一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。

一、工作原理

傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、變換電路和輔助電源四部分組成。

1.敏感元件直接感受被測(cè)量，并輸出與被測(cè)量有確定關(guān)系的物理量信號(hào)；

2.轉(zhuǎn)換元件將敏感元件輸出的物理量信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；

3.變換電路負(fù)責(zé)對(duì)轉(zhuǎn)換元件輸出的電信號(hào)進(jìn)行放大調(diào)制；

4.轉(zhuǎn)換元件和變換電路一般還需要輔助電源供電。

二、人類五官與傳感器

三、傳感器分類

1.敏感元件的分類：

物理類，基于力、熱、光、電、磁和聲等物理效應(yīng)。

化學(xué)類，基于化學(xué)反應(yīng)的原理。

生物類，基于酶、抗體、和激素等分子識(shí)別功能。

通常據(jù)其基本感知功能可分為熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件、濕敏元件、聲敏元件、放射線敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大類。

2.按用途：

壓力敏和力敏傳感器、位置傳感器、液位傳感器、能耗傳感器、速度傳感器、加速度傳感器、射線輻射傳感器、熱敏傳感器。

3.按輸出信號(hào)

模擬傳感器：將被測(cè)量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)。

數(shù)字傳感器：將被測(cè)量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出信號(hào)（包括直接和間接轉(zhuǎn)換）。

開關(guān)傳感器：當(dāng)一個(gè)被測(cè)量的信號(hào)達(dá)到某個(gè)特定的閾值時(shí)，傳感器相應(yīng)地輸出一個(gè)設(shè)定的低電平或高電平信號(hào)。

4.按其構(gòu)成

基本型傳感器：是一種最基本的單個(gè)變換裝置。

組合型傳感器：是由不同單個(gè)變換裝置組合而構(gòu)成的傳感器。

應(yīng)用型傳感器：是基本型傳感器或組合型傳感器與其他機(jī)構(gòu)組合而構(gòu)成的傳感器。

四、接近傳感器

又稱接近開關(guān)是一種無需與運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行機(jī)械直接接觸而可以操作的位置開關(guān)，當(dāng)物體接近開關(guān)的感應(yīng)面到動(dòng)作距離時(shí)，不需要機(jī)械接觸及施加任何壓力即可使開關(guān)動(dòng)作，從而驅(qū)動(dòng)直流電器或給計(jì)算機(jī)（plc)裝置提供控制指令。

接近開關(guān)是種開關(guān)型傳感器（即無觸點(diǎn)開關(guān)），它既有行程開關(guān)、微動(dòng)開關(guān)的特性，同時(shí)具有傳感性能，且動(dòng)作可靠，性能穩(wěn)定，頻率響應(yīng)快，應(yīng)用壽命長(zhǎng)，抗干擾能力強(qiáng)等、并具有防水、防震、耐腐蝕等特點(diǎn)。

接近開關(guān)分類：

1）電感式接近開關(guān)

2）電容式接近開關(guān)

3）霍爾式接近開關(guān)

4）舌簧式接近開關(guān)

4.1 電感式接近開關(guān)

原理：由電感線圈和電容及晶體管組成振蕩器，并產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)，當(dāng)有金屬物體接近這一磁場(chǎng)時(shí)就會(huì)在金屬物體內(nèi)產(chǎn)生渦流，從而導(dǎo)致振蕩停止，這種變化被后極放大處理后轉(zhuǎn)換成晶體管開關(guān)信號(hào)輸出。

特點(diǎn)：

1.抗干擾性能好，開關(guān)頻率高，大于200HZ.

2.只能感應(yīng)金屬

應(yīng)用在各種機(jī)械設(shè)備上作位置檢測(cè)、計(jì)數(shù)信號(hào)拾取等。

4.2 電容式接近開關(guān)

原理：電容式接近開關(guān)的測(cè)量端是構(gòu)成電容器的一個(gè)極板，而另一個(gè)極板是開關(guān)的外殼。當(dāng)有物體移向電容式接近開關(guān)時(shí)，無論該物體是否導(dǎo)電，由于它的介電常數(shù)總會(huì)不同于原來的環(huán)境介質(zhì)（空氣、水、油等），使得電容量發(fā)生變化，從而使得開關(guān)內(nèi)部電路參數(shù)發(fā)生變化，由此識(shí)別出有無物體接近，進(jìn)而控制開關(guān)的通或斷。

▲圓柱形電容式接近開關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖

特點(diǎn)：

不但能檢測(cè)金屬，還能檢測(cè)塑料，玻璃，水，油等物質(zhì)。

易受干擾，注意安裝位置。

感應(yīng)距離可調(diào)整。

頻率約50HZ.

應(yīng)用：

依據(jù)其特點(diǎn)，特別適合于非金屬物的檢測(cè)，如食品、化工等行業(yè)電容式接近開關(guān)對(duì)任何介質(zhì)都可檢測(cè)，包括導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體，甚至可以用于檢測(cè)液體和粉末狀物料。

4.3 霍爾式接近開關(guān)

當(dāng)一塊通有電流的金屬或半導(dǎo)體薄片垂直地放在磁場(chǎng)中時(shí)，薄片的兩端就會(huì)產(chǎn)生電位差，這種現(xiàn)象就稱為霍爾效應(yīng)。兩端具有的電位差值稱為霍爾電勢(shì)U.

這種接近開關(guān)的檢測(cè)對(duì)象必須是磁性物體。

4.4 舌簧式接近開關(guān)

舌簧接近開關(guān)又稱磁性開關(guān)當(dāng)磁性物件移近時(shí)舌簧閉合，使開關(guān)內(nèi)部電路狀態(tài)發(fā)生變化，由此識(shí)別附近有磁性物體存在，進(jìn)而控制開關(guān)的通或斷。公眾號(hào)《機(jī)械工程文萃》，工程師的加油站！

適用于氣動(dòng)、液動(dòng)、汽缸和活塞的位置測(cè)定。

這種接近開關(guān)的檢測(cè)對(duì)象必須是磁性物體。

五、接近開關(guān)參數(shù)

檢測(cè)距離：傳感器能檢測(cè)到物體的最大距離。

電源范圍：在此范圍內(nèi)傳感器能正常工作的電源電壓。

輸出電流：傳感器能提供給負(fù)載的最大電流。

輸出壓降：傳感器輸出時(shí)自身所占的電壓降。

響應(yīng)頻率：傳感器最大每秒可以檢測(cè)多少次物體。

回差范圍：檢測(cè)到物體時(shí)，拉遠(yuǎn)檢測(cè)到檢測(cè)不到時(shí)之間的距離，一般以檢測(cè)距離的百分比表示。

消耗電流：傳感器沒有輸出時(shí)所消耗的電流。

重復(fù)精度：傳感器多次檢測(cè)距離之間的差別。

短路保護(hù)電流：當(dāng)輸出負(fù)載短路或太大時(shí)，輸出電流達(dá)到短路保護(hù)電流時(shí)，傳感器將處于保護(hù)狀態(tài)。

5.1 回差的距離

如沒有回差的話，接近動(dòng)作距離時(shí)就會(huì)發(fā)生反復(fù)ON/OFF的來回轉(zhuǎn)換的現(xiàn)象。

一般回差距離控制在檢測(cè)距離的5-15%以內(nèi)。

六、光學(xué)傳感器

6.1 光電開關(guān)分類

1）對(duì)射式光電開關(guān)

2）漫反射式光電開關(guān)

3）反饋反射式光電開關(guān)

4）定距離式光電開關(guān)

5）色標(biāo)傳感器

6.2 對(duì)射型光電開關(guān)

特點(diǎn)：

檢測(cè)距離較長(zhǎng)。

投光器/受光器兩者都需要

6.3 U型（槽型）光電開關(guān)

U型光電是把接收和發(fā)射做在一起的對(duì)射型光電。

由于發(fā)射和接收做在了一起，安裝適用非常實(shí)用方便。

6.4 漫反射型光電開關(guān)

漫反射光電開關(guān)是一種集發(fā)射器和接收器于一體的傳感器。當(dāng)有被檢測(cè)物體經(jīng)過時(shí)，將光電開關(guān)發(fā)射器發(fā)射的足夠量的光線反射到接收器，于是光電開關(guān)就產(chǎn)生了開關(guān)信號(hào)。公眾號(hào)《機(jī)械工程文萃》，工程師的加油站！

特點(diǎn)：

檢測(cè)距離短。

只需在一處配線，無需反射板。

有投光/受光二個(gè)透鏡。

6.5 反饋反射型光電開關(guān)

集發(fā)射器與接收器于一體。光電開關(guān)發(fā)射器發(fā)出的光線經(jīng)過專用反射鏡，反射回接收器，當(dāng)被檢測(cè)物體經(jīng)過且完全阻斷光線時(shí)，光電開關(guān)就產(chǎn)生了檢測(cè)開關(guān)信號(hào)。

特點(diǎn)：檢測(cè)距離小于對(duì)射型。只需在一處配線，反射板在光的入射方向上形成反射光光軸對(duì)合方便。

6.6 定距離式光電開關(guān)

特點(diǎn)：

工作原理類似于漫反射式光電開關(guān)，其投光器與受光器置于一體，只有當(dāng)物體出現(xiàn)在聚焦點(diǎn)時(shí)，光電開關(guān)才會(huì)有動(dòng)作。

6.7 色標(biāo)傳感器

特點(diǎn)：

用來區(qū)分顏色，常用于檢測(cè)標(biāo)識(shí)。

與擴(kuò)散反射型一樣，只需在一處配線，無需反射板。

色標(biāo)傳感器工作原理：

以不同顏色物體的發(fā)射率差作為檢測(cè)原理。

6.8 光纖與光電傳感器

1、光電傳感器：是采用光電元件作為檢測(cè)元件的傳感器。它首先把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的變化，然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。光電傳感器一般由光源、光學(xué)通路和光電元件三部分組成。

2、光纖傳感器：是將來自光源的光經(jīng)過光纖送入調(diào)制器，使待測(cè)參數(shù)與進(jìn)入調(diào)制區(qū)的光相互作用后，導(dǎo)致光的光學(xué)性質(zhì)(如光的強(qiáng)度、波長(zhǎng)、頻率、相位、偏正態(tài)等)發(fā)生變化，稱為被調(diào)制的信號(hào)光，在經(jīng)過光纖送入光探測(cè)器，經(jīng)解調(diào)后，獲得被測(cè)參數(shù)。

3、其實(shí)光纖傳感器應(yīng)該屬于光電傳感器中的一種，相對(duì)來說，光纖傳感器通常比普通的光電傳感器的精度要高，普通的光電傳感器是指?jìng)鞲衅魃现苯影l(fā)光、收光，由于光的擴(kuò)散等原因，收光量的大小無法精確控制，即導(dǎo)致檢測(cè)的精度無法提高精度，而光纖傳感器通過光纖線傳輸光線，提高光束的聚攏程度，易判斷收光量的大小，檢測(cè)精度要高。

七、光電開關(guān)的安裝

1、光電開關(guān)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行安裝。產(chǎn)品的測(cè)量精度與安裝是否恰當(dāng)有很大關(guān)系。

2、光在發(fā)射時(shí)會(huì)有發(fā)散現(xiàn)象，即有一個(gè)指向角，檢測(cè)物或接收器在一定范圍內(nèi)都會(huì)接受到光，在安裝時(shí)，要注意該項(xiàng)指標(biāo)，避免產(chǎn)生測(cè)量誤差。

3. 漫反射式光電開關(guān)發(fā)出的光線，需要被檢測(cè)物表面將足夠的光線反射回漫反射開關(guān)的接受器，所以檢測(cè)距離和被檢測(cè)物體的表面反射率將是決定接受器接收到光線的強(qiáng)度大小，粗糙的表面反射回的光線必將小于光滑表面反射回的強(qiáng)度。在安裝時(shí)，要注意被測(cè)物體表面的反射率。

4.光電開關(guān)的應(yīng)用環(huán)境也是影響其長(zhǎng)期工作穩(wěn)定、可靠的重要條件。當(dāng)光電開關(guān)工作在最大檢測(cè)距離狀態(tài)時(shí)，由于光學(xué)透鏡會(huì)被環(huán)境污染，甚至?xí)粡?qiáng)酸性物質(zhì)腐蝕，會(huì)降低使用參數(shù)特性，會(huì)造成可靠性降低。在應(yīng)用中，比較簡(jiǎn)便的解決方法是根據(jù)光電開關(guān)的最大檢測(cè)距離（Sn）降額使用，來保證最佳工作距離。

八、傳感器的接線方式

8.1 兩線輸出

特點(diǎn)：接線簡(jiǎn)單,客戶負(fù)載可以串接在兩根輸出線中的任意一根上。

交流型不分正負(fù)極隨便接，直流棕線接正、藍(lán)線接負(fù)。

8.2 三線 PNP 輸出（常開）

特點(diǎn)：相對(duì)于兩線工作更穩(wěn)定可靠。

8.3 三線 PNP輸出（常閉）

8.4 三線 NPN輸出（常開）

8.5 三線 NPN輸出（常閉）

8.6 四線 NPN一開一閉輸出

特點(diǎn)：多功能輸出，接線靈活方便，可同時(shí)接兩個(gè)負(fù)載也可接任意一個(gè)負(fù)載。

九、光電開關(guān)的使用注意事項(xiàng)

1.采用反射型光電傳感器時(shí)，檢測(cè)物體的表面和大小對(duì)檢測(cè)距離和動(dòng)作區(qū)域都有影響。

2. 檢測(cè)微小物體時(shí)，要比檢測(cè)較大物體時(shí)的靈敏度小，檢測(cè)距離小一些。

3.檢測(cè)物體的表面的反射率越大，檢測(cè)靈敏度越高，檢測(cè)距離較大。

4.采用反射型光電傳感器時(shí)，最小檢測(cè)物體的大小由透鏡直徑來決定。

5.檢測(cè)凹凸、等級(jí)時(shí)反射型光電傳感器最合適。

6.防止光電開關(guān)之間相互干擾。

7. 高壓線，動(dòng)力線與光電傳感器的配線，應(yīng)分 開走線，否則會(huì)受到感應(yīng)造成誤動(dòng)作。

   8 .電源電壓應(yīng)在規(guī)定的使用范圍內(nèi)使用 。

8. 請(qǐng)勿用在灰塵較多、腐蝕性氣體較多、水、油、藥劑直接濺散的場(chǎng)所使用，室外式太陽等有強(qiáng)光直射的場(chǎng)所。

9. 使用時(shí)應(yīng)在規(guī)定的環(huán)境溫度范圍內(nèi) 使用。

10. 安裝時(shí)要穩(wěn)固，不能產(chǎn)生松動(dòng)或偏斜。

11. 安裝光電傳感器時(shí)，不能損壞發(fā)射器件或接受器件。