تقنية

أنواع المستشعرات التقاربية

مقدمة.

حثي ، سعوي ، فوق صوتي ، الأشعة تحت الحمراء؟ هذه هي الأنواع الشائعة من مجسات القرب المستخدمة اليوم لتطبيقات مختلفة. يعد اختيار واحد يمكن توصيله بسهولة ودقيقاً وموثوقاً أمراً مهماً للغاية لتحقيق الاستخدامات المقصودة.

ما هي مستشعرات القرب؟

مستشعرات القرب هي أجهزة استشعار تكتشف حركة / وجود الأشياء دون اتصال مادي وتنقل تلك المعلومات الملتقطة في إشارة كهربائية. يمكن تعريفه أيضاً على أنه مفتاح تقارب ، وهو تعريف قدمته المعايير الصناعية اليابانية (JIS) لجميع أجهزة استشعار الكشف غير التلامسية.

أين تستخدم مستشعرات القرب؟

تستخدم مستشعرات القرب على نطاق واسع في التطبيقات الصناعية والتصنيعية ، خاصة لتطبيقات إدارة السلامة والمخزون. في خط الإنتاج الآلي ، على سبيل المثال ، يتم استخدامه لاكتشاف الأشياء وتحديد المواقع والفحص والعد. كما أنها تستخدم للكشف عن الأجزاء في نظام النقل الصناعي.

يمكن أيضاً العثور على مستشعرات القرب في أجهزة المستهلك. في الهواتف الذكية ، تُستخدم مستشعرات التقارب لاكتشاف ما إذا كان المستخدم يمسك هاتفه بالقرب من وجهه. كما أنها تستخدم كمفاتيح تعمل باللمس بالسعة في منتجات الإلكترونيات الاستهلاكية.

كما أنها تستخدم في العديد من التطبيقات المختلفة مثل مستشعر الانتشار في الحمامات العامة أو مستشعر اكتشاف الاصطدام للروبوتات!

ميزات مستشعر القرب.

لفهم ماهية مستشعر القرب بشكل أكبر ، سنلقي نظرة على ميزاته. فيما يلي ميزاته ، حيث يُنظر إلى بعضها بشكل فريد مقارنةً بأجهزة الاستشعار البصرية / أجهزة الاستشعار التقليدية:

▪️الاستشعار عن بعد.

يسمح مستشعر القرب بدون تلامس بالكشف دون لمس الجسم ، مما يضمن بقاء الجسم في حالة جيدة.

▪️غير متأثر بظروف السطح.

لا تتأثر مستشعرات القرب تقريباً بألوان سطح الأشياء لأنها تكتشف التغييرات المادية بشكل أساسي.

▪️ملاءمة لمجموعة واسعة من التطبيقات.

مستشعرات القرب مناسبة لظروف الرطوبة واستخدام نطاق درجات الحرارة الواسع ، على عكس الكشف البصري التقليدي.

مستشعرات القرب قابلة للتطبيق أيضاً في الهواتف ، سواء كانت أجهزة Andriod أو IOS. وهو يتألف من تقنية الأشعة تحت الحمراء البسيطة التي يتم تشغيلها وإيقاف تشغيلها وفقاً لاستخدامك. على سبيل المثال ، يقوم بإيقاف تشغيل شاشتك عندما تكون مكالمة هاتفية جارية بحيث لا تقوم بتنشيط أي شيء عن طريق الخطأ أثناء وضعه بالقرب من خديك!

▪️عمر خدمة أطول.

نظراً لأن مستشعر القرب يستخدم مخرجات أشباه الموصلات، فلا توجد أجزاء متحركة تعتمد على دورة التشغيل. وبالتالي ، تميل مدة خدمتها إلى أن تكون أطول مقارنة بأجهزة الاستشعار الأخرى!

▪️معدل استجابة عالي السرعة.

مقارنة بالمفاتيح حيث يكون الاتصال مطلوباً للاستشعار ، توفر مستشعرات القرب معدل استجابة أعلى سرعة.

أنواع مستشعرات القرب.

إليك ملخص لأنواع مستشعرات القرب المختلفة!

١. مستشعرات الاقتراب الاستقرائي.

مستشعرات القرب الاستقرائي هي مستشعرات لا تلامسية تستخدم فقط لاكتشاف الأجسام المعدنية. يعتمد على قانون الحث ، يقود ملفاً بمذبذب بمجرد اقتراب جسم معدني منه.

يتكون من نسختين ويتكون من 4 مكونات رئيسية:

🔸الإصدارات:

▪️غير محمي: المجال الكهرومغناطيسي الناتج عن الملف غير مقيد ، مما يسمح بمسافات استشعار أوسع وأكبر.

▪️محمي: يتركز المجال الكهرومغناطيسي المتولد في المقدمة ، حيث يتم تغطية جوانب ملف المستشعر.

🔸عناصر:

يتكون من 4 مكونات رئيسية ؛ الملف ، المذبذب ، Schmitt Trigger ، ودائرة تبديل الخرج.

كيف تعمل مستشعرات القرب الاستقرائي؟

▪️يتم توفير تيار متردد للملف ، مما يؤدي إلى توليد مجال كشف كهرومغناطيسي.

▪️عندما يقترب جسم معدني من المجال المغناطيسي ، تتراكم التيارات الدوامة ، وينتج عن ذلك تغييرات في محاثة الملف.

▪️عندما يتغير محاثة الملف ، فإن الدائرة التي كانت تراقب باستمرار ، ستطلق مفتاح خرج المستشعر.

* ملاحظة: حتى في حالة عدم وجود هدف ، تستمر أجهزة الاستشعار الحثية في التأرجح. يتم تشغيل المفتاح فقط عند وجود كائن.

🔸التطبيقات الشائعة:

_الاستخدامات الصناعية.

آلات أتمتة الإنتاج التي تحسب المنتجات ، وتحويلات المنتجات.

_استخدامات الأمن.

الكشف عن الأجسام المعدنية ومستودعات الأسلحة والألغام الأرضية وما إلى ذلك.

مزايا مجسات القرب الاستقرائي.

١. الكشف عن عدم التلامس.

٢. القدرة على التكيف مع البيئة ؛ مقاومة للظروف الشائعة في المناطق الصناعية مثل الغبار والأوساخ.

٣. قادرة ومتعددة الاستخدامات في مجال استشعار المعادن.

٤. رخيصة إلى حد كبير عندما يتعلق الأمر بالسعر.

٥. لا توجد أجزاء متحركة ، مما يضمن عمر خدمة أطول.

مساوئ مجسات القرب الاستقرائي.

١. نقص في نطاق الكشف ، بمتوسط ​​أقصى يصل إلى 80 ملم.

٢. يمكن فقط الكشف عن الأجسام المعدنية.

٣. يمكن أن يتأثر الأداء بالظروف الخارجية ؛ درجات الحرارة القصوى ،قطع السوائل أو المواد الكيميائية.

٢. مستشعرات القرب السعوية.

مستشعرات القرب السعوي هي مستشعرات لا تلامس تكتشف كلاً من الأجسام المعدنية وغير المعدنية ، بما في ذلك السائل والمساحيق والحبيبات. تعمل عن طريق الكشف عن تغيير في السعة.

على غرار المستشعرات الحثية ، فهي تتكون من مذبذب ، ومشغل شميت ودائرة تبديل الخرج. الاختلاف الوحيد هو أنه يتكون من لوحين شحن (1 داخلي ، 1 خارجي) من أجل السعة:

▪️لوحة داخلية متصلة بالمذبذب.

▪️لوحة خارجية (أقطاب استشعار) تستخدم كسطح استشعار.

كيف تعمل مستشعرات القرب السعوية؟

١. ينتج مستشعر القرب السعوي مجالاً إلكتروستاتيكياً.

٢. عندما يقترب جسم (موصل / غير موصل) من منطقة الاستشعار ، تزداد سعة كلا الصفيحتين ، مما يؤدي إلى كسب سعة المذبذب.

٣. يؤدي كسب السعة الناتج إلى تشغيل مفتاح إخراج المستشعر.

* ملاحظة: أجهزة الاستشعار السعوية لا تتأرجح إلا عند وجود الجسم المستهدف.

🔸التطبيقات الشائعة:

_الاستخدامات الصناعية.

▪️آلات أتمتة الإنتاج التي تحسب المنتجات ، وتحويلات المنتجات.

▪️عمليات التعبئة وخطوط الأنابيب والأحبار وما إلى ذلك.

▪️مستوى السائل والتكوين والضغط.

▪️السيطرة على الرطوبة.

▪️كشف المحتوى غير الغازية.

▪️لمس التطبيقات.

مزايا مجسات القرب السعوي.

١. الكشف عن عدم التلامس.

٢. مجموعة واسعة من المواد يمكن الكشف عنها.

٣. قادرة على اكتشاف الأشياء من خلال الجدران غير المعدنية مع نطاق الحساسية الواسع.

٤. مناسب تماماً للاستخدام في البيئة الصناعية.

٥. يحتوي على مقياس جهد يسمح للمستخدمين بضبط حساسية المستشعر ، بحيث يتم استشعار الأشياء المطلوبة فقط.

٦. لا توجد أجزاء متحركة ، مما يضمن عمر خدمة أطول.

عيوب مستشعرات القرب السعوي.

١. المدى المنخفض النسبي ، على الرغم من الزيادة المتزايدة من أجهزة الاستشعار الحثية.

٢. سعر أعلى مقارنة بأجهزة الاستشعار الاستقرائي.

٣. أجهزة استشعار القرب بالموجات فوق الصوتية.

مستشعرات القرب بالموجات فوق الصوتية ، التي تكتشف وجود الأجسام من خلال بث نطاق الموجات فوق الصوتية عالي التردد. تقوم بذلك من خلال تحويل الطاقة الكهربائية. على غرار المستشعرات السعوية ، يمكنه اكتشاف الأجسام في الحالة الصلبة أو السائلة أو الحبيبية ربما يكون الأسهل بين الجميع ، فهو يتكون فقط من جهاز إرسال بالموجات فوق الصوتية وجهاز استقبال بالموجات فوق الصوتية.

كيف يعمل مستشعر القرب بالموجات فوق الصوتية؟

▪️يصدر محول الطاقة الصوتي موجات صوتية.

▪️ترتد الموجات الصوتية عن الجسم.

▪️ثم يتم إرجاع الموجة التي ارتدت إلى المستشعر.

▪️ثم يتم استخدام الوقت الذي يستغرقه إصدار واستقبال الموجات الصوتية لتحديد المسافة / القرب.

التطبيقات الشائعة.

▪️قياس المسافة.

▪️أجهزة قياس شدة الرياح لكشف سرعة الرياح واتجاهها.

▪️عمليات إنتاج الأتمتة.

▪️كشف السوائل.

▪️المركبات الجوية بدون طيار لرصد الأجسام.

▪️علم الروبوتات.

مزايا مجسات القرب بالموجات فوق الصوتية.

١. الكشف عن عدم التلامس.

٢. لا تتأثر بلون الكائن وشفافيته.

٣. لا تتأثر بالظروف البيئية الخارجية.

٤. يعمل جيداً في الأماكن ذات الظروف القاسية.

٥. يمكن استخدامها في البيئات المظلمة.

٦. انخفاض الاستهلاك الحالي.

عيوب أجهزة استشعار القرب بالموجات فوق الصوتية.

١. نطاق الكشف المحدود على الرغم من أنه قادر على نطاق أعلى مقارنة بالمستشعرات الحثية والسعة.

٢. لا يعمل في الفراغ لأن أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية تعمل عبر الموجات الصوتية.

٣. غير قادر على قياس مسافة الأشياء الناعمة أو تلك ذات القوام الشديد.

٤. مستشعر القرب من الأشعة تحت الحمراء.

الأشعة تحت الحمراء ، تكتشف وجود كائن عن طريق إصدار شعاع من ضوء الأشعة تحت الحمراء. إنه يعمل بشكل مشابه لأجهزة الاستشعار فوق الصوتية ، على الرغم من أنه بدلاً من استخدام الموجات الصوتية ، يتم إرسال الأشعة تحت الحمراء.

تتكون مستشعرات القرب من الأشعة تحت الحمراء من IR LED الذي ينبعث ، وكاشف الضوء للكشف عن الانعكاس. يحتوي على دائرة معالجة إشارة مدمجة تحدد بقعة بصرية على PSD.

كيف تعمل مستشعرات القرب من الأشعة تحت الحمراء؟

١. ينبعث ضوء الأشعة تحت الحمراء من باعث IR LED.

٢. يضرب شعاع الضوء الجسم وينعكس مرة أخرى بزاويةسوف يصل الضوء المنعكس إلى كاشف الضوء.

٣. يحدد المستشعر الموجود في كاشف الضوء موقع / مسافة الجسم العاكس.

التطبيقات الشائعة.

▪️قياس المسافة.

▪️عداد البند عندما يقطع الجسم الضوء المشع ، فإنه يعتبر واحداً.

▪️أنظمة الأمن مثل المراقبة وأجهزة الإنذار ضد السرقة وغيرها.

▪️تطبيقات المراقبة والتحكم.

مزايا مستشعرات القرب من الأشعة تحت الحمراء.

١. الكشف عن عدم التلامس.

٢. ينطبق على استخدامات النهار والليل.

٣. اتصال آمن من خلال خط نظر.

٤. قادرة على قياس المسافة إلى الأجسام اللينة على عكس مستشعرات القرب بالموجات فوق الصوتية.

٥. دقة حساس الأشعة تحت الحمراء لا تتأثر بالتآكل أو الأكسدة.

عيوب مستشعرات القرب من الأشعة تحت الحمراء.

١. تتأثر بالظروف البيئية والأشياء الصلبة ، مما يعني عدم القدرة على استخدامها من خلال الجدران أو الأبواب.

٢. يتطلب خط رؤية بين المرسل والمستقبل للاتصال.

٣. ينخفض ​​الأداء لمسافات أطول.

المراجع:

“All about Proximity Sensors: Which type to use?”, seeedstudio

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

زر الذهاب إلى الأعلى