Czujnik zbliżeniowy

mały|Przykłady różnych typów czujników zbliżeniowychCzujnik zbliżeniowy – rodzaj czujnika służącego do bezkontaktowego wykrywania obecności obiektu w określonym obszarze. W automatyce przemysłowej do czujników i wyłączników zbliżeniowych zalicza się m.in. rozwiązania indukcyjne, pojemnościowe, ultradźwiękowe, fotoelektryczne oraz magnetyczne.

Czujniki zbliżeniowe nie muszą mieć wyłącznie wyjścia binarnego. W wersjach przełączających wykrycie obiektu powoduje zmianę stanu wyjścia, natomiast w czujnikach pomiarowych sygnał wyjściowy może zależeć w sposób ciągły od odległości obiektu. Dobór zasady detekcji zależy m.in. od materiału wykrywanego obiektu, wymaganej odległości działania oraz warunków otoczenia. Czujniki przełączające przekazują informację o wykryciu obiektu w postaci sygnału dwustanowego. W czujnikach półprzewodnikowych stosowane są m.in. wyjścia typu PNP i NPN, a funkcja przełączania może odpowiadać stykowi normalnie otwartemu (NO), normalnie zamkniętemu (NC) albo wyjściom komplementarnym. Inny typ to czujniki pomiarowe z wyjściem analogowym, w których wartość sygnału zależy od położenia lub odległości wykrywanego obiektu. Norma IEC 60947-5-2:2019 dotycząca przemysłowych wyłączników zbliżeniowych z półprzewodnikowymi elementami przełączającymi nie obejmuje urządzeń z wyjściem analogowym.

Jednym z podstawowych parametrów czujnika zbliżeniowego jest jego odległość działania (zasięg detekcji), czyli odległość pomiędzy powierzchnią aktywną czujnika a obiektem, przy której następuje określona reakcja czujnika. Wartość ta zależy od zastosowanej technologii, konstrukcji czujnika oraz właściwości wykrywanego obiektu. W czujnikach pojemnościowych na odległość działania wpływają m.in. rozmiar i materiał obiektu, jego przenikalność elektryczna oraz sposób zabudowy czujnika.

Rodzaje czujników Do podstawowych rodzajów przemysłowych czujników zbliżeniowych należą czujniki indukcyjne, pojemnościowe, magnetyczne, fotoelektryczne i ultradźwiękowe.

Czujniki indukcyjne – wytwarzają zmienne pole magnetyczne. Zbliżenie metalowego obiektu powoduje powstawanie w nim prądów wirowych, które pobierają energię z pola i powodują zmianę amplitudy drgań generatora czujnika. Zmiana ta może zostać wykorzystana do przełączenia wyjścia lub, w czujniku pomiarowym, do określania odległości obiektu.

mały|Pojemnościowy czujnik zbliżeniowy* Czujniki pojemnościowe – wytwarzają zmienne pole elektryczne za pomocą elektrody znajdującej się w części aktywnej czujnika. Pojawienie się obiektu powoduje zmianę pojemności elektrycznej układu, która jest wykrywana przez elektronikę czujnika. W przeciwieństwie do czujników indukcyjnych mogą reagować zarówno na materiały przewodzące, jak i izolacyjne, m.in. metale, szkło, drewno, tworzywa sztuczne, ciecze oraz materiały sypkie.

Czujniki magnetyczne – reagują na obecność pola magnetycznego, zwykle wytwarzanego przez magnes umieszczony na wykrywanym elemencie. Do detekcji stosowane są m.in. kontaktrony, elementy wykorzystujące zjawisko Halla oraz czujniki magnetorezystancyjne. Czujniki fotoelektryczne – wykrywają obiekty za pomocą promieniowania optycznego. Detekcja może następować na skutek przerwania wiązki światła albo wykrycia światła odbitego od obiektu; stosowane są m.in. układy barierowe, refleksyjne i odbiciowe.

mały|Ultradźwiękowy czujnik odległości HC-SR04* Czujniki ultradźwiękowe – emitują krótkie impulsy ultradźwiękowe i odbierają ich echo po odbiciu od przeszkody. Na podstawie czasu pomiędzy wysłaniem impulsu i odebraniem odbicia można określić odległość obiektu.

Zastosowania mały|Położenie czujnika zbliżeniowego w przedniej części smartfonaCzujniki zbliżeniowe są szeroko stosowane w automatyce przemysłowej i budowie maszyn. Norma IEC 60947-5-2 jako typowe obszary zastosowania przemysłowych wyłączników zbliżeniowych wymienia m.in. automatykę fabryczną, przemysł maszynowy, logistykę i pakowanie, przenośniki, dźwigi, przemysł procesowy oraz elektrownie. Czujniki indukcyjne wykorzystuje się m.in. do wykrywania położenia elementów metalowych, kontroli położenia zaworów oraz wykrywania ruchu elementów maszyn.

Czujniki pojemnościowe mogą wykrywać obecność papieru, drewna, szkła i tworzyw sztucznych, a także służyć do bezkontaktowej kontroli poziomu cieczy i materiałów sypkich oraz do kontroli przepływu przez niemetalowe przewody.

W motoryzacji czujniki ultradźwiękowe stosuje się m.in. do wykrywania przeszkód oraz określania ich odległości podczas parkowania i manewrowania pojazdem.

Czujniki zbliżeniowe są również elementem wyposażenia urządzeń mobilnych. W systemie Android czujnik typu może przekazywać odległość obiektu od urządzenia; typowym zastosowaniem jest wykrywanie zbliżenia głowy użytkownika do telefonu podczas rozmowy. Część takich czujników przekazuje rzeczywistą odległość, a część jedynie dwa stany odpowiadające położeniu „blisko” i „daleko”.

Zastosowania wojskowe mały|M782 MOFA Jednym z zastosowań czujników zbliżeniowych są zapalniki zbliżeniowe stosowane w amunicji. Ich zadaniem jest wykrycie zbliżenia pocisku do celu i zainicjowanie detonacji w odpowiedniej odległości, bez konieczności bezpośredniego uderzenia w cel. W konstrukcjach takich zapalników stosowano różne metody detekcji, m.in. fotoelektryczne, elektrostatyczne, akustyczne i radiowe; szczególne znaczenie uzyskały rozwiązania wykorzystujące miniaturowy radar. Zapalniki zbliżeniowe stosowane są m.in. w amunicji artyleryjskiej. Przykładem jest amerykański zapalnik wielofunkcyjny M782 MOFA przeznaczony do pocisków kalibru 105 i 155 mm, który oprócz trybu zbliżeniowego umożliwia detonację czasową, uderzeniową i ze zwłoką.

Czujniki zbliżeniowe są również stosowane w bombach lotniczych. W rodzinie amerykańskich bomb ogólnego przeznaczenia Mk 80 przewidziano możliwość instalacji czujnika zbliżeniowego współpracującego z zapalnikiem w celu uzyskania detonacji nad powierzchnią celu.

Szczególnym zastosowaniem są środki przeciwlotnicze, w których detonacja w pobliżu celu pozwala razić go odłamkami bez konieczności bezpośredniego trafienia. Radiowe zapalniki zbliżeniowe VT zostały zastosowane bojowo podczas II wojny światowej w amunicji przeciwlotniczej; pierwsze amerykańskie konstrukcje wykorzystywały miniaturowy nadajnik i odbiornik radiowy umieszczony w pocisku.

Współcześnie tę zasadę stosuje się również w amunicji przeznaczonej do zwalczania bezzałogowych statków powietrznych. Przykładowo amerykański pocisk 30 mm XM1211 High Explosive Proximity zawiera czujnik zbliżeniowy, który po wykryciu BSP powoduje detonację pocisku w jego pobliżu i rażenie celu odłamkami. Miniaturyzację radarowego czujnika zbliżeniowego zastosowano także w amunicji 25 mm XM1228 BADGER przeznaczonej do zwalczania BSP z armaty M242 pojazdu M2 Bradley.

Zobacz też karta zbliżeniowa

Przypisy

Kategoria:Czujniki