図1:近接センサー
容量性センサーは、ターゲットに触れることなく検出でき、多くの方法で役立ちます。紙、プラスチック、ガラス、布、木材など、油、塗料、水などの液体などの固体材料を識別できます。容量性近接センサーは、さまざまな業界で広く使用されており、導電性材料と非導電性材料の両方を検出できます。それらは、誘電物質によって分離された2つのプレートの間に電界を作成することで動作します。オブジェクトがこのフィールドに入ると、プレート間の静電容量が変化し、オブジェクトの存在を示す出力信号を変更します。
図2:容量性近接センサー
容量性近接センサーは、4つの主要な部分で構成されています。
センサーボディ:センサーに駆動し、耐久性のある材料から作られて産業環境に耐える回路を包みます。
センシングフェイス:フロントに配置されたこれは、最適化された感度と耐久性を備えたターゲットオブジェクトと対話するように設計された主要な検出ポイントです。
インジケータライト:センシングフェイスの反対側に位置すると、オブジェクトが検出されると点灯し、即時の視覚的なフィードバックを提供します。
センサー接続:これは、取り付けられたケーブルまたはコネクタであり、インストールのニーズと安全な接続を確保することに基づいて選択されます。
図3:静電容量センサー配線図
静電容量近接センサーは、電荷を保存する能力である静電容量に基づいて動作します。オシレーター回路は、近くのオブジェクトに敏感なセンシング面で交互の電界を生成します。検出器回路は、容量の変化を監視し、オブジェクトが近づくと、回路が検出する容量が変化します。その後、ソリッドステート出力回路は、静電容量の変化を出力信号に変換し、アラームや機械停止などのアクションをトリガーします。
図4:容量性センサーの動作原理
オブジェクトがセンシングプレートに近づくと、システムの静電容量が変更されます。この変更は回路によって検出され、ターゲットオブジェクトの存在を示す出力信号を送信します。
発振器回路が特定の振幅に達すると、振動を開始し、センサーの出力条件を調整します。ターゲットが容量性センサーから離れると、発振器の振幅が減少し、センサーが元の状態に戻ります。
このセンサーの検出範囲は約1インチまたは25 mmですが、一部のセンサーは範囲を最大2インチまで拡張できます。このセンサーは、優れた誘電率でオブジェクトを簡単に検出できることを証明しました。
図5:静電容量センサー
容量性センサーには、特定の目的のために作られたさまざまな種類があります。
ミニチュア容量性センサーは小さなスペース用に作られており、ウェーハまたは円筒形の形状になります。多くの場合、ジョブカウンターまたは検出器として作業するために、機械プロセスの監視と制御に必要です。それらは非常に小さいため、通常、うまく機能するために外部アンプが必要です。このアンプにはポテンショメータがあり、感度を調整し、狭い領域での正確な検出を確保できます。それらの小さなサイズは、スペースがタイトであるが正確な検出が必要な場所に最適です。
図6:ミニチュア容量性センサー
円筒形の容量性センサーは、ミニチュアセンサーよりも大きく、M12 - M12からM12 - M30まで、さまざまな直径があります。これらのセンサーを使用すると、センシング距離を調整し、フラッシュやノンフラッシュなどのさまざまなハウジングサイズと取り付けオプションから選択できます。それらは主に、接触せずにレベルと近接性を検出するために使用され、容器の壁を通してさえ感知することができます。
図7:円筒形の容量性センサー
高温容量性センサーは、金属製の鋳造工場、化学プラント、食品加工施設などの非常に熱い場所に最適です。非常に熱い場合でも、液体とバルク材料を正確に測定および監視します。熱耐性材料で作られたこれらのセンサーは耐久性があり、高温で一貫して機能します。高度な電子機器は熱ストレスを管理し、信頼できる測定値を確保します。極端な暑さで作業する業界にとって有益であるこれらのセンサーは、安全性を高め、効率を向上させ、困難な状況でスムーズな運用を維持するのに役立ちます。
図8:高温容量性センサー
アナログ容量センサーは、通常の静電容量センサーのように機能しますが、使用に応じて追加の利点を提供します。これらのセンサーは、材料の選択、厚さの監視、濃度の違いの検出に最適であり、他のアプリケーションと比較して汎用性が高くなります。
図9:アナログ容量性センサー
これらのセンサーの1つのアプリケーションは、レベルセンシングです。これらのセンサーは、容器またはタンクのレベル物質を測定するのに非常に役立ちます。これは、リソースを管理し、システムをスムーズに稼働させるために有益です。たとえば、水管理では、自動ポンプシステムでセンサーが水位を確認するために使用されます。水が一定のポイントに達すると、センサーはポンプにオンまたはオフをオフにするよう指示し、オーバーフローを止め、常に十分な水があることを確認します。
車の工場では、マシンが次のタスクに移動する前に、近接センサーが部品が正しい場所にあることを確認します。これは、間違いを回避するのに役立ち、各部分があるべき場所であることを確認することで、すべてをスムーズに実行し続けます。労働者は、センサーが言うことに基づいて機械設定を変更し、生産をより速くし、廃棄物を減らすことができます。
スマートフォンやタブレットなどの家電製品は、静電容量センサーを使用して、画面のタッチ入力を検出します。このテクノロジーは、タッチに敏感なトラックパッドを備えたラップトップに適用され、ユーザーの相互作用が強化されています。
容量性センサーは、産業環境で役立ちます。彼らは、材料を見つけ、異なる材料をチェックし、材料の厚さを測定し、オブジェクト間の距離を測定することで役立ちます。
ヘルスケアでは、容量性センサーが必要です。彼らは、圧力を正確に測定することにより、血圧モニターのような医療機器で役立ちます。
容量性近接センサーには、非接触検出、さまざまな材料の検出に優れた、ほこりや水分に対する耐性などの利点があります。ただし、それらは電磁干渉(EMI)および無線周波数干渉(RFI)に敏感であり、誤った測定値を与える可能性があり、センシング範囲は他のタイプのセンサーよりも短くなります。
市場で人気のある容量性近接センサーには、M12、M18、M30、CR30-15AO、CR18-8DNなどのモデルが含まれます。
M12、M18、M30:信頼性と総合的なアプリケーションの適合性のために、産業用途で頻繁に使用されます。
CR30-15AO:より大きなセンシング範囲と耐久性が向上します。
CR18-8DN:その強力なパフォーマンスと高感度で知られています。
図10:CR30-15AO
容量性近接センサーを選択するときは、アプリケーションに必要な感知範囲を検討し、ターゲット材料特性との互換性を保証します。ほこり、水分、温度の変化などの環境条件に耐えることができるセンサーを選択します。適切な取り付けと配線、センシングプレートの清潔に保つ、電磁界および無線周波数干渉の源(EMI/RFI)など、設置に関するメーカーのガイドラインに従ってください。
図11:誘導性近接センサー
帰納的近接センサーは、耐久性と信頼性のため、産業環境で役立ちます。これらのセンサーは、電磁誘導を介して金属オブジェクトを検出します。金属オブジェクトがセンサーの電磁界に入ると、センサーの出力を変更する渦電流を引き起こします。
帰納的近接センサーは、4つの主要な部分で構成されています。
コイル:フェライトコアによって強化される電磁界を作成します。
発振器:高周波電磁場を生成します。
シュミットトリガー:コンパレータまたは微分アンプの非反転入力に肯定的なフィードバックを適用することにより、ヒステリシスを導入する再生コンパレータ回路。
出力アンプ:NPNまたはPNPトランジスタを使用して、金属オブジェクトの検出を示します。
これらのセンサーは、電磁場を生成することにより動作します。金属オブジェクトがこのフィールドと接触すると、オブジェクト内で渦電流が発達し、センサーの発振器の振幅に影響します。センサーの内部回路は、この変化を検出し、出力信号を生成して金属オブジェクトの存在を示します。
図12:誘導性近接センサーの動作原理
帰納的近接センサーには、3つの主要なタイプがあります。
標準センサー: これらのセンサーは、コイル、発振器、および信号処理回路を備えており、バランスの取れた範囲と感度を提供します。
シールドセンサー: センシングコイルの周りに金属シールドを用意し、干渉に対してより良い免疫を提供しますが、センシング範囲が低下します。
シールドされていないセンサー: メタリックシールドがないため、センシング範囲が大きくなりますが、外部磁気干渉に対する感受性が高まります。
これらのセンサーは、一般的に位置センシング、オブジェクトの検出、衝突検出、速度センシング、および自動化された機械で使用されます。これらは多くのアプリケーションで一般的に使用されています。
製造ラインおよび組立ラインでは、これらのセンサーは部品の位置と動きを監視および制御するのに役立ち、生産をより簡単かつ正確にします。特に物流と倉庫の材料処理システムでは、これらのセンサーは、材料のスムーズな転送と取り扱い、エラーの削減、操作の高速化に役立ちます。また、交通管理と自動車用途で使用される車両検出システムでは、これらのセンサーは車両の検出に役立ち、衝突防止と交通管理を支援します。
帰納的センサーは、非接触センシング、高速、および信頼性を提供します。それらは、ターゲットオブジェクトの色と表面仕上げの影響を受けません。ただし、金属オブジェクトのみを検出することができ、その感度は金属が異なるため、特定のアプリケーションのキャリブレーションが必要です。
LJ12A3-4-Z/BX:産業用途向けの汎用性。
PR12-DN:製造プロセスで信頼できます。
SN04-N:効率と耐久性で知られています。
図13:SN04-n
図14:光電気近接センサー
光電気近接センサーは、光を使用して、オブジェクトが存在するか存在しないかを判断します。これらのセンサーには、ライトエミッターとレシーバーが含まれます。オブジェクトがライトビームをブロックすると、受信機の出力が変化します。
光電近接センサーは、4つの主要な部分で構成されています。これらのコンポーネントは、小さなオブジェクトでさえ正確に検出され、正確で信頼性の高い動作を確保するために連携します。
光源:通常、LEDまたはレーザーダイオードがライトビームを発します。
光検出器:フォトダイオードまたはフォトトランジスタが光を検出します。
信号コンバーター:検出された光を電気信号に変換します。
アンプ:処理用の電気信号を強化します。
光電気センサーは、変調された光ビームを放出することにより機能します。オブジェクトがこのビームを反映または中断すると、光検出器は光強度の変化を感知し、オブジェクトの存在を示す電気信号を生成します。これらのセンサーは光の変動に非常に敏感であり、長距離で動作する可能性があるため、電磁干渉に耐性があります。
スルービームセンサー:これらには、個別の送信機とレシーバーユニットがあります。彼らは最長のセンシング範囲と最高の精度を提供します。
図15:スルービームセンサー
レトロ反射センサー:トランスミッターとレシーバーは、別のリフレクターを使用して、1つのユニットに組み合わされます。中程度のセンシング範囲と簡単なインストールを提供します。
図16:レトロ反射センサー
拡散反射センサー:トランスミッターとレシーバーが組み合わされており、ターゲットオブジェクトに依存して光を反映します。最短のセンシング範囲を提供しますが、最も簡単にインストールできます。
図17:拡散反射センサー
これらのセンサーは、コンベアシステム、パッケージング、自動ディスペンサー、およびオブジェクトカウントアプリケーションで使用されます。また、自動石鹸ディスペンサー、おもちゃ、自動販売機、自動ドアなどの日常的なアイテムにも含まれています。彼らの広範なアプリケーションは、適応性と信頼性を強調しており、産業用アプリケーションと消費者アプリケーションの両方で価値があります。
光電センサーは、長いセンシング範囲、高精度、電磁干渉に対する免疫などの利点を提供します。ただし、オブジェクトの色と表面の特性の影響を受ける可能性があり、その性能は、ほこりや周囲光などの環境条件の影響を受ける可能性があります。
E18-D8NK:さまざまなアプリケーションでの強力な設計と有効性で知られています。
TCRT5000:ラインフォローするロボットとオブジェクト検出タスクで一般的に使用されます。
RPR220:小さなオブジェクトの検出における正確さと信頼性で有名です。
図18:TCRT5000
光電気近接センサーを選択するときは、センシング範囲、ターゲットオブジェクトのプロパティ、環境条件、および設置要件を検討してください。スルービームセンサーは最長の範囲を提供しますが、びまん性反射センサーはオブジェクトのバリエーションにより敏感ですが、インストールが簡単です。
図19:超音波近接センサー
超音波近接センサーは、音波を使用してオブジェクトを検出します。彼らは高周波の音波を放出し、これらの波がオブジェクトを跳ね返した後に戻るのにかかる時間を測定し、取られた時間に基づいて距離を計算します。
エミッタ(送信機):超音波波を送信します。
受信機(トランスデューサー):反射波を検出し、受信した波を電気信号に変換し、この信号を解釈してオブジェクトまでの距離を決定します。
超音波センサーは、トランスデューサーから超音波波を放出することにより機能します。オブジェクトが範囲内にある場合、これらの波は反射し、トランスデューサーによって拾われます。センサーは、波の送信と受信の間の時間間隔を測定することにより、オブジェクトへの距離を計算します。
図20:超音波近接センサーの動作原理
スルービームセンサー:個別の送信機とレシーバーユニットがあります。検出は、オブジェクトがそれらの間の超音波ビームを中断すると発生します。
反射センサー:トランスミッターとレシーバーを1つのユニットに組み合わせます。反射波をキャプチャすることにより、オブジェクトを検出します。
超音波センサーの機能により、オブジェクトの検出、レベルセンシング、存在検出、距離測定など、複数のタスクを実行できます。超音波近接センサーは、非接触性のために、食品および飲料加工業界で特に好まれています。この機能により、衛生的な操作が保証され、汚染のリスクが低下します。産業用自動化では、これらのセンサーは、ワークフローの最適化、安全性の向上、製造プロセスの全体的な効率の向上に貢献します。ほこり、煙、水分のあるものを含む多様な環境で確実に動作する能力は、最新の産業用途に不可欠な可能性をさらに示しました。
超音波センサーは、色や透明性に関係なく、多くの材料を検出できます。これにより、クリアオブジェクトや光沢のあるオブジェクトなど、光学センサーが故障する可能性のある状況で有用になります。それらは、強くて信頼できるように構築されているため、ほこり、煙、または水分のある人のように、厳しい状態でうまく機能します。これらのセンサーは超音波波を放出し、波がオブジェクトから跳ね返るのにどれくらいの時間がかかるかを測定します。これにより、オブジェクトを検出し、距離を正確に測定できます。
ただし、超音波センサーは、複雑な形状または詳細な表面を持つオブジェクトと闘うことができます。これらは波を散らし、検出を激しくすることができます。音を吸収する柔らかい表面を持つオブジェクトも問題になる可能性があります。波をよく反映しない可能性があり、弱い信号と不正確な測定値につながる可能性があります。温度の変化は、超音波センサーにも影響を与える可能性があります。音の速度は温度とともに変化し、測定精度に影響を与える可能性があります。多くのセンサーには温度変化を調整する機能がありますが、極端な変動は依然として問題を引き起こす可能性があります。他の超音波源からのバックグラウンドノイズは、センサーの動作を妨げる可能性があります。騒々しい環境では、センサーの波を他の超音波音と区別するのは難しい場合があります。これにより、誤った読みや精度が低下する可能性があります。
MB1242:コンパクトなデザインと高精度。
MB1001:汎用使用に人気があります。
NU40A14T-1:産業用途向けの高性能センサー。
MB1634HRLV:詳細な測定用の高解像度センサー。
図21:MB1242
図22:NU40A14T-1
超音波センサーを選択するときは、以下のこれらの要因を検討してください。
出力タイプの選択:デジタル(オン/オフ)またはアナログ(連続範囲)出力が必要かどうかを決定します。デジタル出力は単純な検出のためにうまく機能しますが、アナログ出力はより詳細な距離情報を提供します。これは正確な測定に役立ちます。
トランスデューサー周波数:超音波トランスデューサーの周波数は、センサーの範囲と解像度に影響します。より高い周波数はより良い詳細を提供し、短い距離に適しています。より低い周波数はさらに検出できますが、詳細は少なくなります。
IP評価:Ingress Protection(IP)の評価は、塵と水に対するセンサーの抵抗を示しています。より高いIP評価(IP67やIP68など)は、センサーが水分、粉塵、またはその他の有害物質にさらされる可能性がある過酷な環境に必要です。
シールド:電磁干渉(EMI)から保護するためにセンサーがシールドされているかどうかを検討してください。シールドされたセンサーは、電気ノイズが高い環境で良好であり、測定が正確で信頼性が高いことを確認します。
磁気近接センサーは、磁場の変化を検知することにより、オブジェクトを検出します。それらは、磁石とリードスイッチやホール効果センサーのようなセンシング要素で構成されています。これらのセンサーは、スピードセンシング、ドアの位置検出、セキュリティシステムに使用されます。
図23:磁気近接センサー
磁気近接センサーには4つの主要な部分があります。
コイル付きフェライトコア:磁場を生成します。
発振器:磁場を作成します。
シュミットトリガー:振動振幅の変化に応答します。
出力アンプ:出力信号を条件付けします。
磁気近接センサーは、磁石または強磁性オブジェクトによって生成された磁場を検出します。リードスイッチ、ホール効果センサー、磁気耐性センサーなどのセンシング要素は、磁場に応じて電気特性を変化させます。この変更は、さらに処理するために電気信号に変換されます。
リードスイッチベースのセンサー:シンプルで信頼性がありますが、機械的な摩耗によりライフサイクルが限られています。リードスイッチは、ガラスチューブに包まれた2つの鉄金属リードを含む機械装置です。磁場が適用されると、リードが一緒になり、電気回路が完成します。オープンから閉じた状態へのこの変更は、検出され、入力信号として使用できます。
図24:リードスイッチベースのセンサー
ホール効果センサー:磁場が半導体材料の電圧に影響するという原則に基づいて動作する感度と耐久性の向上を提供します。ホール効果センサーは、磁場が導体内の電流の流れに垂直である場合、導体全体に電圧(ホール電圧)を生成するという原理に基づいて機能します。この電圧は測定でき、磁場の強度に直接比例しているため、センサーは磁場の存在と強度を検出できます。
図25:ホール効果センサー
磁気耐性センサー:弱い磁場と正確な測定を検出するのに理想的な、高感度と低消費電力を提供します。磁気耐性センサーは、磁場に応答して電気抵抗の変化を検出します。これらのセンサーは、磁場にさらされると抵抗が変化する材料で構成されています。抵抗の変動は、正確な磁場検出に使用できる電気信号に変換されます。
図26:磁気耐性センサー
セキュリティシステムでは、磁気の近接センサーは、ドアや窓の開閉を検出し、潜在的な違反または不正アクセスを警告することにより、安全性を高めます。この機能は、住宅と商業の両方の設定で特に価値があります。自動車産業では、これらのセンサーは、ドア、フード、トランクの蓋の位置を追跡するなど、車両内のコンポーネントを監視したり、高度なドライバーアシスタンスシステム(ADA)の機能に貢献したりするのに適しています。正確で信頼できるデータを提供することにより、磁気近接センサーは、さまざまなセクターで多数のアプリケーションの安全性、効率、信頼性を確保するのに役立ちます。
非接触検出が減少します 機械的な摩耗、メンテナンスのニーズを最小限に抑え、の寿命を強化する センサーと検出されているオブジェクトの両方、特に 接触が汚染をもたらす可能性のある滅菌または清潔な環境で有益です。 その高い感度は、正確な測定とアプリケーションに最適です 科学機器、医療機器など、高い精度を必要とする、 細かく調整された産業プロセス。さらに、これらのセンサーは維持されます 高レベルの過酷な環境での信頼できるパフォーマンス ほこり、水分、または極端な温度、一貫した機能を確保する 時間。
ただし、そのような欠点があります 良い。有意な電磁干渉(EMI)の環境では、そのような 重機や電子機器に近いように、センサーは生産する可能性があります 誤った読み取りまたは効果が低下します。温度の変化は、に影響を与える可能性があります ドリフトまたは減少を経験する可能性のある磁気センサーの性能 極端な温度下での感度。外部に対する感受性のため 磁場と温度の変動、磁気センサーは注意する必要があります 適切な動作を確保するためのシステム内の設計と実装。これはできます 追加として、開発と統合の複雑さとコストを増やす センサーを干渉から保護するために、コンポーネントまたはシールドが必要になる場合があります および環境要因。
Sen-K11010:産業環境での最高のパフォーマンスで知られています。
MC-38:ドア位置検出のためにセキュリティシステムで一般的に使用されています。
PR-3150:自動車アプリケーションで高感度のために利用されています。
NJK-5002:コンパクトなサイズと信頼性のために、家電に好まれています。
適切なセンサーの選択には、動作環境、ターゲット材料、必要な感度、フォームファクター、コストなどの要因を考慮します。動作環境には、温度、湿度、腐食性物質への潜在的な暴露などの条件が含まれます。これは、センサーの性能と寿命に大きな影響を与える可能性があります。さまざまなセンサーが特定の材料をより効果的に検出するように設計されているため、ターゲット材料は必須です。
必要な感度は、センサーが変化を測定するか、ターゲット材料の存在を検出するかを正確かつ正確に決定するかを決定します。フォームファクターは、センサーの物理サイズと形状に関連しており、意図したアプリケーションにシームレスに適合するようにします。コストは1つの要因であり、高度な機能の必要性と予算の制約のバランスをとります。これらの要因を評価してセンサーを適切に選択することで、特定のアプリケーションで最適かつ確実に機能し、一部であるシステムの全体的な効率と有効性が向上します。
近接センサーは、自動化と正確な検出に最適なツールであり、それぞれが特定のアプリケーションに合わせて調整されています。容量性センサーは順応性があり、さまざまな材料を検出するため、複数の業界でのレベルセンシングや材料の検証に役立ちます。誘導センサーは、製造ラインと組立ラインに役立ちます。検出に光を使用した光電センサーは、長距離と高精度を必要とするタスクに最適です。過酷な環境での耐久性で知られている超音波センサーは、食品および飲料業界、および産業自動化で有益です。磁場を検出する磁気センサーは、自動車システムとセキュリティアプリケーションで重要な役割を果たします。適切なセンサーを選択するには、特定のアプリケーションのニーズ、環境条件、およびターゲットの材料特性を評価する必要があります。テクノロジーが進化するにつれて、近接センサーは自動化、安全性、効率の革新を促進する上で重要なままであり、現在および将来の技術の進歩の両方において重要な役割を強調しました。
近接センサーは、物理的な接触なしにオブジェクトの有無を検出するために使用されます。一般に、産業用自動化、セキュリティシステム、および家電製品に採用されています。たとえば、製造では、近接センサーが材料の位置を検出することにより、機械を制御するのに役立ちます。スマートフォンでは、通話中に電話が耳に保持されるときに画面をオフにします。
はい、近接センサーは人間を検出できます。赤外線(IR)センサーや超音波センサーなどの特定のタイプは、この目的に特に効果的です。それらは、人間の存在を検出するために、自動ドア、照明システム、およびセキュリティアラームで使用されます。
センサーは、物理的な特性(温度、圧力、湿度など)を検出および測定し、監視または制御のために信号に変換するデバイスの広い用語です。近接センサーは、物理的な接触なしに特定の範囲内のオブジェクトの有無を検出する特定のタイプのセンサーです。
近接センサー自体はスイッチではありませんが、それのように動作する可能性があります。スイッチの動作と同様に、電気回路を開閉するために使用できるオブジェクトが検出されたときに信号を送信できます。
はい、近接センサーは一般的に安全に使用できます。これらは、物理的な接触なしに動作するように設計されており、センサーと検出するオブジェクトの両方に損傷を与えるリスクを減らします。また、人が近くで検出されたときに機械を停止するなど、事故を防ぐために安全用途でも使用されます。
近接センサーの3つのワイヤーは、通常、電源ワイヤ(正)、接地ワイヤ(負)、および出力信号ワイヤで構成されています。電源ワイヤは、センサーを操作するために必要な電圧を提供し、接地ワイヤは電気回路を完成させ、出力ワイヤは検出信号を送信します。