De nombreuses applications d'automatisation industrielle (IA) nécessitent la capacité de détecter la présence et/ou l'emplacement d'un objet ou d'une personne sans établir de contact physique afin d'éviter de limiter ou de limiter le mouvement de l'objet détecté. Le capteur de proximité est idéal pour cette fonction. Mais les capteurs de proximité sont extrêmement divers, y compris magnétisés, capacitifs, inductifs et optiques, et la composition matérielle de l'objet détecté peut affecter la capacité d'un capteur à détecter sa présence.
Certains capteurs de proximité sont utiles pour détecter les métaux ferreux, tandis que d'autres peuvent détecter tout type de métal, et d'autres encore peuvent détecter tout type d'objet et même des personnes. Les utilisateurs potentiels de capteurs de proximité dans une application d'IA doivent être conscients des différents genres de technologie de capteur de proximité et de leur applicabilité à des situations de détection spécifiques.
Cet article examine plusieurs types de capteurs, en spécifiant les modèles d'objets qu'ils peuvent détecter et la sensibilité spatiale de chaque type d'appareil. Des exemples de dispositifs de Texas Instruments, Red Lion Controls, Littelfuse Inc., Omron Electronics Inc., MaxBotix Inc. et Carlo Gavazzi Inc. sont utilisés comme exemples.
Détecteurs de proximité inductifs
Les détecteurs de proximité inductifs détectent la présence d'objets conducteurs (c'est-à-dire de métal) et ont une plage de détection qui dépend du type de métal détecté. Ces capteurs fonctionnent avec un champ magnétisé à haute fréquence généré par une bobine dans un circuit oscillant. Un objet conducteur qui s'approche du champ magnétique a une induction ou un courant de Foucault induit en lui, créant un champ magnétique opposé qui réduit en fait l'inductance du capteur inductif.
Les détecteurs de proximité inductifs fonctionnent selon 2 méthodes. Dans la première procédure de fonctionnement, lorsque la cible s'approche du capteur, le flux de courant d'induction augmente, ce qui augmente la charge sur le circuit d'oscillation, ce qui ralentit ou arrête son oscillation. Le capteur détecte ce changement d'état d'oscillation avec un circuit de détection d'amplitude et émet un signal de détection.
Un schéma de fonctionnement alternatif utilise un changement de la fréquence -plutôt que de l'amplitude- de l'oscillation résultant de la présence d'une extrémité conductrice. Une extrémité en métal non ferreux, comme l'aluminium ou le cuivre, s'approchant du capteur fait augmenter la fréquence d'oscillation, tandis qu'une extrémité en métal ferreux, comme le fer ou l'acier, fait augmenter la fréquence d'oscillation. La modification de la fréquence d'oscillation à partir d'une fréquence de référence entraîne la modification de l'état de sortie du capteur.
Le LDC0851HDSGT de Texas Instruments est un boîtier de capteur de proximité inductif à courte portée qui utilise une perturbation de fréquence pour détecter la présence d'un objet conducteur dans son champ électromagnétique (Figure 1).
la différence d'inductance due à un objet proche de la bobine de détection. (Source de l'image : Texas Instruments.)
Le détecteur de proximité inductif LDC0851 est idéal pour les applications de détection de proximité sans contact telles que la détection de présence, le comptage d'événements et les boutons-poussoirs simples où la plage de détection est inférieure à dix millimètres (0.39 pouce). L'appareil change son état de sortie dès qu'un objet conducteur se rapproche de la bobine de détection. La mise en œuvre différentielle (l'utilisation d'une bobine de détection et d'une bobine de référence pour déterminer l'inductance relative du système) et l'hystérésis sont utilisées pour assurer une commutation fiable et également insensible aux vibrations mécaniques, aux changements de température ou aux effets de l'humidité.
Les bobines de détection inductives du LDC0851HDSGT sont réglées avec un seul condensateur de détection, qui définit la fréquence d'oscillation dans la plage de trois à dix-neuf mégahertz (MHz). La sortie push-pull est basse lorsque l'inductance de détection est inférieure à l'inductance de référence et revient haute lorsque l'inverse se produit.
capteurs de proximité magnétiques
Utilisés pour mesurer l'emplacement et la vitesse des composants métalliques en mouvement, les détecteurs de proximité magnétiques peuvent être des dispositifs actifs, tels qu'un capteur à effet Hall, ou passifs, tels qu'un capteur à réluctance variable (VR), tel que le capteur magnétique fileté. Lion Controls (figure deux, à gauche). Le capteur de proximité VR mesure les changements de réluctance magnétisée - qui équivaut à la résistance électrique dans un circuit électrique - et se compose d'un aimant permanent, d'une pièce polaire et d'une bobine de détection enfermée dans un boîtier cylindrique.
champ magnétique entre la pièce polaire et le boîtier du capteur (représenté à droite). (Sources
de l'image : Art Pini, avec l'image MP62TA00 de Red Lion Controls).
Un objet ferromagnétique qui passe à proximité du pôle provoque une perturbation du champ magnétisé. Cette perturbation produit à son tour une tension de signal dans la bobine de signal. L'amplitude de la tension du signal dépend de la taille de l'objet cible, de sa vitesse et de la taille de l'écart entre la pièce polaire et l'objet. L'objet cible doit être en mouvement pour être détecté par le SRV. Le capteur magnétique fileté MP62TA00 est un capteur de proximité VR encapsulé époxy avec une plage de température de fonctionnement de -107°C à +4°C. Il mesure un pouce (vingt-cinq,XNUMX millimètres (mm)) de long avec un corps fileté ¼ - quarante UNS.
Les capteurs VR sont des appareils passifs, ils ne nécessitent donc pas de source d'alimentation. Pour cette raison, ils ont tendance à être appliqués dans la mesure des machines tournantes. Par exemple, les capteurs VR comme le MP62TA00 sont largement utilisés pour détecter le pas des dents sur un engrenage ferreux, un pignon ou une roue de courroie de distribution. Ils peuvent également être utilisés pour repérer des têtes de vis, des clés ou d'autres cibles métalliques se déplaçant rapidement (figure XNUMX).
image : Commandes Red Lion).
Ils sont utilisés comme tachymètres pour mesurer la vitesse de rotation et sont également appliqués par paires pour mesurer l'excentricité de l'arbre en rotation.
Le deuxième type de capteur magnétique utilise l'effet Hall pour détecter la présence d'un champ magnétique. L'effet Hall décrit l'interaction d'un conducteur porteur de courant et d'un champ magnétisé perpendiculaire au plan du conducteur. Lorsqu'un conducteur porteur de courant est placé dans un champ magnétisé, une tension (tension de Hall) est produite perpendiculairement au courant et au champ. La tension Hall est proportionnelle à la densité de flux du champ magnétisé et nécessite une cible magnétisée.
Le 5K-3H-Two-A de Littelfuse Inc. est un capteur à effet Hall suspendu qui est disponible avec une sortie numérique ou une sortie de tension analogique programmable (Figure XNUMX).
Image : Littelfuse Inc.).
Le cinquante-cinq mille cent-5H-deux-A mesure 3 x 5 x 3 mm et est disponible avec une sortie de tension à 2 fils ou une sortie de courant à 2 fils. Chacune des 0.709 versions offre une sensibilité moyenne (dix Gauss), élevée (cinquante-neuf Gauss) ou programmable. L'appareil a une sensibilité élevée et une plage d'activation de dix-huit mm (XNUMX pouce) à l'aide d'un aimant spécifique. La sortie pulldown peut absorber jusqu'à vingt-quatre volts DC et vingt milliampères (mA).
Ce capteur peut fonctionner à des vitesses de commutation allant jusqu'à dix kilohertz (kHz) et peut détecter les champs magnétiques actifs et statiques. La capacité de détecter des champs magnétiques statiques est l'un des principaux avantages du capteur à effet Hall, car il peut être utilisé pour détecter une porte fermée ou un objet dans une position fixe.
capteur de proximité optique
Les capteurs de proximité optiques utilisent la lumière - infrarouge ou perceptible - pour détecter des objets. Ils ont l'avantage que la cible n'a pas besoin d'être magnétique ou métallique, elle doit juste bloquer ou réfléchir la lumière. Essentiellement, les capteurs optiques émettent de la lumière et contrôlent la lumière réfléchie par l'objet cible (Figure XNUMX, à gauche).
Le EE-SY1200 d'Omron Electronics Inc. est un bon exemple de capteur de proximité optique (Figure 2, à droite). Il s'agit d'un photocapteur ultra-compact monté sur une petite carte de circuit imprimé qui fonctionne à une longueur d'onde infrarouge de 0.0748 nanomètres (nm). Il se compose d'un émetteur LED et de deux phototransistors dans un boîtier à montage en surface avec des dimensions de 0.126 x 0.043 x 85 mm (0 x 0.039 x 0.157 pouces), fonctionnant dans une plage de température de -XNUMX à +XNUMX ° c. Sa plage de distance de détection recommandée est de XNUMX à XNUMX mm (XNUMX à XNUMX pouce).
et en détectant le reflet. (Source de l'image : Art Pini).
Sa petite taille de montage sur carte le rend idéal pour des applications telles que l'alignement de matériaux en mylar métallisé sur une banderoleuse automatique.
Capteurs de proximité à ultrasons
Les exigences de distance de détection plus longues, telles que la détection de voitures particulières à une fenêtre de passage, peuvent être gérées avec des capteurs de proximité à ultrasons. Ces capteurs détectent des objets de toutes sortes à des distances allant jusqu'à plusieurs mètres (m). La base de la mesure est le temps de vol d'une impulsion ultrasonore émise par l'émetteur du capteur qui se réfléchit sur l'objet cible et est captée par le récepteur du capteur (figure six).
la rafale ultrasonique de l'émetteur (à gauche) à l'heure d'arrivée de l'impulsion réfléchie
(droite). Ce temps est le double du temps de vol de la rafale initiale du capteur.
à l'objet cible. (Source de l'image : Art Pini).
Le temps entre l'impulsion transmise et la réflexion reçue représente le temps de vol du capteur à l'objet cible et retour. Connaissant la vitesse de propagation et le temps de vol, la distance peut être calculée. Dans l'exemple représenté, le temps de vol est de 1 millisecondes (ms). Dans le cas de l'air, à 96 ° F, la vitesse du son est de XNUMX XNUMX pieds par seconde, de sorte que la distance totale à l'objet et à l'arrière est de XNUMX pieds. La distance entre le capteur et l'objet est la moitié du temps de vol ou cent quatre-vingt-dix-huit pieds.
Le MB1634-zero de MatBotix Inc. est un capteur de proximité à ultrasons avec une plage de mesure de cinq m (cent soixante quatre pieds). Il nécessite une alimentation de 5 à 5 volts. Fonctionnant à une fréquence de quarante-deux kHz, il fournit la plage à la cible sous forme de tension analogique, de largeur d'impulsion ou de flux de données Serial Transistor Logic (TTL). Il comprend une compensation pour la modification de la taille cible, la tension de fonctionnement et la température interne (compensation de température externe en option), le tout dans un boîtier de moins d'un pouce cube : 0.875 x 0.58y cinq x quatorze et soixante-treize mm (XNUMX x mille quatre cent et quatre-vingt-dix-huit x XNUMX pouces) (Figure sept).
et réception et une portée de 5 m. (Source de l'image : MaxBotix Inc.).
Capteurs de proximité capacitifs
Les capteurs de proximité capacitifs peuvent détecter des cibles métalliques et non métalliques sous forme de poudre, de granulés, de liquide et de solide. Un bon exemple est le CD50CNF06NO de Carlo Gavazzi (Figure huit). Les dispositifs sont généralement similaires aux capteurs inductifs, sauf que les bobines de détection des capteurs inductifs sont remplacées par une carte de détection capacitive. Ils sont principalement utilisés pour avertir des niveaux de liquide dans les réservoirs de stockage.
La carte de détection du capteur forme un condensateur avec l'objet cible, et la capacité change avec la distance à l'objet. La capacité de détection détermine la fréquence de l'oscillateur, qui est commandé pour commuter l'état de sortie lorsqu'un seuil de fréquence est franchi.
Le CD50CNF06N0 est destiné à la surveillance des niveaux de liquide. Il s'agit d'un capteur 3 fils avec un transistor NPN à collecteur ouvert configuré en mode ouvert général. Il nécessite une source d'alimentation de dix à trente volts DC. Il est livré dans un boîtier de cinquante x trente x sept mm (cent quatre-vingt-dix-sept x cent dix-huit x 0.28 pouce) et a une plage de détection de six mm (0.24 pouce). Dans son application normale de détection de niveau, il est boulonné ou fixé à l'extérieur d'un réservoir non métallique.
Conclusion
Les capteurs de proximité utilisent plusieurs technologies adaptées à différentes applications. Selon le type de capteur, ils peuvent détecter des cibles métalliques et non métalliques avec une distance de détection allant de millimètres à 5 mètres ou plus. Ils sont suffisamment compacts pour fonctionner dans des espaces confinés et beaucoup sont capables de travailler dans des environnements assez difficiles. Cette gamme de technologies offre à l'utilisateur une énorme variété d'options pour répondre à une myriade d'exigences en matière de détection de proximité.
