Tyto senzory přiblížení nebo „detektory přítomnosti“ jsou mechanická zařízení používají, ale stále častěji charakterizovány nepřítomnosti mechanického spojení mezi měřicím zařízením a cílového objektu (osoba, zvíře animovaný objekt, než vozidla). Interakce mezi senzorem a jeho „cílem“ se poté provádí pomocí kamery spojené se systémem analýzy obrazu nebo častěji pole ( magnetického , elektrického , elektromagnetického ) nebo infračerveného senzoru .
V závislosti na senzorech, objektech a situaci musí být detekovaný objekt víceméně blízko senzoru nebo osvětlen zdrojem záření (možná není viditelný, například v infračerveném ).
Senzory přiblížení se používají buď v analogovém režimu, nebo v binárním režimu . V prvním případě je amplituda signálu funkcí relativní polohy cílového objektu; v druhém případě může mít signál pouze dvě úrovně (vysoká a nízká), v závislosti na tom, zda je předmět poblíž indukčního snímače nebo ne.
Používají se hlavně k zabezpečení, proti vniknutí, poplachům nebo aktivaci zařízení (otevření dveří, bariéra atd.).
Mohou být také použity pro domácí automatizaci nebo k dosažení významných úspor energie (blokování vnitřního osvětlení s detektory přítomnosti) venku pro ochranu nočního prostředí .
Obec Vif ( Isère ) zřídila12. března 2012, část silnice s řízeným osvětlením: 1,5 km pro chodce a cyklisty (nejdelší ve Francii k dnešnímu dni instalace).
Systém řízeného osvětlení zahrnuje 72 LED pouličních světel vybavených detektory přiblížení a stmívači světla.
Osvětlení se přepne z 10% (pohotovostní režim) na maximum, když projdou chodci nebo cyklisté před návratem do pohotovostního režimu.
Očekávaná úspora pro město je 21 000 kWh / rok .
Tyto senzory kapacitní přibližovací mají tu výhodu, že krátká detekovat přítomnost všech typech předměty, jako jsou citlivé na kovy a nekovů .
V tomto případě je měřicí hlava těchto senzorů vytvořena z válcového vodiče a koaxiálního kovového pouzdra tvořícího pevný kondenzátor C1 . Pokud se cíl přiblíží ke konci předchozích vodičů, vytvoří s těmito vodiči dva další kondenzátory.
Pokud je tedy obvod napájen střídavým signálem na dané frekvenci, při přiblížení k cíli se změní kapacita obvodu a signál se utlumí. Měříme právě tento útlum.
Citlivá plocha detektoru tvoří armaturu kondenzátoru. Na tento obličej je přivedeno sinusové napětí , čímž se před detektorem vytvoří střídavé elektrické pole. Vzhledem k tomu, že toto sinusové napětí je vztaženo k referenčnímu potenciálu (například uzemnění nebo zem ), je druhá kotva tvořena elektrodou připojenou k tomuto referenčnímu potenciálu (například rám stroje). Tyto dvě elektrody tváří v tvář tvoří kondenzátor, jehož kapacita je:
C = ε0 * εr * A / ds:
Uzemňovací elektrodou může být v tomto případě například kovový pás dopravníku.
C = (ε 0. Ε r. A) / dKdyž je střední hodnota εr větší než 1 v přítomnosti objektu, C se zvýší. Měření zvýšení hodnoty C umožňuje detekovat přítomnost izolačního objektu.
s:
Přítomnost kovového předmětu proto také vede ke zvýšení hodnoty C.
Různé typy kapacitních senzorů:
Citlivost kapacitních detektorů podle výše uvedené základní rovnice (§ 4.1) závisí jak na vzdálenosti mezi objektem a senzorem, tak na materiálu objektu.
Vlivové veličiny kapacitního detektoru;
Indukční snímače přiblížení detekují všechny vodivé materiály v definované vzdálenosti:
Senzor přítomnosti bipolárního tranzistoru detekuje kovy: pokud je kov v poli aktivní oblasti pokrytí, je aktivován výstup PNP nebo NPN snímače; Jazýčkový spínač detekuje přítomnost objektu, pokud je magnet v oblasti aktivního pokrytí.Jedná se o transformátor, jehož magnetický obvod zahrnuje pohybující se předmět. To proto musí mít feromagnetickou povahu .
Interval mezi terčem a hlavou senzoru hrající roli vzduchové mezery určuje neochotu magnetického obvodu a následně tok procházející sekundárem a napětí na jeho svorkách, když je napájen primární zdroj. Napětí na svorkách sekundárního obvodu, kterým je měřicí signál Vm, se mění nelineárně podle zákona, který má zhruba tento tvar:
Kde x je vzdálenost mezi senzorem a cílem Vmo závisí zejména na magnetické permeabilitě cíle, jeho tvaru a jeho rozměrech.
Ve většině případů jsou primární a sekundární složeny z jedné a téže cívky. Velikost, která se mění se vzdáleností k cíli, je pak indukčnost . Elektronický obvod umožňuje transformovat tuto indukčnost na jednoduchou elektrickou veličinu, jako je elektrické napětí , obraz vzdálenosti.
Tento typ senzoru nachází své uplatnění v letecké oblasti . Ve skutečnosti je na letadlech elektromagnetická část snímače často umístěna venku (přistávací zařízení, klapky atd.), Zatímco detekční elektronika je v chráněné části letounu, přičemž obě jsou spojeny spojovacími dráty. Princip proměnné reluktance je pro tento typ aplikace poměrně vhodný, protože je relativně necitlivý na délky připojovacích vodičů.
Indukční snímače produkují na konci své detekční hlavy oscilační magnetické pole. Když do tohoto pole vstoupí kovový předmět, dojde k narušení tohoto pole a poté k útlumu oscilačního pole.
Magnetické pole vyzařované z aktivního povrchu snímače je vytvářeno obvodem (cívkou) napájeným zdrojem sinusového napětí, jehož frekvence je omezena na několik desítek kilohertzů, takže magnetické ztráty vířivým proudem jsou sníženy stejně jako vliv parazitních kapacit. Pokud se kovový předmět (cíl) přiblíží k aktivnímu povrchu, vytvoří se vířivé proudy . Podle Lenzova zákona se tyto proudy staví proti příčině, která je zrodila. Výsledné ztráty způsobují pokles energie v oscilačním obvodu a útlum oscilací. Na rozdíl od senzoru proměnné reluktance, který lze použít pouze u feromagnetických cílů, je senzor vířivých proudů citlivý na jakýkoli kovový předmět.
Z toho lze odvodit, že kalibrace musí být provedena za konkrétních podmínek jejich použití. Tyto snímače poskytují galvanické oddělení mezi měřicím obvodem a cílem
Oblasti použitíHallův jev se projevuje výskytem potenciální rozdíl VH kolmé k aktuálnímu liniemi vodiče umístěných v indukčním poli. Hallův efekt je důsledkem síly vyvíjené na elektrické náboje v pohybu.
Když je magnet přiblížen k destičce, zvyšuje se potenciální rozdíl v druhé desce; je to tento signál, který je detekován.
Tento typ snímače proudu využívá Hallova jevu k výrobě napětí, které je přesným obrazem (se známým faktorem proporcionality) proudu, který má být měřen nebo vizualizován.
Pokud proud Io prochází pruhem vodivého nebo polovodičového materiálu a je-li indukční magnetické pole B aplikováno kolmo ke směru toku proudu, objeví se na bočních plochách napětí Vh, úměrné magnetickému poli a proudu Io. baru.
Tyto elektrony jsou vychýleny magnetického pole, což vytváří potenciální rozdíl nazývá Hallovo napětí .v magnetického pole deformuje dráha elektronů, protože vytváří Lorentzova síla (e).
s : Hallova konstanta, která závisí na použitém materiálu.
Protože Hallova konstanta je nepřímo úměrná hustotě nosných, je Hallovo napětí v polovodičích mnohem větší než v kovech.
Tento typ snímače je dražší než bočník a jeho citlivost na vnější magnetická pole může vyžadovat určitá opatření.
Infračervený bezdotykový snímač (fotoelektrický snímač) se skládá ze světelného emitoru spojeného s přijímačem. Objekt je detekován řezáním nebo změnou světelného paprsku. Signál je zesílen pro použití řídicí částí.
Přijímače mají jako základní prvek zařízení citlivá na infračervené záření, pro objasnění principu činnosti těchto zařízení jsme vybrali fotovodivý článek.
Jedná se o odporový snímač, který je charakterizován vlivem přijímaného toku záření na hodnotu jeho odporu. Po spárování se správným kondicionérem je fotovodivý článek jedním z nejcitlivějších optických senzorů. Fyzikální jev, který je základem jeho použití - fotokondukce - je výsledkem vnitřního fotoelektrického jevu: uvolňování elektrických nábojů v materiálu pod vlivem světla, a tedy zvýšení vodivosti.
Zjednodušený model se skládá z desky polovodiče o objemu V dopovaného atomy dárce (P), takže energie dárců je dostatečně velká, aby při pokojové teplotě a ve tmě byla hustota dárců ionizovaná tepelnou aktivací je nízký.
Když je polovodič osvětlen, fotony s energií větší než ionizační energie dárců ionizují dárce a uvolňují elektrony, které jsou navíc k elektronům uvolněným tepelnou excitací. Odpovídající vodivost je , q je absolutní hodnota náboje elektronu a u Stabilizátory jeho pohyblivost. n je hustota elektronů v rovnováze při osvětlení, která závisí na toku záření. Tento vztah není lineární. Nakonec přijdeme k funkci pro Rcp (odpor osvětlené buňky):
s závislosti zejména na materiálu, teplotě a spektra dopadajícího záření. A y obecně mající hodnoty mezi 0,5 a 1.
Odolnost proti temnu Rco závisí na geometrickém tvaru a rozměrech fotovodivé desky.
Vlastnosti článku lze vhodně přeložit ekvivalentním elektrickým schématem, kde je tmavý rezistor umístěn paralelně na rezistoru, který je určen fotoelektrickým jevem:
V obvyklém případě použití Rcp << Rco pak máme:
Variace odporu jako funkce dopadajícího toku není lineární: lze jej linearizovat v omezeném rozsahu toku pomocí rezistoru fixovaného paralelně na fotovodivém článku.
ZájemVýhoda fotovodivých článků spočívá v jejich vysoké citlivosti a v jednoduchosti jejich použití.
NevýhodyNejlevnější snímače vzdálenosti a vzdálenosti se vyrábějí v nejnovější konfiguraci: infračervené dálkoměry .
Infračervené dálkoměry používají k určení vzdálenosti a přítomnosti překážek v jejich pozorovacím úhlu triangulaci a řadu malých fotovodivých článků. Tyto řady fotobuněk jsou ve skutečnosti PSD (Position Sensitive Device). Pracují tak, že vyzařují krátký puls infračerveného světla, který se odrazí od překážky nebo pokračuje v cestě. Pokud se vlna v daném časovém období odráží zpět k senzoru, senzor to vnímá a měří úhel mezi vysílačem, překážkou a přijímačem (jinak senzor usoudí, že před ním nic není). Úhel se mění podle vzdálenosti k překážce. Přijímací čočka zaostří zpětnou vlnu , která osvětlí buňku v řadě, která určí vzdálenost k objektu trigonometrií.
Existují různé verze těchto telemetrů, které mají různé měřící rozsahy, které mohou posílat měření analogovým napětím nebo zasíláním 8 bitů sériově, nebo které signalizují, pokud je objekt pod danou vzdáleností.
Vybereme model, který je schopen měřit vzdálenost mezi 4 a 30 cm a který jej dodává analogovým výstupem, a získáme tuto křivku, která ukazuje vztah vzdálenosti ↔ výstupního napětí.
Kvůli tomuto trigonometrickému vztahu mezi vzdáleností a úhlem je výstup snímače neobjektivní, takže si musíme dát pozor zejména na objekty vzdálené méně než 4 cm, které vracejí informace o vzdálenosti, které lze interpretovat jako pocházející z velmi velkého objektu. Více vzdálený.
Dalším způsobem, jak měřit vzdálenost mezi senzorem a objektem, je měření doby letu. Je měřena doba šíření světla mezi senzorem a cílem. Zájem je mít přímo analogové informace.
Kombinace informací přijatých z několika mechanických detektorů polohy (např. Kontakt vyvolaný váhou objektu nebo těla) může také poskytnout informace o jeho pohybu.