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| 接近開關(guān)及其應(yīng)用 |
| 發(fā)布日期：2013-4-19 16:09:54 |
在電子電路中, 使用著各種各樣的開關(guān), 通過它們來完成電路的的接通或斷開。在這些開關(guān)中, 有一類開關(guān),由于它所具有的特殊功能,被廣泛應(yīng)用于自動控制系統(tǒng)中。在這類開關(guān)中,裝有一種 對接近物體有感知能力的元件。利用這種傳感器對接近物體的敏感特性達(dá)到控制開關(guān)通或斷的目的, 這就是接近開關(guān)。當(dāng)有物體 移向接近開關(guān), 并接近到一定距離時(shí),傳感器才有感知, 開關(guān)才會動作。接近開關(guān)是有源器件,它需要接通電源才能工作。
接近開關(guān)的種類
1. 1 渦流式接近開關(guān)
這種 開關(guān)有時(shí)也叫電感式接近開關(guān)。它是利用導(dǎo)電物體在接近這個(gè)能產(chǎn)生電磁場的接近開關(guān)時(shí),使物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流。這個(gè)渦流反作用到接近開關(guān),使開關(guān)內(nèi)部電路的參數(shù)發(fā)生變化,由此識別有無導(dǎo) 電物體接近,進(jìn)而控制開關(guān)的通或斷。很顯然, 此類接近開關(guān)只適用于對導(dǎo)電物體的接近探測與控制。
1. 2 電容式接近開關(guān)
這種開關(guān)的測量頭是構(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。這個(gè)外殼在測量中通常是接地或與設(shè)備相連。當(dāng)物體移向接近開關(guān)時(shí), 無論是否導(dǎo)體, 于它的接近, 總要使電容的介電常數(shù)發(fā)生變化, 從而使電容量發(fā)生變化,使 得和測量頭相連的電路狀態(tài)也發(fā)生變化,由此可控制開關(guān)的接通或斷開。
1. 3 霍爾接近開關(guān)
霍爾元件是一種磁傳感器元件。利用霍爾元件做成的開關(guān), 叫霍爾開關(guān)。當(dāng) 磁性物體移近霍爾開關(guān)時(shí), 開關(guān)檢測面上的霍爾效應(yīng)而使開關(guān)內(nèi)部電路狀態(tài)發(fā)生變化, 由此識別出附近有磁性物體存在,進(jìn)而控制開關(guān)的通與斷。
1. 4 聲控開關(guān)
通過檢 測到聲音來改變內(nèi)部電路的輸出而控制負(fù)載電路的通與斷就是聲控開關(guān), 廣泛用于走廊、 消防通道的電燈節(jié)能, 以及聲控報(bào)警器。
國外已生產(chǎn)有聲控輪椅、 聲控汽車、 聲控電梯、 聲 控縫紉機(jī)、 聲控打字機(jī)、 聲控電話、 聲控電視機(jī)、 聲控手表、 聲控鬧鐘、 聲控鑰匙、 聲控電扇、 聲控電燈。
1. 5 其它形式的接近開關(guān)
根據(jù)光電效應(yīng)可做成光電 開關(guān);根據(jù)熱釋
電原理可構(gòu)成紅外接近開關(guān); 當(dāng)觀察者或系統(tǒng)對波源的距離發(fā)生改變時(shí), 接收到的波的頻率會發(fā)生偏移,這種現(xiàn)象稱為多普勒效應(yīng),依此原理有超聲波、 微波接近開關(guān)。
2 光電開關(guān)
光電開關(guān)是通過把光強(qiáng)度的變化換成電信號的變化來實(shí)現(xiàn)控制的一種接近開關(guān)。將發(fā)光器件與光電器件按一定的方向裝在一個(gè)檢測頭內(nèi)。當(dāng)有反光面(被測物 體)接近時(shí), 光電器件接收到反射光后便有信號輸出, 由此便感知有物體接近。光電開關(guān)沒有機(jī)械磨損, 不產(chǎn)生電火花, 是一種安全、 可靠和壽命長的無觸點(diǎn)開關(guān)。
2. 1 按 結(jié)構(gòu)分類
( 1) 放大器分離型: 這種光電開關(guān)的放大器(含電源)與傳感器分離。
( 2) 放大器內(nèi)藏型: 其放大器與傳感器于一體,安裝十分方便;有防止互擾功能。
( 3) 電源內(nèi)藏型 : 放大器、 電源與傳感器于一體,能緊密安置;有防止互擾功能。
2. 2 按測試方式分類
( 1) 溝式光電開關(guān)
把一個(gè)光電發(fā)射器和一個(gè)光接收器面對面地裝在一個(gè)槽的 兩側(cè)。發(fā)光器能發(fā)射紅外光或可見光,在無阻擋的情況下光接收器能接收到光。但當(dāng)被測物從槽中通過時(shí),光被遮住,光電開關(guān)便動作,輸出一個(gè)開關(guān)控制信號,切斷或接通負(fù)載電流,從而完成一 次控制動作。
( 2) 對射式光電開關(guān)
若把發(fā)光器和收光器分離開, 就可使檢測距離加大。由一個(gè)發(fā)光器和一個(gè)收光器組成的光電開關(guān)就稱為對射式光電開關(guān)。使用時(shí)把發(fā)光器和收光器 分別裝載在檢測無通過路徑兩
側(cè),檢測物通過阻擋光路,收光器就動作輸出一個(gè)開關(guān)控制信號。
( 3) 反光板反射式光電開關(guān)
把發(fā)光器和收光器裝入同一個(gè)裝置內(nèi), 在它的前方裝有 一反射板, 利用反射原理完成光電控制。正常情況下, 發(fā)光器發(fā)出的光由反射器反射回來被接收器收到;一旦光路被檢測物擋住, 收光器收不到光時(shí), 光電開關(guān)就動作, 輸出一個(gè)開關(guān)控制信號 。
( 4) 擴(kuò)散式反射和聚焦光電開關(guān)也是由一個(gè)發(fā)光器和一個(gè)收光器組成, 但前方?jīng)]有反射板。正常情況下發(fā)光器發(fā)出的光收光器是收不到的; 當(dāng)檢測物通過時(shí)擋住了光,并把光部分反射 回來, 收光器就收到光信號。在檢測頭的端面上裝有一個(gè)透鏡,使光聚焦在待定距離的某點(diǎn)上。只有被測物體通過這一點(diǎn)時(shí)光電開關(guān)才動作。這種光電開關(guān)是擴(kuò)散式的一種變型, 稱為聚焦光電 開關(guān)。它發(fā)出的是可見光,常用來識別產(chǎn)品的標(biāo)志。
( 5) 光纖式光電開關(guān)
把發(fā)射器發(fā)出的光用光纖引導(dǎo)到檢測點(diǎn),再把檢測到的信號用光纖引導(dǎo)到收光器就組成了光纖式光電開關(guān)。光 纖式光電開關(guān)的優(yōu)點(diǎn)是能檢出非常細(xì)小的物體;耐強(qiáng)腐蝕、 高溫。
2. 3 光電開關(guān)的開發(fā)實(shí)例
一種光電安全裝置由三路光電接收器和控制部分組成。其工作原理是利用沖 床的工作臺燈 ( 40W 或 60W) 安置在沖床的左上方作光源,在下模前方工作臺上放置光電接收器,使兩者之間的光路形成一光電保護(hù)屏。當(dāng)操作人員的手未入危險(xiǎn)區(qū)時(shí)光路通, 繼電器閉合,機(jī) 床工作正常;當(dāng)操作人員的手進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)時(shí),只要有一路光被截止,繼電器吸合(斷開) ,腳踏開關(guān)被切斷,機(jī)床不會動作。只有當(dāng)操作人員的手退出危險(xiǎn)區(qū)后,光路導(dǎo)通,機(jī)床又恢復(fù)到原工作狀態(tài) 。
2. 4 帶放大器的光電二極管介紹OPT101 是一個(gè)有片內(nèi)互跨阻抗放大器的單片光電二極管。光電二極管和互跨阻抗放大器在一個(gè)單片上的集成和結(jié)合消除了分離設(shè)計(jì)中通 常出現(xiàn)的問題,如漏電流誤差,噪聲交叉干擾和雜散電容引起的增益峰化。該芯片對可見光強(qiáng)度的響應(yīng)度極高, 可以探測微弱的光信號。也可外接一個(gè)電阻來設(shè)置其不同的響應(yīng)度,便可感知不同 強(qiáng)度的光。因此其應(yīng)用范圍很廣。通過適當(dāng)?shù)臄U(kuò)展能做成光電安全保護(hù)器、 煙霧探測報(bào)警器以及產(chǎn)品計(jì)數(shù)器。
3 熱釋電接近開關(guān)
用能感知溫度變化的元件作成的開關(guān)叫 熱釋電接近開關(guān)。這種開關(guān)是將熱釋電器件安裝在開關(guān)的檢測面上, 當(dāng)有與環(huán)境溫度不同的物體接近時(shí),熱釋電器件的輸出便發(fā)生變化,由此便測出有物體接近。
3. 1 熱釋電 接近開關(guān)的應(yīng)用
通過檢測人體發(fā)出的特定波長紅外線作為人體侵入探測, 是目前最先進(jìn)、 可靠的人體檢驗(yàn)方式之一,可作為防盜報(bào)警器、 用于電燈的人體感應(yīng)自動節(jié)能開關(guān)。因熱釋電器 件的感應(yīng)距離較遠(yuǎn), 可開發(fā)成火災(zāi)安全報(bào)警器。在一些發(fā)達(dá)國家,人體紅外探測技術(shù)已廣泛用于保安報(bào)警、機(jī)器人、 現(xiàn)代武器、 自動控制系統(tǒng)、 醫(yī)療設(shè)備等產(chǎn)品中, 并經(jīng)過幾代的發(fā)展和完 善, 向著低成本、 小體積、 微耗電、 高性能、 免誤報(bào)、 強(qiáng)適應(yīng)力等方面努力。
3. 2 人體紅外傳感信號處理器介紹
人體紅外線經(jīng)過探測器的光學(xué)系統(tǒng), 被熱釋放電 傳感器接收, 輸出電信號,該信號處理的好壞直接影響到探測器性能的優(yōu)劣。集成電路SNS9201 是人體紅外傳感器信號處理的專用芯片,它所構(gòu)成的探測器具有以下特點(diǎn): ( 1) 單片化設(shè)計(jì), 只 須一片 IC 就能完成從線性放大、雙向鑒幅、 信號處理、 延遲定時(shí)、 封鎖定時(shí)、 參考電源等幾乎全部功能; ( 2) 器件總數(shù)量少,結(jié)構(gòu)緊湊, 體積小巧, 抗電磁波干擾能力強(qiáng); ( 3) 電壓適 應(yīng)范圍寬, 3~ 5V 內(nèi)設(shè)參考電源; ( 4) 靜態(tài)電流極微,僅 100L A 左右; ( 5) 輸入、 輸出接口控制方便; ( 6) 成本低, 易于普及應(yīng)用。
SNS9201 的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)新穎、 功能強(qiáng)、 性能優(yōu), 可在廣闊的領(lǐng)域得到應(yīng)用。它能自動開啟各類白熾燈、 熒光燈、 訊響器、 自動門等,是一種擴(kuò)展應(yīng)用性很強(qiáng)的單元產(chǎn)品, 較適應(yīng)于企業(yè)、 賓館、 商場、 庫房及家庭的樓梯等敏感區(qū)域, 或 用于安全區(qū)域的自動燈光、 報(bào)警系統(tǒng)。
4 多傳感器的接近開關(guān)
利用紅外開關(guān)控制公共走廊的照明燈時(shí),往往會在白天只要有人接近就導(dǎo)致此開關(guān)的誤操作。采用另一自 然光光控電路用于白天光線足夠的情況下強(qiáng)制關(guān)閉紅外開關(guān), 以免白天浪費(fèi)電能。同樣的道理聲控開關(guān)在控制公共場所的明燈時(shí),因周圍環(huán)境的嘈雜而使電燈經(jīng)常被錯(cuò)誤地點(diǎn)亮, 可采用同樣的 方法節(jié)電。震動感應(yīng)式防盜報(bào)警器往往因打雷、 放鞭炮導(dǎo)致開關(guān)的誤操作,如能采用另一紅外光控電路當(dāng)無人接近時(shí)關(guān)閉震感開關(guān), 定能提高其免誤報(bào)能力。
接近開關(guān)愈來愈多地使用在 安全保護(hù)、 報(bào)警、 節(jié)能等方面, 位移精度高的接近開關(guān)還可取代行程開關(guān)。國內(nèi)外已有許多光電開關(guān)的產(chǎn)品,只是價(jià)格較貴;但目前市場上也出現(xiàn)了很多體積小、 穩(wěn)定性好的傳感器芯片,相 應(yīng)的放大電路芯片以及傳感器模塊,為進(jìn)一步開發(fā)成本低、穩(wěn)定性好、 準(zhǔn)確性高、 適用性強(qiáng)的接近開關(guān)創(chuàng)造了有利的條件。如采用多傳感器互相聯(lián)合使用更能增強(qiáng)其可靠性。
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