Tipos de sensores de proximidad

 

Los sensores de proximidad son una clase de sensores que detectan la presencia o ausencia de objetos mediante campos electromagnéticos, luz y sonido. Existen muchos tipos de sensores de proximidad, cada uno de ellos adecuado para aplicaciones específicas.

 

1. Sensores de proximidad inductivos
Los sensores de proximidad inductivos funcionan mediante campos electromagnéticos, por lo que sólo pueden detectar objetivos metálicos. Cuando un objetivo metálico entra en el campo electromagnético, las características de inducción del metal alteran las propiedades del campo, alertando al sensor de proximidad de la presencia del objetivo metálico. Dependiendo del grado de inducción del metal, los objetivos pueden detectarse a distancias mayores o menores.

Los sensores de proximidad inductivos constan de cuatro partes principales: un núcleo ferroso con bobinas, un oscilador, un disparador Schmitt y un amplificador de salida.
El oscilador genera un campo magnético oscilante simétrico, emitido desde el núcleo ferroso con bobinas en la superficie de detección. Cuando un objetivo metálico entra en este campo magnético, se inducen corrientes parásitas, pequeñas corrientes eléctricas independientes, en la superficie del metal. Esto altera la reluctancia magnética (frecuencia natural) del circuito magnético, reduciendo así la amplitud de oscilación. A medida que entra más metal en el campo de detección, la amplitud de la oscilación disminuye hasta colapsar por completo (este es el "oscilador de supresión de corrientes parásitas" o principio ECKO). El disparador Schmitt responde a estos cambios de amplitud, ajustando la salida del sensor. Cuando el objetivo finalmente abandona el alcance del sensor, el circuito reanuda la oscilación y el disparador Schmitt devuelve el sensor a su salida anterior.

 

Debido a las limitaciones del campo magnético, los sensores inductivos tienen un rango de detección relativamente estrecho, normalmente con un promedio de unos pocos milímetros a 60 milímetros. Sin embargo, la escasez de alcance de los sensores inductivos se compensa con su adaptabilidad ambiental y su diversidad en la detección de metales.

Los sensores de proximidad inductivos tienen una vida útil más larga debido a la ausencia de piezas móviles sujetas a desgaste. Sin embargo, vale la pena señalar que los contaminantes metálicos (como las limaduras en aplicaciones de corte) a veces pueden afectar el rendimiento del sensor, por lo que las carcasas de los sensores inductivos suelen estar hechas de latón niquelado, acero inoxidable o plástico PBT.

 

2. Sensores de proximidad capacitivos
Los sensores de proximidad capacitivos pueden detectar objetivos metálicos y no metálicos en forma de polvo, gránulos, líquidos y sólidos. Esto, junto con su capacidad para detectar materiales no ferrosos, los hace ideales para aplicaciones como monitoreo de vidrio, detección de nivel de líquido en tanques e identificación de nivel de polvo-líquido en tolvas.

En los sensores capacitivos, dos placas conductoras (a diferentes potenciales) se alojan dentro del cabezal sensor y se colocan para funcionar como un capacitor de circuito abierto. El aire sirve como aislante: cuando está estático, la capacitancia entre las dos placas es mínima. Al igual que los sensores inductivos, estas placas también están conectadas a un oscilador, un disparador Schmitt y un amplificador de salida. Cuando un objetivo ingresa al área de detección, la capacitancia de las dos placas aumenta, provocando un cambio en la amplitud del oscilador, alterando así el estado del disparador Schmitt y generando una señal de salida.

 

Vale la pena señalar la distinción entre sensores inductivos y capacitivos: los sensores inductivos oscilan hasta que hay un objetivo presente, mientras que los sensores capacitivos oscilan cuando hay un objetivo presente.

Debido a la detección capacitiva que involucra placas de carga, es ligeramente más lenta que la detección inductiva, con frecuencias que van de 10 a 50 Hz y distancias de detección de 3 a 60 mm.

Dado que los sensores capacitivos pueden detectar la mayoría de los tipos de materiales, deben mantenerse alejados de materiales no objetivo para evitar activaciones falsas. Por lo tanto, si el material objetivo contiene elementos ferrosos, los sensores inductivos son la opción más confiable.

 

3. Sensores de proximidad fotoeléctricos
Los sensores fotoeléctricos de proximidad son versátiles y pueden detectar objetivos tan pequeños como 1 milímetro o tan distantes como 60 mm.
Todos los sensores fotoeléctricos constan de varios componentes básicos: cada sensor tiene una fuente de luz emisora ​​(LED, diodo láser), un receptor de fotodiodo o fototransistor para detectar la luz emitida y dispositivos electrónicos auxiliares para amplificar la señal del receptor.
Los sensores fotoeléctricos de proximidad se presentan principalmente en tres tipos: reflectantes, de barrera y difusos. Los sensores de proximidad de tipo reflectante detectan objetos cuando la luz emitida por el sensor se refleja de regreso al receptor fotoeléctrico. Los sensores fotoeléctricos de barrera detectan objetivos cuando un objeto interrumpe el haz de luz entre el emisor y el receptor del sensor.

 

El tipo más fiable de detección fotoeléctrica son los sensores de barrera. El emisor está separado del receptor por carcasas individuales, lo que proporciona un haz de luz constante. La detección se produce cuando un objeto interrumpe el haz entre ellos.

Aunque los sensores de barrera ofrecen una alta confiabilidad, son los dispositivos ópticos menos populares porque instalar emisores y receptores en dos posiciones opuestas (que podrían estar muy separadas) es costoso y engorroso.

Una característica única de los sensores fotoeléctricos de barrera es su detección efectiva incluso en presencia de contaminantes densos en el aire. Si los contaminantes se acumulan directamente sobre el emisor o el receptor, aumenta la probabilidad de disparos falsos. Sin embargo, algunos fabricantes ahora incorporan salidas de alarma en el circuito del sensor para monitorear la cantidad de luz que llega al receptor. Si la luz detectada sin un objetivo presente disminuye a un nivel específico, el sensor emite una advertencia a través de un LED incorporado o una línea de salida.

 

A diferencia de los sensores de barrera, los sensores de tipo reflectante no tienen carcasas separadas para emisores y receptores; ambos se encuentran dentro del mismo recinto, orientados en la misma dirección. El emisor produce un haz de luz, como infrarrojo pulsado, rojo visible o láser, que se proyecta sobre un reflector especialmente diseñado y luego se refleja de regreso al receptor. La detección se produce cuando el camino de la luz se interrumpe o se altera.

 

La ventaja de los sensores de proximidad de tipo reflectante es su facilidad de implementación, ya que requiere la instalación del sensor en un solo lado, lo que puede ahorrar significativamente en costos de tiempo y componentes.

 

Al igual que los sensores reflectantes, los sensores difusos tienen tanto el emisor como el receptor alojados dentro del mismo recinto. Sin embargo, el objetivo que se detecta actúa como reflector, por lo que estos sensores detectan la luz reflejada desde la distancia.

El emisor emite un haz de luz (comúnmente infrarrojo pulsado, rojo visible o láser) que se propaga en varias direcciones, llenando un área de detección. Luego, el objetivo ingresa a esta área y refleja una parte del haz hacia el receptor. La detección ocurre cuando cae suficiente luz sobre el receptor, lo que activa una salida para abrir o cerrar (dependiendo de si el sensor está encendido o apagado).

 

Un ejemplo común de sensores difusos son los grifos sin contacto en los baños públicos. La mano colocada debajo del pico actúa como reflector, provocando la apertura de la válvula. Vale la pena señalar que, dado que el objetivo (la mano) actúa como reflector, los sensores fotoeléctricos difusos a menudo están limitados por el material del objetivo y las características de la superficie; El rango de detección se reducirá significativamente para objetivos no reflectantes como el papel negro mate en comparación con los blancos brillantes.

 

4. Sensores ultrasónicos
Los sensores de proximidad ultrasónicos se utilizan en muchos procesos de fabricación automatizados. Utilizan ondas sonoras para detectar objetos, por lo que el color y la transparencia no les afectan. Esto los convierte en una opción ideal para diversas aplicaciones, incluida la detección remota de vidrio y plástico transparentes, medición de distancias, control continuo del nivel de líquidos y materiales granulares y apilado de papel, láminas de metal y madera.
Los tipos más comunes son similares a los de la detección fotoeléctrica: de haz pasante, reflectante y difuso.

Los sensores de proximidad difusos ultrasónicos emplean un sensor de ondas sonoras que emite una serie de pulsos de sonido y luego los escucha regresar del objetivo reflejado. Una vez que se recibe una señal de reflexión, el sensor envía una señal de salida al dispositivo de control. El rango de detección se extiende hasta 2,5 metros.

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