探索电感超声波模拟传感器的应用前景

2023-06-25 理论教育版权反馈

【摘要】：图3-24电感接近传感器的典型应用图3-25描述了电容接近传感器和超声波接近传感器的应用。第种液位检测方法是使用超声波接近传感器来检测罐中的液位。图3-25电容和超声波接近传感器的应用二、光电型传感器的应用光电型传感器有3种类型，即光束传播、反射和散射，其应用如图3-26所示。

用来测量范围和距离的电感超声波模拟传感器已经使用了很长时间。首先，小范围地用于安全系统中，来检测移动的距离，以及偏光照相机中用来自动聚焦。如今，很多有效产品都具有好的测量范围和可重复性，适合用于自动化工业测距。

Bulletin　873C型超声波传感器，可以选择模拟输出和可调节离散输出两种方式。模拟方式的输出电压为直流1～10V，输出电压随着目标距离为300mm～1m变化而产生线性的变化。另外，一个可调的背景抑制参数允许传感器工作于最大的检测距离，可以消除最大距离之外的背景物体反射产生的影响。离散方式通过一个PNP输出来驱动负载。当符合下列条件时检测效果最好。

（1）理想的目标具有平坦、光滑的表面。当物体表面是圆的或者不平坦时，检测距离会减小。

（2）物体必须处于超声波脉冲锥形区域内，与中心轴线的角度为4°或更低。

（3）检测软性材料，像泡沫塑料或橡胶，比较困难，因为它们不能充分地反射200kHz的声波。

（4）必须使得反射性表面的位置能够将超声波反射回接收器。

（5）任何减弱声波的环境条件，像空气中的干扰，都会降低传感器的反射率。

其他有用的规格包括轴向±5mm的可重复性及±15mm的滞后。

一、接近传感器的应用

图3-24（a）、（b）、（c）和（e）中的电感接近传感器用于检查生产过程中工件存在与否。

pagenumber_ebook=111,pagenumber_book=106

图3-24　电感接近传感器的典型应用

图3-25描述了电容接近传感器和超声波接近传感器的应用。图3-25（a）、（b）、（c）是电容接近传感器，图3-25（d）、（e）是超声波接近传感器，类似于之前介绍过的Bulletin　873C。图3-25（a）、（b）和（d）描述了3种检测液位的方法。在图3-25（a）和（b）中，电容接近传感器安装在容器壁上，检测粒状填充物或液体。透过容器壁来检测容器中的液体，但是这种液体的电容率必须比容器材料的电容率高，容器壁必须比较薄。第种液位检测方法是使用超声波接近传感器来检测罐中的液位。

图3-25（c）、（e）中，是利用传感器检验产品是否存在。

pagenumber_ebook=112,pagenumber_book=107

图3-25　电容和超声波接近传感器的应用

二、光电型传感器的应用

光电型传感器有3种类型，即光束传播、反射和散射，其应用如图3-26所示。

pagenumber_ebook=112,pagenumber_book=107

图3-26　光电型传感器的应用

图3-26（a）、（f）和（g）中的传感器工作于散射方式。图3-26（a）中，光纤单元扩展了散射传感器中放大器的检测距离，从而检测范围能够到达检测点。当产品通过传送带的某一点时，传感器检测产品是否安装了软木塞。后面两种散射方式检测中，分别用独立的传感器检测两种不同类型的透明物体。

图3-26（b）使用反射传感器来检测纸卷何时达到需要的直径。图3-26（c）和（d）都是光束传播型，传感器一端为光源，另一端为接收装置。图3-26（d）为传感器生产商使用的检测控制器，提供基于传感器响应的过程控制。图3-26（e）用两个模拟的距离检测装置测量工件上两个表面的高度差值。

三、传感器选择

传感器的种类很多，并且每一种还有很多型号。因此选择恰当的传感器就很难。选择传感器时必须遵循以下4个步骤。

（1）哪里需要用到传感器。为了在制造过程中提供产品反馈，或者检验生产过程是否按预定的步骤进行，操作员需要检查和测量参数。因为自动化传感器是人工操作的延伸，所以必须使用接触传感器和非接触传感器来检查和测量。

每个系统都有很多工作过程，如材料加工、制造、装配、打包和材料处理。在每一个环节中，都需要进行一些操作，如检测、识别、编号、弹出、填充、排序和搬运。用传感器检测随着这些操作而发生变化的状态是比较理想的。这个过程包括识别系统在做什么工作，或者想要系统怎么做，更确切地说，对于即将执行的操作，必须有什么先决条件？在每一个操作中，需要得到什么样的反馈？如何识别操作成功？这些问题的答案揭示了哪里需要传感器。

（2）是否需要传感器。选择传感器的下一步是确定每个检测点在加工过程中的重要性。一般说来，如果传感器的价格和使用成本比较低，就会选择使用传感器。例如，在图3-26（a）中，用了两个散射传感器来检测瓶子是否安装了塞子。假定没有使用传感器，并且有一个瓶子没有装塞子就通过了安装的过程。在下一道工序中，开口的瓶子中的液体会损伤机器，而这个损失会超过安装传感器所需的费用，所以应该选择安装传感器。

如果需要用到传感器，必须收集下列数据来选择传感器：

·有效电压，交流、直流或两者兼有。

·输出/负载要求，负载类型和输出设备类型。

·响应时间，应用所需要的响应频率或时间。

·目标特征，包括大小、形状、质量、颜色、反射率、不透明性、材料和与传感器的距离。

·环境条件，包括湿度、温度和空气中的颗粒物质。

（3）决定使用传感器的种类。确定了需要使用的传感器之后，就需要确定传感器的种类。首先讨论一下接触和非接触器件的选择。接触器件有以下优点：

·简单易懂的常开（NO）和常闭（NC），操作使用简单。

·可重复性高，并且抗电噪声和无线电噪声。

·持久耐用且密封，适合工业环境。

·用小的漏电流或漏电压控制强电压和强电流的开关。

由于机械部分易磨损，接触传感器主要的缺点为接触寿命较短。如果工程应用中可以使用接触传感器，并且使用它的优点多于缺点，一般使用行程开关。但是，如果不能使用接触器件，或者接触器件不能提供比非接触器件更多的优点，那么必须使用后者。

非接触离散传感器有3种，即电感接近传感器、电容接近传感器和光电型传感器。要使工作可靠，选择传感器时一般有两个规则，即当物体离光源超过50mm，并且尺寸大到能够有效地阻挡光束时，使用光束传播型光电传感器；如果物体是金属的，并且在离传感器50mm的距离内移动时，使用接近传感器。

一般说来，光电型传感器的检测距离有很宽的范围，有一些型号的传感器在0～39.6m的检测距离内都有效。光电型传感器有3种工作类型，即光束传播、反射和散射。

光束传播，或者通过光束检测的传感器具有以下特点：

·忽略表面反射和颜色，最适合用于计数。

·幅值裕度最高，最适合在恶劣环境中工作。

·有穿过透明物体识别的能力，此特点既有利也有弊。

反射和偏振反射传感器具有以下特点：

·反射传感器是第二优先的选择，特别是当检测对象只有一端有输出线时。

·检测距离比光束传播所能检测的距离短。

·所有传感器都有一个屏蔽区（不能检测），检测距离一般是25～150mm。

·特别是对于光亮的物体检测很有效（选择好反射传感器之后，在反射和偏振反射之间，一般是选择偏振反射）。

·标准反射传感器检测透明和半透明的物体时没有优势，此时应该选择一种特殊的偏振反射传感器。

散射传感器具有以下特点：

·检测距离范围较宽，当不能使用光束传播和反射传感器时可以使用散射传感器。

·可以检测表面反射率不同的物体。

·当物体表面会吸收光线、表面对光束的反射不正常、目标物体特别小、环境很恶劣、物体位于黑暗处时，此传感器不适宜用来对物体进行计数。

下面是选择散射传感器的附加标准：

·使用锐截止散射传感器可以检测开口的容器中是否充满不稳定的液体，但是不适用于检测离传感器中心距离不确定的物体。

·如果待检测物体背景的反射率高，使用背景抑制散射传感器可以

检测高反射率或者低反射率的物体。

·使用固定聚焦散射传感器，可以检测物体外壳；能检测到不小于光束直径的物体；使用彩色发光二极管发射器标记颜色（颜色记号）。对于与传感器中心距离不确定的物体，不要使用固定聚焦散射传感器。

·对于小范围内的小物体，屏蔽区可能带来检测障碍，使用宽角度散射传感器，可以检测发亮的圆形物体，如易拉罐等。

对于不同的应用，电感接近传感器、电容接近传感器和超声波传感器都有各自的优点，它们的选择标准如下：

·电感接近传感器的特点是，当金属物体与传感器表面的距离为0～50mm时，传感器有效。

·电容接近传感器的特点是，当材料为非金属时，不能用光电型传感器，物体与传感器表面的距离为0～30mm时有效；具有穿透容器材料检测内部物体的能力；在潮湿等恶劣环境下不能检测。

·超声波传感器的特点是，检测较大物体的能力，高度可达到15m，但是存在屏蔽区；只有物体对于光波正常反射时检测才有效；很好的抗背景噪声的能力，但是检测的响应速度慢；对于布和泡沫之类软性物体的检测能力差。

（4）选择非接触传感器型号。由以下参数来决定传感器规格，传感器类型、精确的检测距离、供电电压、检测方法、输出类型和频率响应或响应时间。图3-27是欧姆龙公司的传感器参数选择引擎。每个参数下面都有一个下拉菜单供选择。用户输入关键的参数，搜索引擎将会把所有满足条件的传感器加载进来。搜索得到的结果将包括满足一个或更多标准的传感器。选择标准在列表上部，合适的传感器用粗体字显示。用户浏览列表，从而选择匹配最好的传感器。

pagenumber_ebook=116,pagenumber_book=111

图3-27　欧姆龙公司光电型传感器的参数选择项

探索电感超声波模拟传感器的应用前景

相关推荐