پروکسی سوئیچ چیست؟

پروکسی سوئیچ دستگاهی است که یک شی را بدون تماس فیزیکی تشخیص می دهد. پروکسی سوئیچ ها در دستگاه های مختلفی استفاده می شوند، از کاربردهای اصلی خانگی گرفته تا کاربردهای مقیاس بزرگ. در پروکسی سوئیچ ها از سنسور Proximity استفاده می کنیم. پروکسی سوئیچ ها طیف وسیعی از کاربردها را دارند.

پروکسی سوئیچ چگونه کار می کند؟

عملکرد اصلی پروکسی سوئیچ ها تشخیص اجسام است. تشخیص ماده یا یک شی از طریق نزدیکی منجر به شروع یک عمل خاص می شود. اقدامی که پس از شناسایی آغاز می شود از پیش تعریف شده است. تشخیص جسم با کمک حسگر پروکسی  بدون تماس فیزیکی سنسور با جسم است. تعدادی از تکنیک های سنجش در حسگر پروکسی برای عملکرد آن استفاده می شود.

 

 

بیشتر بخوانید: نحوه عملکرد پروکسی

انواع پروکسی سوئیچ:

با توجه به روش تشخیص شی غیر تماسی، پنج نوع سوئیچ مجاورت وجود دارد. آن ها هستند،

• پروکسی سوئیچ القایی.
• پروکسی سوئیچ فوتوالکتریک یا نوری.
• پروکسی سوئیچ خازنی
• پروکسی سوئیچ مغناطیسی
• پروکسی سوئیچ اولتراسونیک.

1. پروکسی سوئیچ القایی:

پروکسی سوئیچ القایی جسم فلزی را که در کنار سمت فعال آنها وجود دارد، تشخیص می دهد. این سنسور تحت اصل القایی الکتریکی عمل می کند که در آن یک جریان نوسانی نیروی الکتروموتور (EMF) را در جسم مورد نظر القا می کند. آنها از چهار جزء اصلی تشکیل شده اند: یک هسته فریت با سیم پیچ، یک نوسانگر، یک ماشه اشمیت و یک تقویت کننده خروجی.

اصل کار: نوسان ساز یک میدان مغناطیسی متقارن و نوسانی ایجاد می کند که از هسته فریت و آرایه سیم پیچ در سطح حسگر تابش می کند. هنگامی که یک هدف آهنی وارد این میدان مغناطیسی می شود، جریان های الکتریکی مستقل کوچکی (جریان های گردابی) بر روی سطح فلز القا می شود. سنسور مجاورت القایی دارای محدوده فرکانس 10 تا 20 هرتز در ac یا 500 هرتز تا 5 کیلوهرتز در جریان مستقیم  dcاست. به دلیل محدودیت‌های میدان مغناطیسی، حسگرهای القایی دامنه حسی نسبتاً باریکی دارند، از کسری از میلی‌متر تا 60 میلی‌متر به طور متوسط.

به همین دلیل باری بر حسگر وارد می شود که دامنه میدان الکترومغناطیسی را کاهش می دهد. اگر جسم فلزی به سمت سنسور مجاورت حرکت کند، جریان گردابی بر این اساس افزایش می یابد. بنابراین، بار روی نوسانگر افزایش می یابد، که دامنه میدان را کاهش می دهد.

بلوک ماشه اشمیت دامنه نوسانگر را نظارت می کند و در سطح خاصی (سطح از پیش تعیین شده) مدار ماشه سنسور را روشن یا خاموش می کند. اگر جسم یا هدف فلزی از حسگر مجاورتی دور شود، دامنه نوسانگر افزایش می یابد.

تصویر بالا شکل موج نوسانگر سنسور پروکسی را در حضور هدف و در غیاب هدف نشان می دهد.

امروزه سنسورهای پروکسی القایی با ولتاژهای کاری متفاوت در دسترس هستند. این پروکسی سوئیچ القایی در حالت های AC، DC، و AC/DC (حالت های یونیورسال) موجود هستند. محدوده عملکرد مدارهای حسگر مجاورتی از 10 ولت تا 320 ولت DC و 20 ولت تا 265 ولت AC است.

 

2.پروکسی سوئیچ فوتوالکتریک یا نوری:

سوئیچ فوتوالکتریک قادر به تشخیص اهداف فلزی و غیرفلزی است. آنها در بسیاری از برنامه ها مانند تلفن های همراه و برای سنجش سطح استفاده می شوند. در گوشی، از سنسور برای غیرفعال کردن صفحه لمسی استفاده می شود، زیرا کاربر دستگاه را به صورت نزدیک می کند.

 

اجزای اصلی این سنسور عبارتند از امیتر، آشکارساز و مرتبط با الکترونیک. امیتر (دیود ساطع نور، دیود لیزر) یک پرتو نور می فرستد. آشکارساز (دیود عکس یا فوتوترانزیستور) نور ساطع شده را تشخیص می دهد. یک الکترونیک مرتبط مورد نیاز برای تقویت سیگنال شناسایی شدهاست.

اصل کار:

سه روش اصلی سنجش حسگر مجاورتی فوتوالکتریک وجود دارد.

(I) از طریق روش پرتو

(II) روش بازتابی

(III) روش پراکنده یا انعکاسی

(I) روش از طریق پرتو:

در این نوع روش، یک ساطع کننده یک پرتو نور را مستقیماً در خط دید ساطع کننده به یک گیرنده می فرستد. هنگامی که یک جسم این پرتو نور را می شکند، به عنوان حضور تشخیص می دهد. این نوع راه‌اندازی به دو جزء نیاز دارد: یک امیتر و یک آشکارساز جداگانه، که نصب و سیم‌کشی آن را کمی پیچیده‌تر می‌کند. با این حال، مزیت این است که دقیق ترین روش سنجش با طولانی ترین محدوده سنجش است.

 

مدل‌های جدید ساطع‌کننده دیود لیزری می‌توانند یک پرتوی 60 متری به خوبی هماهنگ شده را برای افزایش دقت و تشخیص ارسال کنند. در این فواصل، برخی از حسگرهای لیزری پرتوی قادرند جسمی به اندازه یک مگس را در فاصله نزدیک، که 0.01 میلی متر می شود، تشخیص دهند. یکی از توانایی های منحصر به فرد حسگرهای فوتوالکتریک از طریق پرتو، سنجش موثر در حضور آلاینده های غلیظ موجود در هوا است.

(II) روش بازتابی:

در این روش تشخیص زمانی اتفاق می افتد که مسیر نور شکسته یا مختل شود. هر دو عنصر ساطع کننده نور و دریافت نور در یک محفظه قرار دارند. نور از عنصر ساطع کننده به بازتابنده برخورد کرده و به عنصر دریافت کننده نور باز می گردد. هنگامی که یک هدف وجود دارد، نور قطع می شود.

 

(III) روش پراکنده یا انعکاسی:

مانند حسگرها، تابش‌کننده‌ها و گیرنده‌های بازتابی که در یک مجموعه هوزینگ قرار دارند. در این روش انتشار، هر دو عنصر ساطع کننده و دریافت کننده نور در یک محفظه ثابت می شوند. سنسور نور منعکس شده از هدف را دریافت می کند.

سنسورهای فوتوالکتریک منتشر از برخی جهات شبیه سنسورهای بازتابی هستند. این به این دلیل است که مانند حسگرهای بازتابنده، یک پرتو نور را در جهت شیئی که باید تشخیص داده شود، ساطع می کنند. با این حال، به جای بازتابنده ای که برای بازتاب نور به آشکارساز استفاده می شود، جسمی که باید حس شود به عنوان بازتابنده عمل می کند و مقداری از نور را به عقب باز می گرداند تا شناسایی شود و وجود جسم را ثبت می کند.

بیشتر، سنسورهای انتشار در سینک های دستشویی عمومی استفاده می شود، جایی که آنها شیرهای اتوماتیک را کنترل می کنند. دست هایی که زیر سر اسپری قرار می گیرند به عنوان بازتابنده عمل می کنند و باعث باز شدن شیر آب می شوند. حسگرهای پراکنده تا حدودی وابسته به رنگ هستند، نسخه های خاصی برای تشخیص اهداف تیره و روشن در برنامه هایی که نیاز به مرتب سازی یا کنترل کیفیت بر اساس کنتراست دارند، مناسب هستند.

3. پروکسی سوئیچ خازنی:

پروکسی سوئیچ های خازنی حسگرها تغییرات در ظرفیت خازنی بین جسم حسگر و حسگر را تشخیص می دهند. مقدار خازن بسته به اندازه و فاصله جسم حسگر متفاوت است. یک سنسور مجاورت خازنی معمولی شبیه یک خازن با دو صفحه موازی است که در آن ظرفیت دو صفحه شناسایی می شود. یکی از صفحات جسم مورد اندازه گیری (با یک زمین خیالی) و دیگری سطح حسگر سنسور است. تغییرات را تشخیص می دهد.

در ظرفیت تولید شده بین این دو قطب. تشخیص جسم به ثابت دی الکتریک آنها بستگی دارد، اما آنها علاوه بر فلزات شامل رزین و آب نیز هستند. یک محدوده سنجش معمولی برای حسگرهای مجاورت خازنی از چند میلی متر تا حدود 1 اینچ است. (یا 25 میلی متر)، و برخی از سنسورها تا 2 اینچ برد دارند.

اصل کار: پروکسی سوئیچ خازنی شامل یک نوسانگر فرکانس بالا به همراه یک سطح حسگر است که توسط دو الکترود فلزی تشکیل شده است. هنگامی که یک جسم به سطح حسگر نزدیک می شود، وارد میدان الکترواستاتیک الکترودها می شود و ظرفیت اسیلاتور را تغییر می دهد.

 

در نتیجه مدار نوسانگر شروع به نوسان می کند و با رسیدن به دامنه مشخص، وضعیت خروجی سنسور را تغییر می دهد. با دور شدن جسم از حسگر، دامنه نوسانگر کاهش می یابد و سنسور به حالت اولیه خود باز می گردد.

 

4.پروکسی سوئیچ مغناطیسی

حسگرهای مغناطیسی با حضور یک آهنربای دائمی فعال می شوند. اینها می توانند میدان مغناطیسی را حتی از طریق مواد فرومغناطیسی و غیر فرومغناطیسی تشخیص دهند، این فقط به قدرت آهنربای دائمی بستگی دارد. علاوه بر این، این کلیدهای مجاورت مغناطیسی به طور گسترده برای تشخیص سطح مایع، نظارت بر موقعیت نهایی، محدودیت ضربه در سیلندرهای هیدرولیک و غیره استفاده می شود.

اصل کار: چندین اصل عملیاتی از جمله سوئیچ های رید، القایی GMR، عدم تمایل متغیر، مقاومت مغناطیسی یا سنسور اثر هال استفاده می شود.

عدم تمایل متغیر: حسگرهای پروکسی از یک آهنربای دائمی و یک سیم پیچ جمع‌آوری تشکیل شده‌اند. یک سنسور VR به عنوان یک پروکسی سوئیچ ساده استفاده می‌کند که می‌تواند موقعیت یک پیوند مکانیکی را در یک قطعه از تجهیزات صنعتی تعیین کند.

سنسور موقعیت میل لنگ (در موتور خودرو) برای ارائه موقعیت زاویه ای میل لنگ به واحد کنترل موتور استفاده می شود. سپس واحد کنترل موتور می تواند سرعت موتور (سرعت زاویه ای) را محاسبه کند.

یک پیکاپ که در گیتار الکتریک یا سایر آلات موسیقی استفاده می‌شود، ارتعاشات سیم‌های فلزی را تشخیص می‌دهد.

مقاومت مغناطیسی: حسگرهای مجاورت اثر مقاومت مغناطیسی یا تأثیر مقاومت یک ماده فرومغناطیسی را در حضور میدان مغناطیسی اندازه گیری می کنند.

مقاومت مغناطیسی تمایل یک ماده به تغییر مقدار مقاومت الکتریکی خود در یک میدان مغناطیسی اعمال شده خارجی است.

1. سوئیچ های رید:

سوئیچ های رید سوئیچ هایی هستند که به صورت مغناطیسی فعال می شوند. آنها معمولاً با دو رید فرومغناطیسی (تیغه های تماسی) تولید می کنند که در یک کپسول شیشه ای کار می کنند. که در آن از دو رید فرومغناطیسی کم ریلکتانس محصور شده در لامپ های شیشه ای حاوی گاز بی اثر تشکیل شده است.

یک میدان مغناطیسی از یک آهنربای الکتریکی یا یک آهنربای دائمی باعث می شود که رید ها یکدیگر را جذب کنند تا یک مدار الکتریکی ایجاد شود. نمونه ای از کاربرد سوئیچ رید، تشخیص باز شدن یک در است، زمانی که به عنوان سوئیچ پروکسی برای زنگ امنیتی استفاده می شود.

2- اثر مقاومت مغناطیسی Giant:

سنسورهای مغناطیسی از فناوری GMR (اثر مقاومت مغناطیسی Giant) استفاده می کنند. سلول اندازه گیری از مقاومت هایی با چندین لایه بسیار ظریف، فرومغناطیسی و غیر مغناطیسی تشکیل شده است.

دو تا از این مقاومت‌های GMR برای تشکیل یک مدار پل وتستون معمولی استفاده می‌کنند که سیگنال بزرگی متناسب با میدان مغناطیسی در زمان وجود میدان مغناطیسی تولید می‌کند. یک مقدار آستانه تعیین می کند و یک سیگنال خروجی از طریق مقایسه کننده سوئیچ می کند.

کاربرد اصلی GMR حسگرهای میدان مغناطیسی است که برای خواندن داده ها در هارد دیسک، حسگرهای زیستی، سیستم های میکروالکترومکانیکی (MEMS) و سایر دستگاه ها استفاده می شود. ساختارهای چند لایه GMR همچنین در حافظه دسترسی تصادفی با مقاومت مغناطیسی (MRAM) به عنوان سلول هایی که یک بیت اطلاعات را ذخیره می کنند، استفاده می کنند.

3. اثر هال:

سنسور اثر هال وسیله ای است که برای اندازه گیری بزرگی میدان مغناطیسی استفاده می شود. ولتاژ خروجی آن با شدت میدان مغناطیسی از طریق آن نسبت مستقیم دارد.

سنسورهای اثر هال برای کاربردهای سنجش مجاورت، موقعیت یابی، تشخیص سرعت و سنجش جریان استفاده می شود. اغلب، سنسور هال با تشخیص آستانه ترکیب می شود تا به عنوان یک سوئیچ عمل کند.

5. سوئیچ مجاورت اولتراسونیک:

پروکسی سوئیچ اولتراسونیک شامل یک سنسور اولتراسونیک است که در فرکانس 40 کیلوهرتز کار می کند. از دو مبدل اولتراسونیک مخصوص ساخته شده استفاده می کند: یکی از مبدل ها صدای 40 کیلوهرتز را منتشر می کند، در حالی که دیگری صدای 40 کیلوهرتز را دریافت می کند و آن را به تغییرات الکتریکی با همان فرکانس تبدیل می کند. سنسورهای پروکسی اولتراسونیک با انتشار و دریافت امواج صوتی با فرکانس بالا کار می کنند.

 

اصل کار: سنسورهای پروکسی اولتراسونیک امواج صوتی را منتشر و دریافت می کنند. سیگنال حامل یک موج صوتی با فرکانس بالا و نامفهوم است. آنها وجود شی هدف را در یکی از دو پیکربندی تشخیص می دهند.

حسگرهای پراکنده یا انعکاسی فرستنده و گیرنده را در یک محفظه بسته بندی می کنند. هنگامی که یک هدف وارد محدوده سنجش دستگاه می شود، امواج اولتراسونیک به حسگر منعکس می شود.

سنسورهای مخالف یا Thru-Beam فرستنده و گیرنده را جداگانه بسته بندی می کنند. گیرنده رو به فرستنده نصب می شود و هنگامی که یک جسم وارد محدوده حسگر حسگر مخالف می شود، سیگنال ارسالی را مسدود می کند. به جای فعال کردن ماشه هنگام دریافت فرکانس، ماشه زمانی که سیگنال شکسته می شود فعال می شود.