接近开关：位置检测传感器

在工程技术领域中，把能感受被测量（包括电量和非电量）信息并将其转换成与之有确定关系的电量输出的装置，称为传感器。传感器技术对控制系统各项功能的实现起着重要作用，被看作是人类感觉器官的延续。传感器的种类很多，在这里只介绍可以进行运动部件位置检测的接近开关。接近开关可以在被测物体与之有一定距离时就输出电信号，控制系统则根据接近开关是否有电信号输出来判断被检测物体是否到达指定位置。

6.4.1.1　常用接近开关简介

（1）电感式接近开关

电感式接近开关的组成及工作原理如表6-2所示。

表6-2　电感式接近开关的组成及工作原理

电感式接近开关的外形如图 6-1 所示。

图6-1　电感式接近开关的外形

（2）电容式接近开关

电容式接近开关的组成及工作原理如表 6-3 所示。

表6-3　电容式接近开关的组成和工作原理

电容式接近开关的外形如图6-2所示。

图6-2　电容式接近开关的外形

（3）光电开关

光电开关是光电接近开关的简称，它由发射器、接收器和检测电路三部分组成。光电开关利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路接通电路，从而检测物体的有无。被检测物体不限于金属，所有能反射光线（或者对光线有遮挡作用）的物体均可以被检测。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。例如，安防系统中常见的光电开关烟雾报警器，在工业生产中经常用光电开关来计数机械臂的运动次数。

图 6-3 所示为光电开关的工作原理示意图。图中，由振荡回路产生的调制脉冲经反射电路后，用数字积分光电开关或RC积分方式排除干扰，最后经延时（或不延时）触发驱动器输出光电开关控制信号。

图6-3　反射式光电开关的工作原理示意图

光电开关一般都具有良好的回差特性，因而即使被检测物在小范围内晃动也不会影响驱动器的输出状态，从而可使其保持在稳定工作区；同时，其自诊断系统还可以显示受光状态和稳定工作区，以随时监视光电开关的工作状态。

光电开关按检测方式可分为漫射式、对射式、镜面反射式、槽式和光纤式。

对射式光电开关由发射器和接收器组成，两者在结构上是相互分离的。对射式光电开关在光束被中断的情况下会产生一个开关信号。其典型的工作方式是位于同一轴线上的光电开关可以相互分开达50 m。

对射式光电开关的特点是：① 能辨别不透明的反光物体；② 有效距离大，因为光束跨越感应距离的时间仅一次；③ 不易受干扰，可以可靠地使用在野外或者有灰尘的环境中；　 ④ 装置的消耗高，两个单元都必须敷设电缆。(www.xing528.com)

对射式光电开关的外形如图6-4所示。

图6-4　对射式光电开关的外形

漫射式光电开关是当开关发射光束时，目标产生漫反射，发射器和接收器构成单个的标准部件，当有足够的组合光返回接收器时，开关状态发生变化。漫射式光电开关的作用距离一般为 3 m。

漫射式光电开关的特点是：① 有效作用距离由目标的反射能力决定，即由目标表面的性质和颜色决定；② 较小的装配开支，当开关由单个元件组成时，通常可以达到粗定位；　　　③ 采用背景抑制功能调节测量距离；④ 对目标上的灰尘敏感，对目标变化了的反射性能敏感。

漫射式光电开关的外形如图6-5所示。

图6-5　漫射式光电开关的外形

镜面反射式光电开关由发射器和接收器构成，从发射器发出的光束在对面的射镜被反射，即返回接收器，当光束被中断时会产生一个开关信号。其光的通过时间是信号持续时间的　2倍，有效作用距离为 0.1～20 m。

镜面反射式光电开关的特点是：① 能辨别不透明的物体；② 借助反射镜部件，形成较大的有效距离范围；③ 不易受干扰，可以可靠地使用在野外或者有灰尘的环境中。

镜面反射式光电开关的外形如图6-6所示。

图6-6　镜面反射式光电开关的外形

光纤式光电开关采用塑料或玻璃光纤传感器来引导光线，以实现对不在相近区域的被检测物体的检测。通常光纤传感器分为对射式和漫反射式，其外形如图 6-7 所示。

图6-7　光纤传感器的外形

6.4.1.2　接近开关的电路连接

接近开关有两线制和三线制之别。三线制接近开关又分为NPN型和PNP型，它们的电路接线是不同的。

三线制接近开关的接线：红（棕）线接电源正端；蓝线接电源 0 V 端；黄（黑）线为信号，应接负载。而负载的另一端是这样连接的：对于NPN型接近开关，应接到电源正端；对于PNP型接近开关，则应接到电源 0 V 端。

接近开关的负载可以是信号灯、继电器线圈或可编程控制器PLC的数字量输入模块。需要特别注意对接到PLC数字输入模块的三线制接近开关的型式选择。PLC数字量输入模块一般可分为两类：一类是公共输入端为电源 0 V，电流从输入模块流出（日本模式），此时，一定要选用NPN型接近开关；另一类的公共输入端为电源正端，电流流入输入模块，即阱式输入（欧洲模式），此时，一定要选用PNP型接近开关。接近开关的接线如图6-8所示。

图6-8　接近开关接线图

两线制接近开关受工作条件的限制，导通时开关本身产生一定压降，截止时又有一定的剩余电流流过，选用时应予考虑。三线制接近开关虽多了一根线，但不受剩余电流之类不利因素的困扰，工作更为可靠。