنده فتوالکتریکی بازتاب کند.
سنسورهای اشعه‌ای اشیا هدف را هنگامی تشخیص می‌دهند که شی هدف اشعه ساطع شده از امیتر سنسورها را قطع کند و اجازه ندهد به گیرنده سنسور اصابت کند.
دو نوع پر استفاده سنسورهای مجاورت، سنسورهای مغناطیسی و سنسورهای التراسوند هستند. از سنسورهای مجاورت مغناطیسی تنها برای تشخیص آهنرباهای دائم استفاده می شود. سنسورهای التراسوند یک موج صوتی با فرکانس فوق العاده بالا را از خود ساطع می‌کنند. فاصله بین سنسور و شیء هدف با محاسبه زمانی به دست می‌آید که طول کشیده تا موج صوتی دوباره به سنسور بازگردد.
