感应式接近传感器是怎么工作的？看完这张动画我瞬间明白了
感应式接近传感器的工作原理。
在自动化生产线上，常见感应式接近传感器。
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因为它具有易于安装，非接触式感应，耐污耐油气，无移动部件，使用寿命长等优点。
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比如常用它来检测金属部件的出现，或者用来计数等。?
感应接近传感器：用于凸轮轴齿轮感应。
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感应接近传感器：用于检测旋转臂的极限位置。
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感应接近传感器：用于检测电梯的位置。
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感应接近传感器：用于检测金属瓶盖是否已盖上。
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感应接近传感器：用于检测传送带输送金属零件，并可以计数。
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那么，感应接近传感器的工作原理是什么？
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01
感应接近传感器的构造
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感应式接近传感器由四个部分组成：线圈，振荡器，触发电路和输出电路。
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感应式接近传感器的构造示意图。
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线圈（Coil）
线圈埋在传感器端部，和振荡器相连，用来产生用于“感知”的交变磁场。
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振荡器（Oscillator）
振荡器一般为LC（电感电容）振荡电路。它配合线圈产生交变的电磁场。
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LC并联电路。
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LC串联电路。
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触发电路（Trigger）
触发电路感应振荡器振荡幅度的变化，并将信号提供给固态输出电路。
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输出电路（Output）
输出电路有一个晶体管，接收到触发电路的信号后，导通并输出。
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02
电感式接近传感器的工作原理
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我们再来具体看一下它是怎么工作的。
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首先，我们容易理解，线圈在通入交流电时，会产生交变磁场。
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当有金属靠近该磁场时，根据电磁感应定律，将会在金属内部感应出涡流。
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线圈通入交流电时，在其外部产生交边磁场，该磁场又在靠近它的导体内感应出涡流，涡流又产生涡流磁场，此磁场与线圈磁场相反。
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涡流产生示意图。
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涡流磁场与线圈磁场相互耦合示意图：涡流会产生与线圈磁场相反的磁场（称为次级磁场），从而有效地降低电感式传感器的电感（或称为阻抗），电感作为距离的函数而变化。
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传感器主线圈与涡流磁场相互耦合，图示为耦合电路图，耦合电路的电感和电阻与距离相关，来自TI：Introduction to inductive sensing technology: Benefits of inductive sensing as a button replacement。
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所以，传感器中的信号调节设备，会随着金属距离的变化，感应阻抗变化，并将其转换为可用的位移信号。
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这是阻抗解释法，可能对于我们这种不是电子学专业的同学来说，理解起来不那么容易。
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采用这一说法的有德州仪器（TI），卡曼（KAMAN），巴鲁夫（Balluff），和德国米铱（Micro-Epsilon）。
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还有一种说法，是从能量角度来解释。
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当金属物体靠近传感器时，在其内部感应的涡流会吸收振荡能量，使振荡减弱甚至停止。振荡与停振这两种状态，经检测电路转换成开关信号输出。
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采用能量说法的有松下，西克，欧姆龙，基恩士，施耐德等。
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感应接近传感器工作原理示意图，当金属元件靠近传感器时，感应涡流消耗能量，震荡磁场便会衰减，衰减到一定的程度时，触发内部电路输出信号，图中用导线变红表示，有些感应器会在结构上配备指示灯，方便观察状态。
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检测物体出现时震荡消失，当检测物体离开时，振荡器又开始震荡。
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线圈磁场随被测齿轮转动变化示意图。
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03
感应原理的拓展及其应用
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感应接近传感器的核心原理在“感应”二字。
其实感应还有很多应用。
比如下面这个感应式位移传感器，用于检测旋转轴的位置。
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感应位置传感器用于检测旋转轴的位置，不同的是，此处的线圈平铺在PCB板上，通电时，产生交变的磁场，用来感应轴上的金属，图片来自IDT。
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感应原理还可以用来制作感应式编码器，下图就是直线和旋转感应编码器。
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旋转感应式编码器，体积小，可用于非常极限的空间，来自POSIC。
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直线感应式编码器，体积小，非常省空间，来自POSIC。
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这种编码器因为把感应线圈盘在PCB上，占用的空间非常小，这是一大特色，对于空间有限的应用，值得考虑。
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它的具体原理今天就不讨论了，以后有机会我们再谈谈。
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当然你也可以自己探究啦，毕竟我已给出了线索。
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—END—
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主要参考资料：
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PROXIMITY SENSORS, Sick
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INDUCTIVE PROXIMITY SENSORS, Panasonic
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Technical Explanation for Proximity Sensors, OMRON
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Precise non-contact displacement sensors, Micro-Epsilon
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Introduction to inductive sensing technology: Benefits of inductive sensing as a button replacement, TI
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INDUCTIVE TECHNOLOGY HANDBOOK, KAMAN
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Inductive Sensors, IFM
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Inductive Sensors, BALLUFF
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Inductive Sensing Design Guide, www.cypress.com
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Inductive proximity sensors, Schneider
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Inductive position sensors, IDT
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What is a sensor? KEYENCE
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Inductive Proximity Sensor: Working Principle and its Application
https://engineershub.co.in/inductive-proximity-sensor-working-principle/
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LC Circuit Analysis: Series And Parallel Circuits, Equations And Transfer Function
https://www.electrical4u.com/lc-circuit-analysis/
