Безконтактні датчики: огляд, принцип дії, призначення. Сенсорний вимикач

Нерідко в електроніці знаходить своє застосування такої радиоэлемент, як геркон. Його особливість полягає в здатності замикання контактів при опроміненні магнітним полем. Що це означає? Взявши простий магніт або розмістивши недалеко від геркона електромагніт, можна легко виробляти замикання і розмикання контактів цього радиоэлемента. По своїй суті він і є своєрідним безконтактним датчиком.

Визначення поняття

Що ж таке безконтактний датчик? Під ним розуміють такий електронний прилад, який реєструє присутність певного об'єкта у зоні своєї дії і спрацьовує без будь-яких механічних або будь-яких інших впливів. Безконтактні датчики застосовуються в самих різних сферах. Це створення побутових приладів і системи охорони об'єктів, промислові технології та автомобілебудування. До речі, в народі цей елемент називають «безконтактним вимикачем».

Переваги

Серед основних переваг безконтактних датчиків виділяють: - компактні розміри; - високий ступінь герметичності; - надійність і довговічність; - невелика вага; - різноманітність варіантів установки; - відсутність контакту з об'єктом і зворотного впливу.

Класифікація

Існують різні типи безконтактних датчиків. Вони класифікуються за принципом дії бувають: - ємнісними; - оптичними; - індуктивними; - ультразвуковими; - магниточувствительными; - пирометрическими. Розглянемо кожен з цих видів приладів окремо.

Ємнісні датчики

В основі цих приладів перебуває вимірювання електроконденсаторів. В їх діелектрику і знаходиться той об'єкт, який підлягає реєстрації. Призначення безконтактних датчиків такого типу полягає в роботі з безліччю додатків. Це, наприклад, розпізнавання жестів. Ємнісними випускають автомобільні датчики дощу. Такі прилади дистанційно вимірюють рівень рідини в процесі обробки різних матеріалів і т. д.


Ємнісний безконтактний датчик являє собою аналогову систему, що працює на відстані до сімдесяти сантиметрів. На відміну від інших типів подібних приладів, він володіє більшою точністю і чутливістю. Адже зміна в ньому ємності відбувається всього лише в кілька пікофарад. Схема безконтактного датчика даного типу включає в себе пластини, що складаються з провідної друкованої плати, а також зарядку. У цьому разі відбувається формування конденсатора. Причому це буде відбуватися в будь-який час або в провідному заземленому елементі, або в якомусь об'єкті, діелектрична проникність якого відмінна від повітря. Такий прилад спрацює і в разі появи в зоні дії пристрою людини або частини її тіла, яка буде аналогічна потенціалу землі. По мірі наближення, наприклад, пальця, зміниться ємність конденсатора. І навіть враховуючи те, що система є нелінійною, виявити виник у переглядаються межах сторонній об'єкт для неї не складе ніякої праці.

Схема підключення такого безконтактного датчика може бути ускладнена. У пристрої можуть бути задіяні відразу кілька незалежних один від одного елементів у напрямках вліво/вправо, а також вниз/вгору. Це дозволить розширити можливості приладу.

Оптичні датчики

Такі безконтактні вимикачі на сьогоднішній день знаходять своє широке застосування в багатьох галузях людської діяльності, де працює обладнання, необхідне для виявлення об'єктів. При підключенні безконтактного датчика використовується кодування. Це дозволяє не допустити помилкового спрацьовування пристрою при стороннього впливу джерел світла. Працюють подібні датчики і при низьких температурах. В цих умовах на них надягають термокожухи.
Що являють собою оптичні безконтрольні датчики? Це електронна схема, що реагує на зміна того світлового потоку, який падає на приймач. Подібний принцип дії дозволяє зафіксувати наявність або відсутність об'єкта в тій чи іншій просторовій області. У конструкції оптичних безконтактних датчиків є два основних блоки. Один з них – джерело випромінювання, а другий – приймач. Вони можуть знаходитися як в одному, так і в різних корпусах. При розгляді принципу дії безконтактного датчика можна виділити три типи оптичних пристроїв: Бар'єрний. Робота оптичних вимикачів такого типу (Т) здійснюється на прямому лучі. При цьому прилади складаються з двох окремих частин – передавача і приймача, розташованих співвісно один щодо одного. Той потік випромінювання, що випускається випромінювачем, повинен бути спрямований точно в приймач. При перериванні променя об'єктом вимикач спрацьовує. Такі датчики мають хорошу перешкодозахищеність. Крім цього, їм не страшні ні краплі дощу, ні пил і т. д. Дифузний. Робота оптичних вимикачів типу D заснована на використанні відбитого від об'єкта променя. Приймач і передавач такого пристрої розташовують в одному корпусі. Випромінювачем направляється потік на об'єкт. Промінь, відбиваючись від його поверхні, розподіляється в різних напрямках. При цьому частина потоку повертається назад, де і вловлюється приймачем. В результаті вимикач спрацьовує. Рефлекторний. Такі оптичні безконтактні датчики відносяться до типу R. В них використовується промінь, відбитий від рефлектора. Приймач і передавач такого пристрою також розташовані в одному корпусі. При попаданні на рефлектор промінь відбивається, виявляється в зоні приймача, в результаті чого і відбувається спрацьовування пристрою. Такі прилади діють при відстані до об'єкту не більше 10 метрів. Можливо, їх застосування для фіксації напівпрозорих предметів.

Індуктивні датчики

В основі роботи цього приладу лежить принцип урахування змін індуктивності основних його складових – котушки і сердечника. Звідси пішла і сама назва такого датчика.

Зміни індукції свідчать про те, що в магнітному полі котушки з'явився металевий предмет, який змінив його і, відповідно, всю схему підключення, основна функція якої покладено на компаратор. При цьому відбувається подача сигналу на реле і відключення електричного струму. Виходячи з цього можна говорити про основне призначення такого приладу. Його використовують для вимірювання переміщень частини обладнання, яке повинно бути вимкнено, якщо перевищені межі прохідності. Самі датчики мають кордону руху, варійований в межах від одного мікрона до двадцяти міліметрів. У зв'язку з цим такий прилад називають ще і індуктивним вимикачем положення.
Огляд безконтактних датчиків подібного типу дозволяє виділити з них кілька різновидів. Подібна класифікація заснована на різній кількості проводів підключення: Двопровідні. Такі індуктивні датчики під'єднують безпосередньо в ланцюг. Це найбільш простий, але при цьому досить примхливий варіант. Він вимагає номінального опору навантаження. При зниженні або збільшенні даного показника робота приладу стає некоректною. Трипровідні. Подібний вид індукційного датчика є найпоширенішим. В таких схемах два дроти слід під'єднати до напруги, а один – безпосередньо до навантаження. Чотири - і п'ятипровідні. В цих датчиках два дроти підключають до навантаження, а п'ятий використовують для можливості вибору необхідного режиму роботи.

Ультразвукові датчики

Ці пристрої знаходять своє широке застосування в самих різних сферах виробництва, вирішуючи безліч завдань по автоматизації технологічних циклів. Ультразвукові безконтактні датчики використовуються для визначення місцезнаходження і віддаленості різних об'єктів. Наприклад, вони служать для виявлення етикеток, причому навіть і прозорих, для вимірювання відстані і здійснення контролю над пересуванням об'єкта. З їх допомогою визначають рівень рідини. Необхідність у цьому виникає, наприклад, для обліку витрат палива при виконанні транспортних робіт. І це тільки деякі з великої кількості застосувань вимикачів ультразвукового типу. Такі датчики досить компактні. Їх відрізняє якісна конструкція і відсутність різних рухомих деталей. Це обладнання не боїться забруднень, що досить актуально в умовах виробництв, а також майже не вимагає обслуговування. У складі ультразвукового датчика знаходиться п'єзоелектричний обігрівач, який є одночасно і випромінювачем і приймачем. Дана конструктивна деталь відтворює потік звукових імпульсів, приймаючи його і перетворює отриманий сигнал напруга. Далі воно подається на контролер, який здійснює обробку даних і обчислює відстань, на якій знаходиться об'єкт. Подібна технологія називається эхолокационной. Активний діапазон ультразвукового датчика є робочим діапазоном виявлення. Це відстань, у межах якого ультразвуковий прилад може «побачити» об'єкт, і неважливо, чи наближається той до чутливого елементу в осьовому напрямку або рухається поперек звукового конуса. В залежності від принципу роботи виділяють ультразвукові датчики: Положення. Такі пристрої використовують для обчислення тимчасового проміжку, необхідного для проходження звуку від приладу до того чи іншого об'єкту і назад. Безконтактні ультразвукові датчики положення застосовують для контролю розташування і наявності різноманітних механізмів, а також для їх підрахунку. Використовуються такі прилади і у якості сигналізатора рівня різних рідин або сипучих матеріалів. Відстані і переміщення. Принцип роботи таких приладів аналогічний тому, який використовується в описаному вище пристрої. Різниця є тільки в типі того сигналу, який присутній на виході. Він аналоговий, а не дискретний. Датчики такого типу застосовуються для перетворення наявних показників відстані до об'єкта в певні електричні сигнали.

Магніточутливі датчики

Ці вимикачі застосовуються для здійснення контролю положення. Датчики спрацьовують при наближенні магніту, який розташований на рухомої частини механізму. Такі пристрої володіють розширеним температурним діапазоном (від -60 до +125 градусів за Цельсієм). Подібна функціональність дозволяє автоматизувати велику кількість складних виробничих процесів. Безконтактний датчик температури магніточутливого типу застосовують: - на хімічних і металургійних виробництвах; - в районах Крайньої Півночі; - на рухомому складі; - у холодильних установках; - на автокранах; - у бульдозерах; - в снігоприбиральних машинах і т. д. Своє застосування вони знаходять у охоронних системах будівель, а також для автоматичного відкривання вікон та вхідних дверей. Самими сучасними і швидкодіючими є магніточутливі датчики, що працюють на ефекті Холу. Вони не схильні до механічного зносу, так як володіють електронним вихідним ключем. Ресурс таких датчиків практично необмежений. У зв'язку з цим їх застосування є вигідним і практичним вирішенням завдань щодо вимірювання числа обертів вала, фіксації розташування швидко рухомих об'єктів і т. д. При вимірюванні рівня рідин широко застосовують поплавкові магніточутливі датчики. Вони є оптимальним варіантом для визначення необхідних показників за недорогий ціни і простоти конструкції.

Мікрохвильові датчики

Подібна різновид безконтактних вимикачів є найбільш універсальним варіантом конструкції, чого дозволяє домогтися безперервне сканування обслуговуваної зони. При цьому варто мати на увазі, що вони знаходяться в більш високої цінової категорії, ніж, наприклад, ультразвукові аналоги. Функціонування такого приладу відбувається завдяки випромінювання електромагнітних хвиль, що мають високу частоту, значення якої дещо відрізняється в пристроях різних виробників. Мікрохвильові датчики налаштовані на сканування і приймання відбитих хвиль. Це дозволяє апарату фіксувати навіть найменші зміни електромагнітного фону. Якщо це відбувається, то відразу ж спрацьовує система оповіщення, підключена до датчика, у вигляді сигналізації, освітлення і т. д. Мікрохвильові прилади володіють підвищеною точністю спрацьовування і чутливістю. Для них не є перешкодами цегляні стіни, двері і предмети меблів. Даний факт слід врахувати при установці системи. Рівень чутливості приладу може бути змінений за допомогою налаштування датчика руху. Застосовують мікрохвильові вимикачі для управління внутрішнім і зовнішнім освітленням, пристроями сигналізації, електроприладами і т. д.

Пірометричний датчики

Для організму будь-якої живої істоти характерно наявність теплового випромінювання, яке є пучком електромагнітних хвиль різної довжини. При підвищенні температури тіла збільшується і обсяг випромінюваної ним енергії. На основі фіксації теплового випромінювання працюють датчики, які називаються пирометрическими сенсорами. Вони бувають: - сумарного випромінювання, що вимірюють повну теплову енергію тіла; - часткового випромінювання, що вимірюють енергію обмеженого приймачем ділянки; - спектрального відношення, що видають показник відношення енергії певних ділянок спектра. Безконтактні датчики-сенсори найчастіше застосовуються в приладах, які фіксують рух об'єктів.

Сенсорні вимикачі

Розвиваються технології зачепили практично усі сфери життєдіяльності людини. Не обійшли вони стороною і питання облаштування будинку. Одним з яскравих прикладів тому є сенсорний вимикач. Цей пристрій дозволяє управляти освітленням приміщення за допомогою легкого дотику. Сенсорний вимикач відразу ж спрацьовує навіть при самому слабкому дотику до кнопки. В його конструкцію входить три основних елемента. Серед них: Блок управління, обробний надійшов сигнал і передає його потрібним елементів. Пристрій комутації. Ця деталь змикає і розмикає ланцюг, а також змінює силу струму, споживану світильником. Керуюча (сенсорна) панель. За допомогою цієї деталі вимикач сприймає сигнали з пульта ДУ або від дотику. Найсучасніші пристрої спрацьовують при проведенні поруч з ними рукою. Стандартні моделі можуть: - включати і вимикати світло; - регулювати яскравість; - контролювати роботу опалювальних приладів, повідомляючи про зміни температури; - відкривати і закривати жалюзі; - включати і вимикати побутові пристрої. Сенсорні вимикачі виробляють різних видів. Конкретна модель вибирається в залежності від потреб офісу або житлового будинку. Наприклад, бажання придбати і встановити сенсорний пристрій може виникнути із-за розташування стаціонарного вимикача в незручному місці з неможливістю його перенесення. А може, в будинку або в квартирі живе людина, рухливість якого обмежена. Деколи стаціонарні вимикачі знаходяться на такій висоті, що недоступні для дітей. Рішення проблеми вимагає вибору певної моделі. Деякі господарі воліють встановлювати сенсорні вимикачі для зміни яскравості світла не встаючи з ліжка і т. д.