- これらは物理的および機械的接触なしで動作するセンサーです。 これらは電場と磁場を通じて動作し、光学センサーも広く使用されています。 この記事では、光学式、静電容量式、誘導式の 3 種類のセンサーをすべて分析し、最後に誘導式センサーを使った実験を行います。 ちなみに、非接触センサーのことを人は「非接触センサー」とも言います。 近接スイッチですので、そのような名前を見つけても心配しないでください ;-)。
光学センサー
そこで、光センサーについて少し説明します... 光センサーの動作原理を次の図に示します。
バリア
主人公が光ビームに当たらずに通過しなければならなかった映画のシーンを覚えていますか? ビームが体のどこかに触れると、警報が作動しました。
ビームは何らかの光源を介して放射されます。 「ビームレシーバー」、つまりビームを受信する小さなものもあります。 ビームがビーム受信機に当たらないとすぐに、その中の接点がオンまたはオフになり、アラームやその他のものを任意に直接制御します。 基本的に、ビーム源とビーム受信器（正しくはビーム受信器「光検出器」と呼ばれます）はペアで提供されます。
SKB IS の光学式変位センサーはロシアで非常に人気があります。
これらのタイプのセンサーには、光源と光検出器の両方が備わっています。 それらはこれらのセンサーのハウジングに直接配置されています。 各タイプのセンサーは完全な設計であり、1 マイクロメートルまでの高い加工精度が必要とされる多くの機械で使用されています。 これらは主にシステムを備えたマシンです Hそして口頭で Pプログラム的な Uボード （ CNC）、プログラムに従って動作し、人間の介入は最小限で済みます。 これらの非接触センサーはこの原理に基づいて構築されています
このようなタイプのセンサー 文字「T」で指定され、バリアと呼ばれます。 光ビームが遮断されるとすぐにセンサーが作動しました。
長所:
- 範囲は最大150メートルに達します
- 高い信頼性とノイズ耐性
マイナス点:
- 検出距離が長い場合、光ビームに対する光検出器の正確な調整が必要です。
反射神経
反射タイプのセンサーは文字 R で指定されます。。 これらのタイプのセンサーでは、エミッターとレシーバーが同じハウジング内にあります。
動作原理は以下の図で見ることができます
投光器からの光は何らかの反射板（リフレクター）で反射され、受光器に入射します。 ビームが何らかの物体によって遮られるとすぐにセンサーが作動します。 コンベアラインで商品を計数する際に大変便利なセンサーです。
拡散
最後のタイプの光学センサーは、 拡散 - 文字 D で指定。 見た目は異なる場合があります。
動作原理は反射板と同じですが、ここでは光はすでに物体から反射されています。 このようなセンサーは応答距離が短いように設計されており、動作は気取らないものです。
容量性センサーと誘導性センサー
光学は光学ですが、誘導センサーと容量センサーは、動作が最も気取らず、非常に信頼性が高いと考えられています。 おおよそこんな感じです
それらは互いに非常に似ています。 それらの動作原理は磁気と磁力の変化に関連しています。 電界。 誘導センサーは、金属を近づけると作動します。 他の素材を噛むことはありません。 容量性のものは、ほぼすべての物質に反応します。
誘導センサーはどのように機能しますか?
よく言われるように、100 回聞くよりも 1 回見たほうが良いので、ちょっとした実験をしてみましょう。 誘導的なセンサー。
さて、私たちのゲストは誘導センサーです ロシア生産
そこに書かれている内容を読みます
VBI センサーのブランド、何とかなんとか、 S – 検出距離、ここでは 2 mm、U1 – 温帯気候用バージョン、 IP – 67 – 保護レベル(要するに、ここでの保護レベルは非常に高いです)、 U b – センサーが動作する電圧、ここでの電圧は 10 から 30 ボルトの範囲にすることができます。 I負荷 – 負荷電流、このセンサーは最大 200 ミリアンペアの電流を負荷に供給できますが、これはまともだと思います。
タグの裏面には、このセンサーの接続図が記載されています。
さて、センサーの性能をチェックしてみませんか？ これを行うには、負荷を取り付けます。 負荷は、公称値 1 kΩ の抵抗と直列に接続された LED になります。 なぜ抵抗器が必要なのでしょうか? LED は点灯した瞬間に猛烈な電流を消費し始め、焼き切れてしまいます。 これを防ぐために、LEDと直列に抵抗を接続します。
センサーの茶色の線に電源からプラスを供給し、青色の線にマイナスを供給します。 電圧を15ボルトにしてみました。
真実の瞬間がやって来ます...私たちがそれをもたらします 作業エリアセンサー 金属製の物体と、センサーに組み込まれた LED と実験用 LED で示されるように、センサーがすぐにトリガーされます。
センサーは金属以外の物質には反応しません。 ロジンの瓶は彼にとって何の意味もありません:-)。
LED の代わりに、論理回路入力を使用できます。つまり、センサーがトリガーされると、デジタル デバイスで使用できる論理 1 信号が生成されます。
結論
エレクトロニクスの世界では、これら 3 種類のセンサーの使用が増えています。 これらのセンサーの生産は毎年増加しています。 これらは業界のまったく異なる分野で使用されています。 これらのセンサーがなければ自動化とロボット化は不可能です。 この記事では、「オン/オフ」信号、つまり専門用語で言えば 1 ビットの情報のみを提供する最も単純なセンサーのみを分析しました。 より洗練されたタイプのセンサーは、さまざまなパラメーターを提供でき、コンピューターや他のデバイスに直接接続することもできます。
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センサー 自動装置 無線電子機器は 最も重要な要素電気回路で。 センサーはアマチュア無線家に広く知られており、アマチュア無線家自身が製造するプロ用の産業用機器や非プロ用機器のあらゆる場所で使用されています。 たとえば、車の警報装置の衝撃センサー、音響装置の騒音センサー、リモコン装置の赤外線センサーなどです。 センサーの設計には無限のオプションがあります。 たとえば、ピッチ (または衝撃) センサー 車の警報器いくつかの方法で同じ効率で生産できる 違う方法。 センサー自体は一部にすぎません 電子回路したがって、デバイス全体の信頼できる動作は制御回路にも依存することを忘れないでください。 センサーとは何ですか?
多くの定義がありますが、最も単純なものは、外部の影響に応じて状態を変化させるデバイスです。 以下では、多くの時間とお金をかけずに自宅で自分の手で作ることができるセンサーのいくつかのオプションを見ていきます。 これらのセンサーは、衝撃に応じて単一パルスまたはパルスのバースト (接点バウンス) を電子制御デバイスに送信します。
現在、無線エレクトロニクス業界はアマチュア無線を提供しています。 産業用オプションセンサーはあらゆる場面に適しているようで、放射線を記録するガイガーカウンターも利用できるようになりました。 次の資料は、ほとんどの工業用センサーの小売価格が高いため関連性があり、品質を損なうことなくセンサーを独自に作成できる場合に、家庭内および「現場」の状況でアマチュア無線家の創造性を促進することを目的としています。
機械式センサー
図では、 図 3.28 は、フラットメカニカルセンサーを製造するためのオプションを示しています。 これらのセンサーをカーペット、リノリウム、または壁紙の下に 1 つまたは複数設置することで、たとえば廊下の照明を外部から制御できます。
センサー面を足で押すと (またはアパートやオフィスの壁の特定の場所を手で押すと)、フォイル接点が閉じ、インパルスが接続線を通って制御回路に伝わります。 センサーの感度が高く、小さな負荷にも反応します。
米。 3.28。 機械式センサーの設計
写真からわかるように、内側に穴を開けたボール紙を厚いホイルの上に置き、その上に別のホイルの層を置きます。 薄いフレキシブル導体は慎重に導電性フォイルにはんだ付けされます (厚い紙ベースのフォイルが非常に適しています)。 得られた「サンドイッチ」全体をラミネートします。 ラミネート用の素材は、紙や学用品用のポリエチレンのポケットフォルダーです。センサーのサイズにカットし、中にホイルとボール紙を入れ、布を通してアイロンをかける必要があります。 センサーをテープで覆うだけで済みます。 制御回路に耐ノイズ素子 (MOSFET または超小型回路) が使用されている場合、センサーから回路までの接続ワイヤの長さは数メートルになることがあります。 より長い距離が必要な場合は、マイクロ回路上のバスアンプとレベルコンバータが使用されます(たとえば、要素K561PUZ、K561PU4、K561LP1、K561LN2など)。 導体と誘電体を交互にして複数の層でセンサーを作成すると、得られる「厚いサンドイッチ」が衝撃力 (圧力) センサー、つまり重量センサーとして使用できます。 このようなセンサーの使用には多くのオプションがありますが、その特徴は簡単に偽装できることです。 フラットセンサーは信頼性が高く、耐久性があり、自動家庭用機器のいくつかの開発で著者によって詳細に説明されています。
音響センサー
図では、 3.29 と 3.30 は、音響センサーの機能を実行する 2 つの高感度回路を示しています。この回路は、次の場合に一連のパルス (パック) を生成します。 音響暴露、静かな音響的な背景とは異なります。 オペアンプ回路（図 3.29）は衝撃センサーとして圧電素子を使用しています。
米。 3.29。 オペアンプに内蔵された音響センサー
このオプションは他のタイプのオペアンプと組み合わせて繰り返し公開されているため、オリジナルであるとは主張しません。 ZP-22 カプセルは圧電素子として使用されており、相対的な感度のため、衝撃にのみ反応し、あまり効果的ではありませんが、次のような用途に使用できます。 セキュリティデバイスたとえば、窓を保護するためです。 これを行うには、カプセルをガラスにしっかりと接着する必要があり、ガラスが当たるとセンサーが単一パルスを発します。 どうやって より広いエリアガラス (保護領域) - センサーの感度が高くなります。 外部ガラスや店舗のショーウィンドウの保護に使用できます。 どうやって さらなる抵抗コンパレータの入力に抵抗 R4 と R2 があるほど、回路の感度が高くなります。 コンパレータの出力 (ピン 6) から、パルスがキーまたはフォーミング回路に供給されます。 コンデンサ C1 (K50-24) は電源ノイズをフィルタします。
図では、 図 3.30 は、より古いバージョンではありますが、より高感度なバージョンを示しています。 古い電話機 (MK-10 など) のカーボン マイクが VM1 として使用されます。 トランジスタアンプは、2段目のゲインが1段目のゲインの2倍になるように直列増幅回路を使用して組み立てられています。 図では 3 段のアンプが示されており、この回路を超高感度回路として使用することができますが、そのような感度がそれほど必要でない場合は、複合トランジスタの 1 段だけで十分です。 アンプは、広範囲の回路電源電圧内で動作します。 最後のトランジスタのコレクタから、パルス列がキーまたはパルス シーケンス形成回路 (たとえば、単安定回路) に供給されます。 ゲインは抵抗 R1 (抵抗が大きいほど回路の感度が高くなります) と、小さな制限内で抵抗 R6 によって効果的に調整されます。 知られているように、このようなマイクには炭素粉末が含まれており、衝撃や音波に対して非常に敏感であり、それに応じてマイクの抵抗が変化します。 直流。 これらのパルスは、トランジスタ VT1 ～ VT4 を使用してアンプによって捕捉されます。 この回路のマイナスの特徴は、カーボン マイクの特性による慣性です。 しかし、多くのアマチュア無線の開発にとって、このような高感度の回路は、そのシンプルさと効率の点でほとんど代替不可能です。 ポジティブな特徴- 製造が容易で、逆スイッチングや電源電圧の変動が重要ではない、信頼性。 マイクからマイクまでの導体 電気図最小の長さが必要です。 トランジスタはKT3107、KT361シリーズのいずれかが使用可能です。 著者の実践では、図に示すデバイスが使用されます。 3.30、として正常かつ安定して使用されています 音センサー水槽内の魚に空気を供給するために。 マイクはセンサー回路とともにコンパクトなプラスチックケースに取り付けられており、カーボンマイクの作動面がガラスにしっかりとフィットするように水槽の壁にしっかりと取り付けられています。 実際の実験では、マイクセンサーの近くの小魚であっても、水槽の壁の後ろのあらゆる動き、さらに空気を求めて水の上端に現れる魚がセンサーによって捕捉されることがわかっています。パルスのパケットを発行します。 カーボンマイクは外部音響の影響に応じて抵抗が変化します。 この変化はトランジスタ増幅回路によって感知されます。 パケット内のパルス数は衝撃力に比例します 音波マイクに。 パルスは制御回路によって変換され、コンプレッサーは 1 ～ 2 時間自動的にオンになります (時間は追加のタイマーによって決定されます)。
このセンサーは、室内の会話に反応してバックライトを点灯する音響センサーなど、他の用途にも応用できます。 デバイスの本体とマイクが床に設置されている場合、回路は人がセンサーに近づくずっと前に人の接近を通知します。 都市のアパートで実践されているように、床を歩く人の足音はその表面に影響を与え、床に伝わります。 長距離。 したがって、このようなセンサーを使用するには多くのオプションがあります。
図では、 図 3.31 は、磁気誘導に応答する単純なセンサーを示しています。 AND コイルの巻線付近 (通信線など) に小さな電流が発生すると、コイル内に誘導され、複合トランジスタの増幅段に伝達されます。 この回路のアンプは、高ゲインであればどのような構成でも使用できます。 コイル I に誘導された交流電圧は、コンデンサ C2 の正極板から除去されます。磁気アンテナをコイルとして使用すると、次のように応答するデバイスを得ることができます。
米。 3.31。 誘導センサー用アンプ
一定の長さの電波、つまり電波の空気をコントロールします。 回路の感度は、複合トランジスタへのバイアスを設定する抵抗 R1 によって制御されます。
可変抵抗器の抵抗が大きいほど、回路の感度は高くなります。 のために 最適モード(回路の電源電圧が大幅に変化する可能性があるため) ゲインを高めるために、電源からこのノードによって消費される電流が 2 mA 以内になるように、抵抗 R2 の値が選択されます。 実際には、センサーは次のことを検出します。 交流電流 L1 コイルから回路の入力段までのワイヤの長さは、干渉を排除するために最小限にする必要があります。
コイルはバルクで直径 0.1 ～ 0.15 mm の PEV または PEL ワイヤで巻かれ、直径 8 mm の適切なボール紙、木製、またはプラスチックのフレームに 2500 回巻き付けられます。 フレームにはグレード600～2000NNのフェライトコアが挿入されています。 フレームの長さはコアの長さに対応し、25 ～ 40 mm の範囲になります。
電流センサー
デバイスの設計を図 3.32 に示します。
センサーは、ガラス本体の長さに沿って直径 0.08 ～ 0.1 mm のワイヤーが巻かれたリード スイッチです。 大量に巻く (300 ～ 400 回) - センサーの目的に応じて異なります。 このようなセンサーの巻線が流れると 電気、リードスイッチは磁気誘導の影響で接点を閉じ（開き）、周辺回路を切り替えます。 このセンサーに基づいて、アマチュア無線家は、図に示すように、リード スイッチの接点の 1 つを巻線の端に接続することで、独立して「電流リレー」を作成できます。 3.33。
スイッチをオンにした直後、負荷を流れる電流により巻線 L1 の両端に電圧降下が生じます。 巻線両端の電圧降下は、回路内の電流に正比例します。 誘導電圧は小さな電磁場を生成します。これはリードスイッチの接点に影響を与えるのに十分であり、電気回路をブロックします。 負荷が非通電になると (または、回路内の電流が減少します。これは、非常に大きな要因によって発生する可能性があります) 様々な理由)、L1 両端の電圧降下が減少し、磁界が減少し、リード スイッチの接点が開きます。 このようなセンサーの感度は、L1 の巻数と回路内の電流によって決まります。 電流リレーは、電磁センサーと同様に、無線工学設計において多くの用途があります。
低電流センサー
米。 3.36。 光学センサー
光検出器 (ブロック 2) は、送信機と平行に、斜めに配置され、やはり空間に面しています。 反射物体が存在しない場合、LED から放射されたエネルギーは光検出器の感知面に到達することなく消散します。 物体が活性放射線の範囲内に現れると、反射光ビームが 1 つまたは複数のセンサー受信機によって捕捉され、その結果、インパルスが光検出器から制御回路に送信されます。 放射面内の信号エミッターからレシーバー (センサー) までの距離は 4 ～ 5 センチメートルを超えてはなりません。 ただし、曲率半径 50 ～ 80 mm の鏡面 (集束レンズがなくても) を反射物体として使用する場合、デバイスは反射物体までの距離が 25 cm まででも効果的に動作できます。 。
この原理に基づいて特別なセンサーが作成され、水族館の生命維持システムや自動車の雨センサーとしてテストされました。 水槽を例に、ユニットの動作を考えてみましょう (図 3.36 の b に概略図を示します)。 センサー (フォトカプラ AORS113A は、オープン光チャネルを備えたフォトカプラです。この回路では、発光 LED と受信フォトレジスタが並列に接続されています) が取り付けられています。 外水槽の壁の 1 つと水槽の内側に面した作業面に設置します。 フォトカプラのハウジング内の発光ダイオードのアノードは結合され、共通端子 8 を備えています。AOP113A および AOPS113A のハウジングは金属製で、16 個の端子を備え、セラミック基板をベースとした平面タイプで、ガラス窓が付いています。 これにより、平らで管理された表面への取り付けが容易になります。
AOP113A と AOPS113A の違いは、AOP113A には 2 つの同一のトランシーバー (AOP113A のものと同様) が含まれていることです。 フォトカプラ AORS113A を使用すると、2 つの座標をそれぞれ制御し、差動フォトディテクタを直列または並列に接続できます。
で 大きな水族館（水量60リットル以上）水の交換にはある程度の困難があります。 そこで、コンプレッサーを設置して水を濾過・浄化し、常に水域に空気を供給しています。 大きな水槽の水は、緊急時に部分的に交換されますが、完全に交換されることは非常にまれです。 その結果、さまざまな有機物が水槽の底や壁に蓄積し、水を汚染します。 場合によっては水域内に草が咲き始め、水の透明度が完全に失われることもあります。 これは責任ある所有者にとって容認できないことです。 ここで考慮される元のセンサーは、実際には、きれいな水槽の壁と透明な水の場合には放射線を反射しませんが、汚染がある場合にはビームを反射し始めます。 センサーからのパルスはパラメータ制御回路（複合トランジスタで実装）に送信され、負荷（警報装置）に電力が供給されると、負荷（警報装置）が水槽が汚れていることを知らせる音声信号を鳴らします。 制御回路は、センサーのアクティブゾーン内に魚が現れたり、カタツムリが這ったりした場合の誤警報を排除するために、警報信号の遅延（数分間のタイマー）を提供する必要があります。 実際の実験により、水族館内の生物はセンサーからの微量放射線によって害を受けないことが証明されています。 むしろ、反対の事実を述べることができます。魚はセンサーの作業領域に頻繁に現れ、何が起こっているかに強い関心を持っています。
車のレインセンサーの動作原理は上記と同様です。 センサー自体 (エミッターとレシーバー) は、最短の長さのシールド導体を使用して制御回路に接続されます。 レイン センサー アクチュエーターは、自動車の電子回路、つまりワイパー スイッチの接点を閉じるように設計されています。 自動車では、負荷デバイスをオンにするために遅延する必要はありません。 夜間、暗闇でもデバイスは安定して動作します。 デバイスの感度は、車の窓に取り付けたときに一度だけ調整されます。 偽陽性晴天時の太陽放射スペクトルから。 回路の電源は安定しており、10 ～ 18 V 以内に収まります。回路の動作精度が重要でない場合は、電圧 12 V の自動車用リレーを負荷として使用できます。
前バージョンとの違いは、デバイスを搭載したハウジングが付属していることです。 フロントガラス車（内側から）。 晴天では、一定の放射線がきれいなガラスを自由に通過し、空間に散乱します。 雨が降ると外側のガラスが雨粒で汚れ、光がわずかに反射します。 したがって、反射信号は、開いた光チャネルを備えたフォトカプラハウジング内のフォトレジスタの抵抗を変化させます。 これにより、複合トランジスタのモードが変化し、出力に電流パルスが発生します。 最初のケースと同様に、光検出器（フォトレジスタ）は並列に接続されます（光にさらされると合計抵抗がより速く減少し、ユニットの感度が増加します）。 反射信号がない場合、フォトカプラのフォトレジスタの合計抵抗は高く、数百 kΩ 程度になります。 回路の出力では、電圧は電源の負極に対してゼロになる傾向があります。 反射光放射によりフォトレジスタの総抵抗が減少し、VT1、VT2 が開きます。 回路の出力に電圧が現れます 上級、電源電圧にほぼ等しい。 回路の感度は可変抵抗器 R1 によって調整されますが、線形特性を持つものを選択する必要があります。 回路の出力から、ベース電圧と入力電圧を比較するコンパレータに制御信号を供給できます（K521SAZなどの標準回路に従って組み立てられています）。 コンパレータは、入力電圧が変化すると出力に一定の正の信号を生成します。 トランジスタ スイッチを介したコンパレータ出力からの信号はエグゼクティブ リレーをオンにし、その接点で信号 (負荷) 回路を閉じます。
水槽の壁への取り付けについて一言。 透明窓フォトカプラのハウジングは瞬間接着剤でガラスに取り付けられているため、接着剤がつかないように注意してください。 作業面フォトカプラ。 AOPS113A の代わりに、2 つの AOP113A デバイスを使用できます (図 3.36、c にこれらのフォトカプラのピン配置と違いを示します)。 彼らは似たものを持っています 電気パラメータ。 ペアのうち 1 つの要素だけを使用すると、回路全体の動作に直ちに影響があり、感度が低下します。
この回路を自動車のレインセンサーとして使用する場合、次の事実を考慮する必要があります。 この装置は 0 ～ 50°C の温度範囲で正常に動作するため、冬には車が 200℃ の暖かいガレージに置かれていない場合は、 マイナスの温度車が動き始めた最初の瞬間、車室内の温度が 0 度に上昇するまでの空気では、レイン センサーが外部要因に正しく反応しない可能性があります。
火災センサー
アマチュア無線の実践では、入力時のパラメータの変化に応答するセンサーなど、シンプルで信頼性の高いデバイスが人気です。 そのようなデバイスの 1 つが図に示されているものです。 3.51回路の増加に対応……。
さまざまな家庭用電化製品を制御する光センサーとそれに基づく電子機器は、アマチュア無線家の間で長い間人気がありました。 このようなデバイスの回路設計に新しいものを見つけることは不可能に思われます。 それ……。
フォトレジスターはこう呼ばれます 半導体デバイス、光の影響で導電率が変化します。 単結晶フォトレジスタ 図 2.2. 単結晶フォトレジスタ フィルムフォトレジスタ 図 2.3. フィルムフォトレジスタ 図 2.4. フォトレジスタをDC回路に接続……。
誘導型近接センサー。 外観
産業用電子機器では、誘導センサーやその他のセンサーが非常に広く使用されています。
この記事はレビューになります (ご希望であればポピュラーサイエンスも)。 センサーの実際の手順と例へのリンクが提供されます。
センサーの種類
では、センサーとは一体何でしょうか? センサーは、特定のイベントが発生したときに特定の信号を生成するデバイスです。 言い換えれば、センサーは特定の条件下でアクティブになり、アナログ (入力エフェクトに比例) またはディスクリート (バイナリ、デジタル、つまり 2 つの可能なレベル) 信号が出力に現れます。
より正確には、Wikipedia を参照してください。 センサー（センサー、英語のセンサーから）は、制御システムの概念であり、制御された量を使いやすい信号に変換するシステムの測定、信号伝達、調整、または制御装置の要素である一次トランスデューサーです。
他にもたくさんの情報がありますが、私はこの問題について、工学エレクトロニクス応用に関する独自のビジョンを持っています。
センサーには非常に多くの種類があります。 電気技師や電子技術者が扱わなければならない種類のセンサーのみをリストします。
誘導的。トリガーゾーン内の金属の存在によって活性化されます。 他の名前は、近接センサー、位置センサー、誘導式、存在センサー、誘導式スイッチ、近接センサーまたはスイッチです。 意味は同じなので混同する必要はありません。 英語では「近接センサー」と書きます。 実はこれ、金属センサーなんです。
光学式。別名は光センサー、光電センサー、光スイッチなどです。 日常生活でも使われているもので、「光センサー」と呼ばれています。
容量性。活動領域内のほぼすべての物体または物質の存在を引き起こします。
プレッシャー。 空気圧や油圧がありません - 信号がコントローラーに送信されるか、コントローラーが壊れます。 これは離散的な場合です。 電流出力を備えたセンサーが存在する場合があり、その電流は絶対圧または差圧に比例します。
制限スイッチ(電気センサー)。 これは、物体が乗り上げたり押し付けられたりするとトリップする単純な受動スイッチです。
センサーとも呼ばれます センサーまたは イニシエーター.
今はこれで十分です。記事の主題に移りましょう。
誘導センサーはディスクリートです。 特定のゾーンに金属が存在すると、その出力の信号が表示されます。
近接センサーは、インダクタンス コイルを備えた発電機に基づいています。 したがって、名前が付けられました。 コイルの電磁場に金属が現れると、この場が劇的に変化し、回路の動作に影響を与えます。
誘導センサー分野。 金属プレートの変更 共鳴周波数発振回路
誘導型NPNセンサー回路。 与えられた 機能図、発振回路を備えた発電機、しきい値デバイス（コンパレータ）、NPN出力トランジスタ、保護用ツェナーダイオードおよびダイオードが搭載されています。
記事内のほとんどの写真は私のものではありません。ソースは最後にダウンロードできます。
誘導型センサーの応用
誘導型近接センサーは、機構の特定部分の位置を測定するために産業オートメーションで広く使用されています。 センサー出力からの信号は、コントローラー、周波数変換器、リレー、スターターなどに入力できます。 唯一の条件は電流と電圧が一致することです。
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誘導センサーの動作。 フラグが右に移動し、センサーの感度ゾーンに到達するとセンサーが作動します。
ちなみに、センサーメーカーは白熱電球をセンサー出力に直接接続することは推奨されないと警告しています。 その理由についてはすでに書きました - 。
誘導型センサーの特徴
センサーはどう違うのですか？
以下に述べるほぼすべてのことは、帰納的だけでなく、 光学センサーと静電容量センサー.
デザイン、ハウジングの種類
主なオプションは 2 つあります - 円筒形と長方形の。 他のケースは非常にまれに使用されます。 ケース素材 – 金属 (さまざまな合金) またはプラスチック。
円筒形センサー直径
主な寸法 - 12mmと18mm。 他の直径 (4、8、22、30 mm) が使用されることはほとんどありません。
18 mm センサーを固定するには、22 または 24 mm のキーが 2 つ必要です。
スイッチング距離（作動ギャップ）
これは、センサーの信頼性の高い動作が保証される金属プレートまでの距離です。 小型センサーの場合、この距離は 0 ～ 2 mm、直径 12 および 18 mm のセンサーの場合は最大 4 および 8 mm、大型センサーの場合 - 最大 20 ～ 30 mm です。
接続するワイヤの数
回路に行きましょう。
2線式。センサーは負荷回路 (スターター コイルなど) に直接接続されます。 私たちが家の明かりをつけるのと同じように。 設置には便利ですが、負荷に関しては気まぐれです。 負荷抵抗が高くても低くても、うまく機能しません。
2線式センサー。 接続図
負荷は任意のワイヤに接続できます。 直流電圧極性を観察することが重要です。 交流電圧で動作するように設計されたセンサーの場合、負荷の接続も極性も重要ではありません。 接続方法をまったく考える必要はありません。 主なことは電流を供給することです。
3線式。最も一般的な。 電源用のワイヤが 2 本、負荷用のワイヤが 1 本あります。 詳しくは別途お伝えします。
4 線式および 5 線式。これは、2 つの負荷出力 (たとえば、PNP と NPN (トランジスタ)、またはスイッチング (リレー)) を使用する場合に可能です。5 番目のワイヤは、動作モードまたは出力状態の選択です。
極性ごとのセンサー出力の種類
すべてのディスクリート センサーは、キー (出力) 要素に応じて 3 種類の出力のみを持つことができます。
リレー。ここではすべてが明らかです。 リレーは、必要な電圧または電源線の 1 つを切り替えます。 これにより、センサーの電源回路から完全に電気的に絶縁されます。これがこのような回路の主な利点です。 つまり、センサーの電源電圧に関係なく、任意の電圧で負荷をオン/オフできます。 主に大型センサーに使用されます。
トランジスタPNP。 PNPセンサーです。 出力は PNP トランジスタです。つまり、「正」ワイヤが切り替わります。 負荷は常に「マイナス」に接続されています。
トランジスタNPN。出力には NPN トランジスタがあります。つまり、「負」トランジスタがスイッチされます。または、 中性線。 負荷は常に「プラス」に接続されています。
トランジスタの動作原理やスイッチング回路を理解すると違いがよく分かります。次のルールが役に立ちます。エミッタが接続されている場所では、そのワイヤが切り替わります。 もう一方のワイヤは負荷に永続的に接続されます。
以下にあげます センサー接続図これらの違いを明確に示します。
出力状態別センサーの種類（NC、NO）
どのようなセンサーであっても、その主なパラメーターの 1 つは、センサーが作動していない (センサーに影響が及んでいない) ときの出力の電気的状態です。
このときの出力はオン（負荷に電力が供給される）またはオフになります。 したがって、彼らは、常閉（常閉、NC）接点または常開（NO）接点と言います。 外国の機器では、それぞれ NC と NO。
つまり、センサーのトランジスタ出力について知っておくべき主な点は、出力トランジスタの極性と出力の初期状態に応じて、出力には 4 つのタイプがあるということです。
- PNP いいえ
- PNP NC
- NPN いいえ
- NPN NC
仕事のポジティブロジックとネガティブロジック
この概念は、むしろセンサー (コントローラー、リレー) に接続されたアクチュエーターを指します。
NEGATIVE または POSITIVE ロジックは、入力をアクティブにする電圧レベルを指します。
負論理: コントローラー入力は、GROUND に接続されるとアクティブになります (論理「1」)。 コントローラの S/S 端子 (ディスクリート入力のコモン線) は +24 VDC に接続する必要があります。 負論理 NPNタイプのセンサーに使用されます。
正論理: +24 VDC に接続すると入力がアクティブになります。 S/S コントローラ端子は GROUND に接続する必要があります。 PNP タイプのセンサには正論理を使用してください。 正論理が最もよく使用されます。
さまざまなデバイスとそれらにセンサーを接続するためのオプションがあります。コメントで質問してください。一緒に考えます。
記事の続き――。 2 番目の部分では、実際の図が示され、説明されます。 実用 さまざまな種類トランジスタ出力のセンサー。
ここで私は、誘導センサーをトランジスタ出力に接続するなどの重要な実践的な問題を個別に提起しました。 産業機器- どこにでも。 さらに、センサーの実際の手順と例へのリンクが提供されます。
センサーの作動（動作）原理は、誘導（近接）、光学（光電）など、何でも構いません。
最初の部分では、センサー出力の可能なオプションについて説明しました。 センサーを接点（リレー出力）で接続する場合は問題ありません。 しかし、トランジスタを使用してコントローラーに接続すると、すべてがそれほど単純になるわけではありません。
PNPセンサーとNPNセンサーの接続図
PNP センサーと NPN センサーの違いは、電源の異なる極を切り替えることです。 PNP (「ポジティブ」という言葉から) は電源の正の出力を切り替え、NPN は負の出力を切り替えます。
以下に、例として、トランジスタ出力を持つセンサーを接続する図を示します。 ロード – 通常、これはコントローラーの入力です。
センサー。 負荷（Load）は常に「マイナス」（0V）に接続されており、ディスクリートの「1」（+V）の供給はトランジスタによって切り替えられます。 NO または NC センサー – 制御回路 (主回路) によって異なります
センサー。 負荷（Load）は常に「プラス」（+V）に接続されています。 ここで、センサー出力のアクティブ レベル (個別の「1」) は低く (0V)、負荷には開いたトランジスタを通じて電力が供給されます。
これらのスキームの操作については、以下で詳しく説明しますので、混乱しないようにお願いします。
以下の図は基本的に同じことを示しています。 PNP 出力回路と NPN 出力回路の違いに重点を置きます。
NPNおよびPNPセンサー出力の接続図
左の写真には出力トランジスタを備えたセンサーがあります NPN。 共通ワイヤが切り替えられます。この場合、共通ワイヤは電源のマイナスワイヤです。
右はトランジスタの場合 PNP出口で。 現代の電子機器では電源のマイナス線を共通にし、コントローラーや他の記録装置の入力をプラスの電位でアクティブにするのが通例であるため、このケースが最も一般的です。
誘導センサーをチェックするにはどうすればよいですか?
これを行うには、電源を供給する、つまり回路に接続する必要があります。 次に、それをアクティブ化（開始）します。 作動するとインジケーターが点灯します。 ただし、この表示は誘導センサーの正しい動作を保証するものではありません。 100%確実にするには、負荷を接続し、その電圧を測定する必要があります。
センサーの交換
すでに書きましたが、トランジスタ出力のセンサーには基本的に4種類あり、用途に応じて分けられます。 内部構造および接続図:
- PNP いいえ
- PNP NC
- NPN いいえ
- NPN NC
これらすべてのタイプのセンサーは相互に置き換えることができます。 それらは交換可能です。
これは次の方法で実装されます。
- 起動装置の変更 - 設計が機械的に変更されます。
- 既存のセンサー接続回路を変更します。
- センサー出力の種類の切り替え（センサー本体にスイッチがある場合）。
- プログラムの再プログラミング – 特定の入力のアクティブ レベルを変更し、プログラム アルゴリズムを変更します。
以下は、接続図を変更して PNP センサーを NPN センサーに置き換える方法の例です。
PNP-NPN 互換性スキーム。 左側が元の図、右側が変更後の図です。
これらの回路の動作を理解すると、トランジスタが通常のリレー接点で表される重要な要素であるという事実を理解するのに役立ちます (例は以下の表記にあります)。
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ということで、図は左側になります。 センサーの種類が NO であると仮定します。 次に、(出力のトランジスタの種類に関係なく)、センサーがアクティブでないときは、その出力の「接点」が開き、電流が流れません。 センサーがアクティブになると、接点が閉じられ、その後のすべての結果が生じます。 より正確には、これらの接点を電流が流れます))。 電流が流れると、負荷全体に電圧降下が生じます。
内部負荷を点線で示しているのには理由があります。 この抵抗は存在しますが、その存在によってセンサーの安定した動作が保証されるわけではありません。センサーはコントローラーの入力またはその他の負荷に接続する必要があります。 この入力の抵抗が主負荷です。
センサーに内部負荷がなく、コレクターが「空中にぶら下がっている」場合、これは「オープンコレクター回路」と呼ばれます。 この回路は、接続された負荷でのみ動作します。
そのため、PNP出力を持つ回路では、起動時にオープントランジスタを介してコントローラ入力に電圧(+V)が供給され、起動します。 NPN出力でも同じことを実現するにはどうすればよいでしょうか?
必要なセンサーが手元になく、機械が「今すぐ」動作しなければならない状況があります。
右図の変化を見てみましょう。 まず、センサー出力トランジスタの動作モードが確保されます。 これを行うには、回路に追加の抵抗が追加されます。その抵抗は通常約 5.1 ～ 10 kΩ です。 ここで、センサーがアクティブでないときは、追加の抵抗を介して電圧 (+V) がコントローラー入力に供給され、コントローラー入力がアクティブになります。 センサーがアクティブな場合、コントローラー入力はオープン NPN トランジスタによって分路され、追加の抵抗電流のほとんどすべてがこのトランジスタを通過するため、コントローラー入力には不連続の「0」が表示されます。
この場合、センサー動作のリフェーズが発生します。 ただし、センサーはモードで動作し、コントローラーは情報を受け取ります。 ほとんどの場合、これで十分です。 たとえば、パルス計数モードでは、タコメータやワークの個数などを測定します。
はい、まさに私たちが望んでいたものではなく、npn センサーと pnp センサーの互換性スキームが常に受け入れられるとは限りません。
完全な機能を実現するにはどうすればよいですか? 方法 1 – 金属プレート (アクティベータ) を機械的に移動または再作成します。 光学センサーについて話している場合は、光のギャップです。 方法 2 – 個別の「0」がコントローラーのアクティブ状態、「1」がパッシブ状態になるようにコントローラー入力を再プログラムします。 手元にラップトップがある場合は、2 番目の方法の方が速くて簡単です。
近接センサーのシンボル
の上 回路図誘導センサー (近接センサー) は別の方法で指定されます。 しかし重要なことは、45°回転した正方形とその中に 2 本の垂直線があることです。 以下の図のようになります。
NCセンサーはありません。 概略図。
の上 上図– ノーマルオープン (NO) 接点 (従来は PNP トランジスタと呼ばれていました)。 2 番目の回路は通常閉で、3 番目の回路は両方の接点が 1 つのハウジング内にあります。
センサーリード線の色分け
存在する 標準システムセンサーのマーキング。 現在、すべてのメーカーがこれを遵守しています。
ただし、取り付ける前に、接続マニュアル（取扱説明書）を参照して、正しく接続されていることを確認してください。 さらに、サイズが許せば、原則として、ワイヤーの色はセンサー自体に表示されます。
これがマーキングです。
- 青 - パワーマイナス
- ブラウン – プラス
- 黒 - 出力
- 白 – 2番目の出力または制御入力、指示を見る必要があります。
誘導型センサーの指定制度
センサーのタイプはデジタルアルファベットのコードで示され、センサーの主要パラメーターがエンコードされます。 以下は、一般的な Autonics センサーのラベル システムです。 / オムロン近接センサーのカタログ、pdf、1.14 MB、ダウンロード数: 1247 回。/
/ TEKO センサーを交換するにはどうすればよいですか、PDF、179.92 KB、ダウンロード数: 1004 回。/
/ Turck のセンサー、pdf、4.13 MB、ダウンロード: 1336 回。/
/ Splan プログラムで PNP および NPN スキームを使用してセンサーを接続するためのスキーム/ ソース ファイル、rar、2.18 kB、ダウンロード数: 2163 回。/
本物のセンサー
センサーを購入するのは難しく、製品は特殊で、電気技師は店頭でセンサーを販売しません。 あるいは、中国のAliExpressで購入することもできます。
そして、ここに私が仕事の中で遭遇したものがあります。
ご清聴ありがとうございました。センサーの接続に関する質問をコメントでお待ちしています。
高電圧静電容量センサー（以下、センサーと呼びます）は、点火システムの二次電圧の形式をとり、その後それを記録装置の入力の 1 つに送信するためのデバイスです。センサーは、ホルダー、信号線に電気的に接続された容量性プレート、シールドされたケーブル、およびセンサーを記録機器の入力に接続するための対応するコネクターで構成されます。
以下は次のとおりです。
1. センサー出力の信号は、容量性プレートが近づくほど大きくなります。 導体 BBワイヤー。
2. 隣接する爆発性ワイヤーからの電磁干渉の影響が少なくなります。 小さいサイズ容量性プレートが大きくなり、信号線のシールドされていない部分が小さくなります。
4. 容量結合は、高周波振動 (破壊領域) を伝達し、低周波振動 (燃焼領域) を伝達しない微分チェーン (HPF) です。 センサー出力の二次電圧の形状が歪みます。
CD – 爆発性ワイヤーの導電性コアとセンサーの容量性プレート間の静電容量
Rin – 録音機器の入力抵抗
Svh - この場合、実際には何も影響しないため、入力容量は考慮されません。
赤いグラフは元の信号 (方形波 1 KHz、デューティ サイクル 10%、振幅 1 V) を示します。
青いグラフは、微分チェーンの出力で受信した信号を示しています。
補償容量を使用しないセンサー出力からの信号
センサー出力での 2 次電圧波形の歪みを除去するには、追加の補償容量を使用する必要があります。これは、センサーコア容量と容量分割器を形成します。
記録機器の入力抵抗を考慮せずに、容量性分割器の透過係数は次の関係によって決まります。 Kp = Sd / (Sd + Sk)。 この関係からわかるように、静電容量 C の値が大きくなるほど、容量分圧器の出力の電圧値は低くなります。 録音機器の入力抵抗を考慮しない理想的な容量性分圧器の場合、Ck は必要に応じて小さくすることができ、分圧器の出力における信号の形状は入力における信号の形状に正確に対応します。 。
入力抵抗を考慮すると、伝達係数を決定するための関係はより膨大になりますが、Kp の Sk に対する依存性は変わりません。 録音機器の入力インピーダンスは Kp に直接影響を与えず、「導入される歪みの程度」を決定します。
入力抵抗が増加すると、二次電圧波形の歪みが大幅に減少します。 ほとんどの場合、高電圧センサーの接続のみを目的とした特殊な入力を除き、自動診断に使用されるほぼすべてのオシロスコープの入力抵抗は 1 MOhm の範囲内にあります。 したがって、（特殊なアダプタを使用せずに）センサーをオシロスコープの入力に直接接続する場合、Rin も定数として取ることができ、変化するのは Sk のみに制限されます。
注記！
10 MΩ の抵抗を介してセンサーをオシロスコープの入力に接続すると、入力抵抗が増加し、それに応じて二次電圧波形の歪みが減少しますが、同時にチャネル入力パスの伝達係数も減少します。約10倍に減少します。 伝達係数を下げずに入力インピーダンスを高めるには、入力インピーダンスが高く、出力インピーダンスが低い中間バッファ (リピータ - 最も単純なアダプタ) を使用する必要があります。
現在の SD (正確には不明) と Rin (通常は 1 MOhm) の場合、Sk の値は次の妥協点に基づいて選択されます。
1. Sk が低いほど、容量性分圧器の出力の電圧振幅が大きくなります。
2. Sk が大きいほど、二次電圧波形の歪みの度合いは小さくなります。
実際には、容量分圧器の出力における電圧の「振幅」がバックグラウンドノイズから十分に区別されるまで、Sk の値を増やすことができます。
接続位置 SK: ケーブルの始点 (容量性プレートに近い) またはケーブルの終点 (記録機器の入力に近い) - センサーからの信号の形状と振幅には実質的に影響しません。出力。
赤いグラフは、オシロスコープの入力に接続された高電圧センサーと Sk = 3.3 nF から受信した信号を示し、青のグラフは、容量性プレートのすぐ隣に接続された高電圧センサーと Sk = 3.3 nF から受信した信号を示します。 ご覧のとおり、信号の形状はほぼ同じで、振幅は使用されるコンデンサの公称値 +/- 20% の範囲内で変化します。
DISコイル2112-3705010（形状屋外での放電のため、二次電圧は通常と多少異なります。）
Sk = 470pF。 燃焼領域は大幅に低下しますが、破壊振幅は 5 ボルトに達します。
Sk = 1.8 nF。 燃焼領域も大幅に低下し、破壊振幅は 2 ボルトに減少しました。
Sk = 3.3 nF。 燃焼領域はあまり低下せず、破壊振幅は 1 ボルトに減少しました。
Sk = 10 nF。 燃焼領域は実質的に低下しませんが、破壊振幅も 0.4 ボルトに減少しました。
見てわかるように、Sk = 10 nF では、二次電圧の形状は実質的に歪みがなく、ノイズは非常にわずかです。
比較のために、アダプターを使用しない場合と特殊な点火アダプターを使用する場合の、同じ爆発性ワイヤーから取得した二次電圧のオシログラムを示します。
赤いグラフは、オシロスコープの入力に直接接続された高電圧センサー (Sk = 10 nF) から受信した信号を示しています。 青いグラフは、「ネイティブ」ポストロフスキー高電圧センサーが接続されているポストロフスキー アダプターから受信した信号を示しています。
ご覧のとおり、両方の信号の形状はほぼ同じですが、中間アンプを含むアダプターからの信号の振幅は 3 倍になります。
注記！
容量性センサーを使用するすべてのアダプターは二次電圧の形状を歪めますが、高い入力抵抗と十分な C があれば、導入される歪は非常にわずかです。
最も単純なケースでは、容量性プーラーは爆発性ワイヤーの隣にある金属製の物体です。 容量性プレートの役割は、ワニ口クリップ、爆発性ワイヤーに巻かれたホイル、コインなどです。
実際には、高電圧容量性センサーとして、次の要件を満たす設計を使用することをお勧めします。
1. 高度な故障保護
2. 隣接する爆発性ワイヤーからの電磁干渉の影響を受けにくい
3. センサーを高圧線に素早く接続できる便利な設計
爆発性静電容量センサーの設計例:
20x70 mm のブリキ板を曲げて、爆発性ワイヤーにしっかりと押し付けます。
基本的に、同じプレートは単独でのみ使用されます。
「洗濯バサミ」タイプのBBセンサー。
Bosch の設計の 1 つに類似した BB センサー (1 個あたり 7 ドルで提供)。
例として、ボッシュの上記の設計に基づく爆発物センサーの製造プロセスを考えてみましょう。
センサーを作成するには、次のものが必要です。
1. 前述のBBセンサーハンドル。
2. シールド ケーブル 1 ～ 3 m。ハード同軸ケーブルよりもはるかに使いやすいため、ソフト マイク ケーブルを使用することをお勧めします。 ケーブルの特性インピーダンスは 50 または 75 オームですが、調査対象の信号はすべて低周波領域にあるため、問題にはなりません。
3. センサーをオシロスコープまたはイグニッションアダプターに接続するためのコネクター BNC-FJ / BNCP / FC-022 アダプター F / F チューブ用 BNC ソケット (コネクターは さまざまなメーカー/販売者によって呼び方が異なります）。
BNC-M/FC-001/RG58/Fコネクタ
注記！
F コネクタとケーブルを購入するときは、ケーブルの直径とケーブルに巻き付けるコネクタの直径の対応に注意してください。そうでない場合は、ケーブルの絶縁体の一部を切り取って直径を小さくする必要があります。ケーブルにテープを巻き付けて直径を大きくします。
4.
グランド/シールドグランド/ケーブルグランド PG-7 インチネジ付き
5. 直径9～10mmの容量性プレート「パッチ」
「子豚」はブリキから切り出すか、特別なパンチを使用します (8 mm のパンチを使用するのが最適です。フレアした後、直径が 9 mm をわずかに超える「子豚」が得られます)。
適切な直径の押しピンを「ヒール」として使用することもできます。
6. 補償容量は、50 ボルトの電圧に対して公称値が 2.2 nF ～ 10 nF の無極性 (セラミックが望ましい) コンデンサです (1 kV のコンデンサを使用する場合は、高電圧ワイヤの故障が発生した場合に備えます)。 、それでも燃え尽きます）。 1206 または 0805 パッケージでは、出力コンデンサと平面コンデンサの両方を使用することができます。
製造手順：
1. シールドケーブルから編組までの絶縁体を 12 ～ 13 mm の部分で取り除きます。 下の三つ編みの部分 剥がされた絶縁体外側に回し、ケーブルに沿って均等に置きます。 信号線の絶縁体を10～11mmの部分で取り除き、錫メッキを施します。
2. コネクタ F をケーブルにしっかりと固定し、折り曲げられた編組の部分にしっかりと接触するように、ケーブルにねじ込みます。 この場合、信号線は BNC-FJ コネクタの中心ピンと確実に接触するように、F コネクタから十分に突き出す必要があります。
3. BNC-FJ コネクタを F コネクタにねじ込みます。 次に、信号線とBNC-FJコネクタの中棒との接触の有無、ケーブル編組とBNC-FJコネクタのスクリーンとの接触の有無（テスターによるコール）、信号線の接触の有無を確認します。そしてケーブル編み込み。
4. PG-7 グランドがある場合は、まずナットを緩めてケーブルに取り付けます。
5. ケーブルの反対側の絶縁体と編組を 3 ～ 5 mm の部分で取り除きます。 信号線の絶縁体を2～3mm程度剥がします。 容量性プレートを錫メッキ信号線にはんだ付けします。
必要に応じて、信号線と編組の間に補償容量をはんだ付けしてください。
6. 信号線の一部と半田付けされた補償容量を電気テープで包み、容量性プレートがぶら下がったり、電気テープの端で押されたりしないようにします。 その後、容量性プレートにグリースをたっぷりと塗布します。
固体オイルは誘電率を「改善」し、燃焼領域のジャンプを排除します。
赤いグラフは、グリースなしで爆発物センサー (Sk = 3.3 nF) から受信した信号を示しています。 青いグラフは、固体油を使用した爆発性センサー (Sk = 3.3 nF) から受信した信号を示しています。 グリースを使用しないと、燃焼面積が 20 ～ 30% 増加することがあります。
7. 容量性プレートがセンサー キャップの底部に当たるように、爆発物センサーのハンドルを配置します。 次に、PG-7 グランドを使用してケーブルをクランプするか、絶縁テープで固定します (この場合、センサーは誤ってセンサー ハンドルからケーブルを引き裂かないように、細心の注意を払って取り扱う必要があります)。
その結果、オシロスコープのアナログ入力 (Ck がある場合) または論理入力 (Ck なし) のいずれかに直接接続できる高電圧容量センサーが得られます。
