1. Induktiver Näherungssensor:
Induktive Näherungssensoren arbeiten nach dem Prinzip elektromagnetischer Felder und können daher nur metallische Ziele erkennen. Wenn ein Metallziel in ein elektromagnetisches Feld eintritt, verändern die induktiven Eigenschaften des Metalls die Eigenschaften des Magnetfelds und machen den Näherungssensor auf die Anwesenheit eines Metallziels aufmerksam. Je nachdem, wie stark das Metall wahrgenommen wird, kann das Ziel in größerer oder kürzerer Entfernung erkannt werden.
Ein induktiver Näherungssensor besteht aus vier Hauptteilen: einem Spulenferritkern, einem Oszillator, einem Schmitt-Trigger und einem Ausgangsverstärker.
Dieser Oszillator erzeugt ein symmetrisch oszillierendes Magnetfeld, das von einer Reihe von Spulen ausgestrahlt wird, die sich am Ferritkern und an der Sensoroberfläche befinden. Wenn ein Eisenziel in ein Magnetfeld eintritt, wird auf der Oberfläche des Metalls ein kleiner unabhängiger elektrischer Strom erzeugt, der als Wirbelstrom bezeichnet wird. Dadurch ändert sich der Magnetowiderstand (Eigenfrequenz) des Magnetkreises, wodurch die Amplitude der Schwingung verringert wird. Wenn mehr Metall in das Induktionsfeld gelangt, nimmt die Amplitude der Schwingung ab und bricht schließlich zusammen. (Dies ist der „Wirbelunterdrückungsoszillator“ oder Ecko-Prinzip.) Der Schmitt-Trigger reagiert auf diese Amplitudenänderungen und passt den Sensorausgang an. Wenn das Ziel schließlich die Reichweite des Sensors verlässt, beginnt die Schaltung erneut zu schwingen und der Schmidt-Trigger bringt den Sensor auf seinen vorherigen Ausgang zurück.
Aufgrund der Begrenzung des Magnetfeldes ist der Erfassungsbereich des induktiven Sensors relativ gering und liegt im Durchschnitt zwischen wenigen Millimetern und 60 Millimetern. Allerdings machen die Anpassungsfähigkeit induktiver Sensoren an die Umwelt und die Vielseitigkeit der Metallsensorik ihre Reichweitenmängel wett. Induktive Näherungssensoren haben eine lange Lebensdauer, da die beweglichen Teile verschleißfrei sind. Es ist jedoch zu beachten, dass Metallverunreinigungen, wie z. B. Feilen bei Schneidanwendungen, manchmal die Leistung des Sensors beeinträchtigen können. Aus diesem Grund besteht das Gehäuse induktiver Sensoren meist aus vernickeltem Messing, Edelstahl oder PBT-Kunststoff.
2. Kapazitiver Näherungssensor:
Kapazitive Näherungssensoren können metallische und nicht{0}metallische Ziele in pulverförmiger, körniger, flüssiger und fester Form erkennen. Dies macht sie in Kombination mit ihrer Fähigkeit, Nichteisenmaterialien zu erkennen, ideal für die Beobachtung, Glasüberwachung, Tankfüllstandserkennung und Trichter-Pulverstandserkennung.
Bei kapazitiven Sensoren sind zwei leitende Platten (auf unterschiedlichen Potentialen) im Sensorkopf untergebracht und so positioniert, dass sie wie Leerlaufkondensatoren funktionieren. Luft wirkt als Isolator: Im Ruhezustand ist die Kapazität zwischen den beiden Platten gering. Diese Platinen sind wie induktive Sensoren mit Oszillatoren, Schmitt-Triggern und Ausgangsverstärkern verbunden. Wenn das Ziel in den Erfassungsbereich eintritt, erhöht sich die Kapazität der beiden Platten, wodurch sich die Amplitude des Oszillators ändert, der Schmitt-Trigger-Zustand geändert wird und ein Ausgangssignal erzeugt wird.
Es ist erwähnenswert, dass es wichtig ist, den Unterschied zwischen induktiven und kapazitiven Sensoren zu beachten: Induktive Sensoren schwingen auf ein Ziel hin und kapazitive Sensoren schwingen auf ein Ziel hin. Da bei der kapazitiven Induktion ein Ladepad zum Einsatz kommt, ist sie mit einem induktiven Bereich von 10 bis 50 Hz und einem induktiven Bereich von 3 bis 60 mm langsamer als die induktive Induktion. Da kapazitive Sensoren die meisten Arten von Materialien erkennen können, müssen sie von Nicht-Zielmaterialien ferngehalten werden, um Fehlauslösungen zu vermeiden. Wenn das Ziel eisenhaltige Materialien enthält, sind daher induktive Sensoren eine zuverlässigere Wahl.
3. Photoelektrischer Näherungssensor:
Photoelektrische Näherungssensoren werden häufig zur Erkennung von Zielen mit einem Durchmesser von nur 1 mm oder einer Entfernung von bis zu 60 mm eingesetzt. Alle Fotosensoren bestehen aus mehreren Grundkomponenten: Jeder Sensor verfügt über einen Sender, eine Lichtquelle (Licht-emittierende Diode, Laserdiode), eine Fotodiode oder einen Fototransistorempfänger zur Erfassung des ausgesendeten Lichts und eine Hilfselektronik zur Verstärkung des empfangenen Signals.
Es gibt drei Haupttypen von fotoelektrischen Näherungssensoren: reflektierend, reflektierend und diffus.
Wenn das vom Sensor emittierte Licht vom fotoelektrischen Empfänger reflektiert wird, erkennt der reflektierende Näherungssensor das Ziel. Wenn das Ziel den Strahl zwischen Sensorsender und -empfänger trennt, erkennt der gegenüberliegende Sensor das Ziel.
Ein zuverlässiger fotoelektrischer Sensor ist der entgegengesetzte Sensortyp. Sender und Empfänger sind durch ein separates Gehäuse getrennt, um einen konstanten Strahl zu gewährleisten. Der Strahl wird erkannt, wenn er durch ein Objekt unterbrochen wird, das die beiden durchdringt. Transoptoelektronische Geräte sind trotz ihrer hohen Zuverlässigkeit unerwünschte optoelektronische Geräte. Denn es ist teuer und aufwändig, Sender und Empfänger an zwei gegenüberliegenden Positionen zu installieren, die sehr weit entfernt sein können.
Ein einzigartiges Merkmal von fotoelektrischen Strahlungssensoren ist die effektive Erkennung des Vorhandenseins starker Luftschadstoffe. Wenn sich Verunreinigungen direkt am Sender oder Empfänger ansammeln, besteht ein höheres Risiko einer Fehlauslösung. Allerdings integrieren einige Hersteller mittlerweile den Alarmausgang in die Schaltkreise des Sensors, um die an den Empfänger abgegebene Lichtmenge zu überwachen. Wenn das erkannte Licht in Abwesenheit eines Objekts auf die angegebene Helligkeit absinkt, warnt der Sensor über die eingebaute-LED oder die Ausgangsleitung.
Sender und Empfänger eines reflektierenden Näherungssensors haben kein separates Gehäuse, sondern befinden sich im selben Gehäuse und sind in die gleiche Richtung gerichtet. Der Sender erzeugt einen Laser-, Infrarot- oder sichtbaren Lichtstrahl und projiziert ihn auf einen speziell entwickelten Reflektor, der den Strahl dann zurück zum Empfänger lenkt. Der optische Pfad wird erkannt, wenn er beschädigt oder anderweitig gestört ist.
Der Vorteil reflektiver Näherungssensoren liegt in der einfachen Anordnung. Es muss nur auf einer Seite montiert werden, was erhebliche Teile- und Zeitkosten einsparen kann.
Wie bei Reflexionssensoren befinden sich Sender und Empfänger eines Reflexsensors im selben Gehäuse. Das Erkennungsziel fungiert jedoch als Reflektor und erkennt daher aus der Entfernung reflektiertes Licht. Der Sender sendet einen Lichtstrahl (normalerweise gepulstes Infrarot, sichtbares Licht oder Laser) aus, der sich in alle Richtungen ausbreitet, um den Erkennungsbereich auszufüllen. Das Ziel dringt dann in den Bereich ein und lenkt einen Teil des Strahls zurück zum Empfänger. Wenn genügend Licht auf dem Empfänger vorhanden ist, erfolgt die Erkennung und der Ausgang wird ein- oder ausgeschaltet (je nachdem, ob der Sensor ein- oder ausgeschaltet ist).
Ein häufiges Beispiel für einen diffusen Sensor ist ein Sensorhahn an einem Waschbecken einer öffentlichen Toilette. Die unter der Düse platzierte Hand fungiert als Reflektor und löst das Öffnen des Wasserventils aus. Beachten Sie, dass diffuse fotoelektrische Sensoren häufig von den Eigenschaften des Zielmaterials und der Oberfläche beeinflusst werden, da es sich bei dem Ziel (der Hand) um einen Reflektor handelt. Der Erfassungsbereich von nicht-reflektierenden Zielen, wie z. B. mattschwarzem Papier, ist im Vergleich zu hellweißen Zielen stark eingeschränkt.
4. Ultraschallsensor:
Ultraschall-Näherungssensoren werden in vielen automatisierten Produktionsprozessen eingesetzt. Sie nutzen Schallwellen, um Objekte zu erkennen, sodass Farbe und Transparenz sie nicht beeinträchtigen. Dies macht sie ideal für eine Vielzahl von Anwendungen, einschließlich der Fernerkennung von Klarglas und Kunststoffen, der Abstandsmessung, der kontinuierlichen Kontrolle des Flüssigkeits- und Partikelstands sowie von Papier-, Blech- und Holzablagerungen.
Die gängigen Typen sind die gleichen wie bei der photoelektrischen Induktion: invertiert, reflektierend und diffus.
Ultraschall-Diffus-Näherungssensoren verwenden einen akustischen Sensor, der eine Reihe von Schallimpulsen aussendet und dann auf deren Rückkehr vom reflektierten Ziel wartet. Sobald das reflektierte Signal empfangen wird, sendet der Sensor das Ausgangssignal an das Steuergerät. Der Erfassungsbereich wird auf 2,5 Meter erweitert.
Ultraschall-Reflexsensoren können Objekte innerhalb eines vorgegebenen Erfassungsabstands erkennen, indem sie die Ausbreitungszeit messen. Der Sensor sendet eine Reihe von Schallimpulsen aus, die von einem festen gegenüberliegenden Reflektor (jede flache, harte Oberfläche, Maschine, Platte) zurückreflektiert werden. Die Schallwellen müssen in vom Benutzer-eingestellten Intervallen zum Sensor zurückgesendet werden. Ist dies nicht der Fall, wird davon ausgegangen, dass ein Objekt den Erfassungspfad blockiert, und der Sensor gibt ein entsprechendes Ausgangssignal aus. Da der Sensor Änderungen in der Ausbreitungszeit erkennt und nicht nur ein Signal zurücksendet, eignet er sich ideal zur Erkennung schallabsorbierender und ablenkender Materialien wie Baumwolle, Schaumstoff, Stoff und Schaumgummi.
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