随着新技术和旧技术的出现变得更小、更便宜且功耗更低，当前可用于传感的选项数量不断增加。接近传感器也不能幸免于这种扩展，各种传感器具有完全不同的工作原理。尽管有多种选择可能是有益的，但工程师如何确定应使用哪种传感器技术进行检测、距离和接近应用？
什么是接近传感器？
接近传感器是一种非接触式方法，可以提供简单的存在/不存在逻辑或准确测量到物体的确切距离。术语接近传感器非常重要，因为它们在尺寸和检测距离方面具有很大的范围。本文将重点介绍最适合便携式或小型固定嵌入式系统的流行接近传感器。这些技术包括超声波、光电、激光测距仪和电感式传感器，非常适合从几英寸到几十英尺的中等探测范围。电容式和霍尔效应传感器也是高效的接近传感器，但它们最适合在非常近的距离进行检测，不会被考虑。
接近传感器设计注意事项
即使不考虑成本，也没有接近传感器可以比其他传感器更好地执行所有潜在任务。因此，在审查特定应用的理想接近传感器技术时，必须考虑许多属性并对其重要性进行加权。
1.成本：很少有项目可以忽略其组件的成本。接近传感器可能只占总预算的一小部分或消耗其中的大部分。
2.范围：虽然具体产品的范围可能不同，但接近传感器技术对它们可以检测的距离和距离有普遍的限制。
3.尺寸：对于嵌入式设计，尺寸非常重要，因为接近传感器的尺寸可以从米粒到人不能携带的大件物品。
4.刷新率：大多数接近传感器通过传输信号和检测返回信号来工作，这对其更新频率施加了一定的物理限制，称为刷新率。
5.材料效应：有些传感器在硬表面和纤维表面上表现不同，而另一些则根据物体的颜色表现不同。
什么是超声波接近传感器？
超声波传感器使用声波的超声波脉冲来检测物体的存在，或者通过额外的处理来检测到物体的距离。他们使用发射器和接收器以及回声定位原理来工作。通过发出啁啾并测量啁啾从表面反射并返回所需的时间，超声波传感器可以测量到物体的距离。尽管经常显示在发射器和接收器尽可能彼此靠近的配置中，但这些原则在它们分开时仍然适用。还有一些超声波收发器，将发送和接收功能整合到一个包中。
超声波检测非常准确并且具有非常高的刷新率，每秒能够发出数十或数百个脉冲或啁啾声。由于它基于声音而不是电磁波，因此物体的颜色和透明度对读数没有影响。同样的特性也意味着它们不需要或产生光，非常适合自然黑暗或需要黑暗的环境。声波也会随着时间的推移传播，增加其检测区域-取决于应用，无论是优势还是劣势。由于其简单的设计，它们的成本也非常低，用途广泛且安全。
然而，超声波传感器有其独特的缺点。传感器有两个部分，一个发射器和一个接收器，它们可以作为一个单元出现，也可以作为一个单独的设备出现。由于声速随着温度的变化而变化，温度的任何急剧波动都会影响精度。然而，这可能会被温度测量抵消以更新计算。软材料也会影响精度，因为声波在这些吸收表面上反射得不好。虽然这个概念可能与声纳非常相似，但超声波传感器并不是为水下使用而设计的。最后，它们对声音的依赖使它们在真空中完全无用，因为没有声音传播的媒介。有关超声波传感器基本操作和实施的更多信息，请单击此处。
光电接近传感器
光电传感器对于缺失或存在检测非常有效。尽管它们是许多工业应用的理想选择，但它们通常用于住宅和商业环境，例如车库门传感器或商店中的人数统计。在实施方面，可以以多种变体提供光传感器。对射式在一侧实现发射器，在另一侧实现检测器，由于光束的中断而发生检测。逆反射是当发射器和检测器位于同一位置时，另一侧的反射器将来自发射器的光束反射回检测器。最后，扩散还将发射器和检测器排列在一起，但发射的光将从附近的任何表面反射，类似于超声波传感器的工作方式。
由于缺少活动部件，光电传感器通常使用寿命长，可以感应大多数材料，但透明材料和水可能会引起问题。对射式和回归反射式设置具有很长的感应范围和非常快的响应时间。漫反射类型设置可以检测小物体，也可以是运动检测器。只要镜头没有受到污染，它们就可以承受工业应用中常见的肮脏环境。但是，它们计算与物体距离的能力非常有限，并且物体的颜色和反射率可能存在问题。由于需要安装和对准直通光束和回射器，在繁忙的环境中系统安装可能会很复杂。
激光测距仪传感器
激光测距是最近才在许多应用中变得经济可行的技术。对于激光测距，其工作原理与超声波传感器相同，但它使用的是电磁波束而不是声波。由于光速较高，飞行时间的计算需要相当的精度，因此有时会使用其他方法（如干涉测量法）来降低成本，同时保持精度。这些传感器通常具有极长的范围，可达数百或数千英尺，并且可以根据选项具有极快的响应时间。
虽然这项技术的价格已经下降，但它仍然是最昂贵的选择之一，比之前讨论的技术贵几个数量级。操作激光器所需功率的增加具有限制便携式应用的寿命并导致眼睛安全问题的缺点。不管是好是坏，作为激光器，虽然在距离上有一定的色散，但感应面积还是比较小。最后，该技术不适用于水或玻璃，进一步限制了其使用。
电感式传感器
尽管基于旧概念，电感式传感器近年来变得越来越流行。与此列表中的其他技术不同，电感式传感器仅适用于金属物体。就像线圈中的旋转磁铁是发电的基础一样，电感式传感器用于产生磁场，然后在金属物体通过时检测磁场的变化。这是任何金属探测器的基础。
根据设置，它们的检测范围可能非常小，应用程序可以通过检测传感器旁边是否有齿轮齿来计算齿轮旋转。对于更长的距离，电感传感器可以嵌入道路以检测在道路上行驶的车辆，或者在极端情况下，可以优化以检测空间等离子体。然而，作为一种电子接近传感器，电感式传感器通常在毫米到米的范围内工作。由于它们的工作原理，它们对钢铁等黑色金属材料表现更好，但对非磁性金属材料的检测范围较小。由于它们基于电磁场的变化，因此它们通常具有极快的刷新率。
电感式传感器的范围和应用非常灵活，并且在概念上非常易于操作。这种简单性生产出相对便宜的传感器，但使它们的感应范围受到高度限制，同时也使它们容易受到各种来源的干扰。
综上所述
接近传感器有许多不同的选择。该博客涵盖了市场上一些较受欢迎的中远程技术。当考虑所有成本和部署挑战时，超声波传感器通常是最佳的整体解决方案。这是因为它们成本低，可以检测存在和距离，并且易于使用。由于这些优势，超声波传感器无处不在，可以在各种家庭和工业环境中找到。
