یک سنسور مجاورتی وجود یا عدم وجود یک شی را در محدوده خاصی بدون تماس فیزیکی تشخیص میدهد. انواع آن شامل سنسورهای مجاورتی القایی، خازنی و اولتراسونیک است. سنسورهای القایی اجسام فلزی را تشخیص میدهند، سنسورهای خازنی با استفاده از تغییرات ظرفیت خازنی، جسم را در نزدیکی خود تشخیص میدهند و سنسورهای اولتراسونیک از امواج صوتی برای تشخیص اجسام استفاده میکنند. از این نوع سنسورها برای تشخیص اشیا، اتوماسیون سازی، سیستم‌های امنیتی و.. استفاده میشود.
سنسورهای مجاورتی سنسورهایی هستند که می‌توانند وجود یا عدم وجود یک شی را در محدوده خاصی بدون تماس فیزیکی تشخیص دهند. آنها با انتشار یک میدان الکترومغناطیسی (مانند مادون قرمز، مغناطیسی یا خازنی) و اندازه گیری تغییرات به وجود آمده‌ی ناشی از حضور یک جسم در آن میدان، کار میکنند. هنگامی که این تغییرات تشخیص داده میشوند، سنسور سیگنالی را به یک کنترل کننده یا دستگاه‌های دیگر ارسال میکند تا یک عمل مشخصی را آغاز کند، مانند روشن کردن چراغ، فعال کردن درب بازکن یا اطلاع دادن به سیستم از حضور یک شی.
این سنسورها به دلیل قابلیت تشخیص بدون تماس‌شان، مزایای زیادی نسبت به سنسورهای تماسی دارند. آنها قابل اعتماد و بادوام هستند و نیاز به تعمیر و نگهداری زیادی ندارند و همچنین هیچ تاثیری بر جسم مورد نظر ندارند (مانند حرکت فیزیکی یا انتقال حرارت به جسم) و می‌توانند در محیط‌های سخت استفاده شوند.
سنسورهای مجاورتی به طور گسترده‌ای در صنایع مختلف مانند تولید، خودروسازی، رباتیک و لوازم الکترونیکی مصرفی استفاده میشوند. داده های آنها برای استفاده در اتوماسیون، تشخیص اشیا و افزایش ایمنی بسیار مفید اند.
انواع سنسورهای مجاورتی و نحوه کار آنها
سنسورهای مجاورتی، از فناوری‌های مختلف برای تشخیص وجود یا عدم وجود یک شی در محدوده مشخصی بدون تماس فیزیکی استفاده میکنند. انواع مختلفی از حسگرهای مجاورتی وجود دارد و هر کدام به روش‌های متفاوتی هدف را تشخیص میدهند. در اینجا یک نمای کلی از برخی از انواع این سنسورها و نحوه عملکرد آنها را باهم بررسی میکنیم:
سنسورهای مجاورتی مادون قرمز (IR)
سنسورهای مجاورتی مادون قرمز (IR) معمولاً در کاربردهای مختلف برای تشخیص وجود اشیاء در محدوده خاصی استفاده میشوند. این سنسورها نور مادون قرمز ساطع میکنند و گیرنده‌ای دارند که بازتاب یا شدت این نور را تشخیص میدهد. هنگامی که یک جسم در محدوده سنسور قرار میگیرد، نور ساطع شده را به گیرنده منعکس میکند و باعث واکنش سنسور میشود.
در ادامه توضیح مختصری درباره نحوه عملکرد سنسورهای مجاورتی IR برایتان آورده شده است:
تابش نور مادون قرمز: سنسور مجاورت IR دارای یک دیود ساطع کننده نور مادون قرمز (LED) است که نور مادون قرمز را به شکل امواج نور نامرئی ساطع میکند.
تشخیص انعکاس: این سنسورها همچنین شامل یک گیرنده هستند که میتواند یک فوتودیود یا فوتوترانزیستور باشد. این گیرنده به گونه‌ای قرار گرفته است که میتواند نور مادون قرمز ساطع شده از LED را تشخیص دهد.
تشخیص شی: زمانی که هیچ جسمی در محدوده سنسور وجود نداشته باشد، نور مادون قرمز ساطع شده بدون هیچ وقفه‌ای منتشر میشود و به گیرنده نمیرسد. در این حالت گیرنده هیچ گونه نور مادون قرمز منعکس شده‌ایی دریافت نمی‌کند. هنگامی که یک جسم وارد محدوده سنسور میشود، مقداری از نور مادون قرمز ساطع شده را به سمت گیرنده منعکس میکند و گیرنده وجود این نور منعکس شده را تشخیص میدهد.
تعیین مجاورت: سنسور شدت نور منعکس شده دریافتی را اندازه گیری میکند یا آن را با شدت نور ساطع شده مقایسه میکند. با تجزیه و تحلیل این اطلاعات، سنسور نزدیکی جسم را تعیین میکند.
فعال کردن عملی متقابل: بر اساس نزدیکی تشخیص داده شده، سنسور سیگنالی را به یک کنترل کننده یا سیستمی دیگر ارسال میکند تا یک عمل خاص را آغاز کند، مانند فعال کردن یک سوئیچ، فعال کردن یک آلارم، یا تنظیم یک نمایشگر الکترونیکی.
توجه داشته باشید که انواع مختلف سنسورهای مجاورتی IR ممکن است از این اصل به حالات مختلفی استفاده کنند. به عنوان مثال، برخی از حسگرها ممکن است نور مادون قرمز ساطع شده را مدوله کنند و از تکنیک‌های دمودولاسیون برای بهبود دقت و قابلیت اطمینان تشخیص‌هایشان استفاده کنند. با این وجود، عملکرد کلی همه آنان از یک اصل پیروی میکند: تشخیص حضور یک شی با تجزیه و تحلیل بازتاب یا شدت نور مادون قرمز ساطع شده.
سنسورهای مجاورتی مغناطیسی
سنسورهای مجاورتی مغناطیسی سنسورهایی اند که از میدان‌های مغناطیسی برای تشخیص وجود یا عدم وجود اجسام در محدوده‌ای معین استفاده میکنند. این سنسورها معمولا در کاربردهای صنعتی و اتوماسیون و همچنین سیستم‌های امنیتی استفاده میشوند. آنها بر اساس اصل مغناطیسی و تشخیص تغییرات میدان مغناطیسی کار میکنند.
نحوه عملکرد این سنسورها به طور کلی به صورت زیر است :
تولید میدان مغناطیسی: این سنسورها دارای یک آهنربای دائمی یا یک سیم پیچ الکترومغناطیسی هستند که در اطراف خود میدان مغناطیسی ایجاد میکند.
تشخیص شی: زمانی که هیچ جسمی در محدوده سنسور وجود نداشته باشد، میدان مغناطیسی بدون تغییر باقی می‌ماند. هنگامی که یک جسم وارد محدوده سنسور میشود، بسته به ویژگی‌های جسم و سنسور، میتواند میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط سنسور را جذب یا دفع کند.
پاسخ سنسور: سنسور مجاورتی اختلال ناشی از حضور جسم را در میدان مغناطیسی تشخیص میدهد. این تغییر در میدان مغناطیسی واکنشی را در سنسور ایجاد میکند.
سیگنال خروجی: سنسور سپس یک سیگنال الکتریکی ارسال میکند یا حالت خروجی خود را برای نشان دادن وجود یا عدم وجود جسم تغییر میدهد. این سیگنال بسته به نوع سنسور میتواند دیجیتال یا آنالوگ باشد.
فعال کردن یک عمل متقابل: بر اساس سیگنال خروجی سنسور، می‌توان متعاقبا اقدامات بیشتری مانند فعال کردن یک رله، ارسال سیگنال به یک کنترل کننده، یا ایجاد یک آلارم را آغاز کرد.
انواع مختلفی از سنسورهای مجاورتی مغناطیسی موجود است، از جمله رید سوئیچ‌ها، سنسورهای اثر هال و سنسورهای مغناطیسی مقاومتی. هر نوع دارای ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود است.
سنسورهای مجاورت مغناطیسی دارای مزایایی از قبیل تشخیص بدون تماس، عمر طولانی، مقاومت در برابر گرد و غبار و خاک و توانایی کار در محیط‌های سخت هستند. از طرف دیگر، دارای محدودیت هایی از جمله حساسیت به میدان‌های مغناطیسی خارجی قوی و محدوده سنجش محدود، که بسته به قدرت میدان مغناطیسی سنسور متفاوت است، نیز هستند.
سنسورهای مجاورتی خارنی
سنسورهای مجاورتی خازنی سنسورهایی هستند که وجود یا عدم وجود اجسام را بر اساس تغییرات ایجاد شده در ظرفیت خازنی‌شان تشخیص میدهند. این حسگرها از اصل کوپلینگ خازنی برای تشخیص نزدیکی یک جسم بدون تماس فیزیکی استفاده میکنند. آنها معمولاً در صنایع مختلفی مانند کارخانجات، خودروسازی و لوازم الکترونیکی مصرفی استفاده میشوند.
در ادامه به طور مختصر به توضیح روش کار این سنسورها میپردازیم :
کوپلینگ خازنی: این سنسورها شامل دو صفحه رسانا هستند که معمولاً از فلز ساخته شده اند که یک خازن را تشکیل میدهند. یک صفحه توسط خود سنسور تشکیل میشود، در حالی که صفحه دیگر میتواند جسم مورد نظر یا یک الکترود جداگانه باشد.
میدان الکترومغناطیسی: یک ولتاژ AC به یکی از صفحات (سنسور یا الکترود جداگانه) اعمال میشود و میدان الکترومغناطیسی در اطراف آن ایجاد میکند. این میدان به اطراف گسترش مییابد.
تشخیص شی: زمانی که یک جسم وارد محدوده سنسور میشود، بر میدان الکترومغناطیسی تأثیر میگذارد و بدین ترتیب وجود جسم، ظرفیت خازنی سنسور را تغییر میدهد.
پاسخ سنسور: با تغییر ظرفیت خازن، سنسور این تغییرات را تشخیص داده و به آن پاسخ میدهد.
سیگنال خروجی: سنسور بر اساس تغییر ظرفیت شناسایی شده سیگنال الکتریکی تولید میکند. این سیگنال بسته به نوع سنسور میتواند دیجیتال یا آنالوگ باشد.
شروع یک عمل متقابل: سیگنال خروجی از سنسور میتواند برای فعال کردن یک رله، کنترل یک مدار، یا ارائه ورودی به یک کنترل کننده یا میکروکنترلر استفاده شود و اقدامات بعدی را آغاز کند.
سنسورهای مجاورتی خازنی به خواص دی الکتریک اجسام شناسایی شده حساس هستند. مواد رسانا و غیر رسانا اثرات متفاوتی بر ظرفیت خازن خواهند داشت که امکان تمایز بین انواع مختلف اجسام را فراهم میکند.
سنسورهای مجاورتی خازنی از مزیت‌هایی از جمله قابلیت تشخیص بدون تماس، درستی بالا، مقاومت در برابر گرد و غبار و خاک و توانایی کار در محیط‌های سخت برخوردارند. با این حال، آنها محدودیت‌هایی نیزدارند، مانند حساسیت به رطوبت و محدوده سنجش محدود، که تحت تأثیر اندازه و ثابت دی الکتریک جسم مورد شناسایی قرار میگیرد.
به طور کلی، سنسورهای مجاورتی خازنی المان‌هایی همه کاره هستند که به طور گسترده برای تشخیص اشیا و حسگر حضور در کاربردهای مختلف استفاده می شود.
سنسورهای مجاورتی اولتراسونیک
سنسورهای مجاورت اولتراسونیک که به عنوان سنسورهای فاصله اولتراسونیک یا فاصله‌یاب اولتراسونیک نیز شناخته میشوند، سنسورهایی هستند که برای تشخیص حضور، فاصله یا حرکت اجسام با استفاده از امواج اولتراسونیک استفاده میشوند. این سنسورها امواج صوتی با فرکانس بالا منتشر میکنند و زمان بازگشت امواج پس از برخورد با یک جسم را اندازه‌گیری میکنند. سنسورهای مجاورت اولتراسونیک معمولا در صنایعی مانند رباتیک، اتوماسیون، سیستم‌های پارکینگ و برنامه‌های امنیتی استفاده میشوند.
این سنسورها به طور کلی به صورت زیر کار میکنند:
انتشار امواج صوتی: این سنسورها، موجی از امواج صوتی اولتراسونیک منتشر میکنند که معمولاً در محدوده فرکانسی 20 کیلوهرتز تا 200 کیلوهرتز است. این امواج صوتی برای انسان قابل شنیدن نیستند.
انتشار موج: امواج صوتی ساطع شده در هوا به عنوان یک موج فشاری حرکت میکنند، شبیه به شکل موج‌هایی که هنگام پرتاب سنگ در آب ایجاد میشود.
تشخیص اشیاء: هنگامی که امواج صوتی در مسیر خود با جسمی روبرو شوند، به سمت سنسور منعکس خواهند شد.
اندازه‌گیری زمان: سنسور مدت زمانی را که طول می‌کشد تا امواج صوتی بازتاب‌شده به سنسور برگردند را اندازه‌گیری میکند. این زمان به عنوان “زمان پرواز” نیز شناخته میشود.
محاسبه فاصله: سنسور با استفاده از سرعت صوت در محیط (معمولاً هوا) فاصله بین خود و جسم را بر اساس زمان پرواز محاسبه میکند.
سیگنال خروجی: سنسور سیگنالی که بیانگر حضور، فاصله یا حرکت اجسام است را خروجی میدهد. این سیگنال میتواند به شکل سیگنال دیجیتال، ولتاژ آنالوگ یا جریان باشد که میتواند توسط کنترلرها یا دستگاه‌های دیگر استفاده شود.
همانند سایر انواع سنسورهای مجاورتی، سنسورهای مجاورت اولتراسونیک نیز دارای مزایایی از جمله تشخیص بدون تماس، درستی بالا، دامنه تشخیص گسترده، مقاومت در برابر رنگ یا خواص سطح اجسام و.. هستند. این سنسورها می‌توانند هم اجسام جامد و هم مایع را تشخیص دهند و برای کاربردهای مختلف مناسب هستند.
با این حال، این سنسورها نیز محدودیت‌های خاص خودشان را دارند. درستی سنسورهای اولتراسونیک میتواند تحت تأثیر شرایط محیطی مانند دما، رطوبت و.. قرارگیرد. علاوه بر این، مواد خاصی با سطوح نرم یا جاذب ممکن است امواج صوتی را جذب یا پراکنده کنند و بر عملکرد سنسور تأثیر بگذارند.
به طور خلاصه، سنسورهای مجاورت اولتراسونیک معمولاً از بازتاب امواج صوتی برای تشخیص حضور و اندازه‌گیری فاصله اجسام استفاده میکنند.