Бесконтактный датчик

Бесконтактный датчик (англ. proximity switch), также сенсорный выключатель (англ. proximity sensor) — позиционный выключатель, приводимый в действие внешним объектом воздействия без механического контакта выключателя и объекта (бесконтактный), без механического соприкосновения с подвижной частью выключателя (сенсорный). Сенсорные устройства срабатывают при прикосновении без нажатия или поднесении пальца, руки к определенному месту выключателя. Исторически использовался термин бесконтактный выключатель (переключатель), который был заменен на бесконтактный датчик. Слово бесконтактный вошло в русский литературный язык в 70-е годы XX века. При этом к бесконтактным переключателям относили любые переключающие устройства без релейных контактов, например триггеры.

Применение

Ёмкостные бесконтактные датчики популярны в качестве клавиатур на бытовых приборах (например, варочных поверхностях). Их достоинства — единообразие дизайна, простота и дешевизна реализации, легкость герметизации.

Пирометрические бесконтактные датчики движения широко используются в системах охраны зданий.

Ультразвуковые датчики чаще всего можно встретить в системах помощи при парковке (парковочных радарах) автомобилей и в системах охраны территории.

Промышленная автоматизация

В промавтоматике бесконтактные датчики широко применяются:

• в качестве концевых датчиков в станкостроении (в основном индуктивные датчики);
• для регистрации (подсчёт, позиционирование, сортировка) предметов на конвейерах (применяются индуктивные и оптические датчики).

Принцип действия

Оптический датчик

• Ёмкостные выключатели бесконтактные. Измеряют ёмкость электрического конденсатора, в воздушный диэлектрик которого попадает регистрируемый объект. Используются в качестве бесконтактных («сенсорных») клавиатур и как датчики уровня жидкостей.
• Индуктивные выключатели бесконтактные. Измеряют параметры катушки индуктивности, в поле которой попадает регистрируемый металлический объект. Дальность регистрации типового промышленного датчика — от долей до единиц сантиметров. Характеризуются простотой, дешевизной и высокой стабильностью параметров. Широко применяются в качестве концевых датчиков станков.
• Оптические выключатели бесконтактные. Работают на принципе перекрытия луча света непрозрачным объектом. Дальность типовых промышленных датчиков — от долей до единиц метров. Широко применяются на конвейерных линиях как датчик наличия объекта, используются также для контроля пространственных характеристик предмета (высота, длина, ширина, глубина, диаметр) и подачи сигнала на управляемый механизм при достижении указанного порога. Специфическая разновидность — лазерные дальномеры.
• Ультразвуковые датчики. Работают на принципе эхолокации ультразвуком. Относительно дешевое решение позволяет измерять расстояние до объекта. Широко применяются в парктрониках автомобилей.
• Микроволновые датчики. Работают на принципе локации СВЧ излучением «на просвет» или «на отражение». Получили ограниченное распространение в системах охраны как датчики присутствия или движения.
• Магниточувствительные выключатели бесконтактные. Простая пара магнит — геркон или датчик Холла. Дешевы и просты в изготовлении. Широко применяются в системах контроля доступа и охраны зданий как датчики открывания дверей и окон.
• Пирометрические датчики. Регистрируют изменения фонового инфракрасного излучения. Получили широкое распространение в системах охраны зданий как датчики движения.

Инфракрасный датчик движения человека

Применение

• Автоматическое управление освещением
• Различные автоматизированные системы управления (АСУ)

Мультисенсор 3 в одном: Инфракрасный датчик движения и освещенности и ИК-приемник

Разобранный датчик движения

Принцип работы датчика

Принцип работы основан на отслеживании уровня ИК-излучения в поле зрения датчика (как правило, пироэлектрического). Сигнал на выходе датчика монотонно зависит от уровня ИК излучения, усредненного по полю зрения датчика. При появлении человека (или другого массивного объекта с температурой большей, чем температура фона) на выходе пироэлектрического датчика повышается напряжение. Для того чтобы определить, движется ли объект, в датчике используется оптическая система — линза Френеля. Иногда вместо линзы Френеля используется система вогнутых сегментных зеркал. Сегменты оптической системы (линзы или зеркала) фокусируют ИК-излучение на пироэлементе, выдающем при этом электроимпульс. По мере перемещения источника ИК-излучения, оно улавливается и фокусируется разными сегментами оптической системы, что формирует несколько последовательных импульсов. В зависимости от установки чувствительности датчика, для выдачи итогового сигнала на пироэлемент датчика должно поступить 2 или 3 импульса.

Литература

• ГОСТ Р 50030.5.1-2005 — Аппаратура распределения и управления низковольтная. Часть 5. Аппараты и коммутационные элементы цепей управления. Глава 1. Электромеханические аппараты для цепей управления.
• ГОСТ Р 50030.5.2-99 — Аппаратура распределения и управления низковольтная. Часть 5-2. Аппараты и коммутационные элементы цепей управления. Бесконтактные датчики. (калька стандарта IEC 60947-5-2)
• Журнал «Автоматизация и производство» № 1’02.