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Induktiv, kapazitiv, Ultraschall, IR? Dies sind die gebräuchlichsten Arten von Näherungssensoren, die heute für verschiedene Anwendungen verwendet werden, von der Annäherungsmessung mit Andriod und iPhone bis hin zur Abstandsmessung und Objekterkennung mit Arduino. Daher ist es sehr wichtig, einen Sensor auszuwählen, der leicht anzuschließen, genau und zuverlässig ist, um die beabsichtigten Anwendungen zu erfüllen.

In diesem Leitfaden werde ich die verschiedenen Arten von Näherungssensoren, ihre Verwendungszwecke und ihren Preis abdecken, mit Empfehlungen, um Ihre Entscheidung zu erleichtern!

Dieser Leitfaden wird die folgenden Komponenten abdecken:

• Was sind Näherungssensoren?
• Typen von Näherungssensoren
• Wie man einen Näherungssensor auswählt
• Lobende Erwähnungen
• Näherungssensoren im Vergleich (Zusammenfassung)

Näherungssensoren sind Sensoren, die die Bewegung/Anwesenheit von Objekten ohne physischen Kontakt erkennen und die erfassten Informationen in ein elektrisches Signal weiterleiten. Sie können auch als Näherungsschalter definiert werden, eine Definition, die von den japanischen Industriestandards (JIS) für alle berührungslos detektierenden Sensoren gegeben wurde

• Klangt das kompliziert? Näherungssensor bedeutet ganz einfach: Ein Sensor, der Informationen ohne physischen Kontakt erkennt, erfasst und weiterleitet!

Merkmale des Näherungssensors

Um besser zu verstehen, worum es bei einem Näherungssensor geht, werfen wir einen Blick auf seine Merkmale. Nachfolgend sind seine Merkmale aufgeführt, wobei einige im Vergleich zu herkömmlichen optischen/kontaktbehafteten Sensoren einzigartig sind:

Berührungslose Abtastung

Berührungslose Näherungsabtastung ermöglicht die Erkennung ohne Berührung des Objekts,

Unbeeinflusst von der Oberflächenbeschaffenheit

Näherungssensoren sind nahezu unbeeinflusst von der Oberflächenfarbe von Objekten, da sie hauptsächlich physikalische Veränderungen erfassen

Eignung für einen breiten Anwendungsbereich

Näherungssensoren sind im Gegensatz zur herkömmlichen optischen Erfassung für feuchte Bedingungen und einen großen Temperaturbereich geeignet.

Näherungssensoren sind auch in Handys einsetzbar, sei es in Andriod- oder IOS-Geräten. Sie bestehen aus einer einfachen IR-Technologie, die das Display entsprechend der Nutzung ein- und ausschaltet. Zum Beispiel schaltet er Ihr Display aus, wenn ein Telefonat läuft, so dass Sie nicht versehentlich etwas aktivieren, während Sie es in der Nähe Ihrer Wangen platzieren!

Längere Lebensdauer

Da ein Näherungssensor Halbleiterausgänge verwendet, gibt es keine beweglichen Teile, die vom Betriebszyklus abhängig sind. Im Vergleich zu Schaltern, bei denen ein Kontakt für die Abtastung erforderlich ist, bieten Näherungssensoren eine höhere Reaktionsgeschwindigkeit.

Typen von Näherungssensoren

Nachdem wir nun verstanden haben, was Näherungssensoren sind, werden wir uns näher mit den verschiedenen Typen befassen, von denen jeder für seine spezifischen Anwendungen und Umgebungen gut geeignet ist.

Bereit?

Induktive Näherungssensoren

Induktive Näherungssensoren sind berührungslose Sensoren, die nur Metallobjekte erkennen. Sie beruhen auf dem Induktionsgesetz, das eine Spule mit einem Oszillator antreibt, sobald sich ein metallisches Objekt nähert.

Es gibt zwei Versionen und er besteht aus 4 Hauptkomponenten:

Versionen:

• Ungeschirmt: Das von der Spule erzeugte elektromagnetische Feld ist uneingeschränkt, was größere und breitere Erfassungsabstände ermöglicht
• Geschirmt: Das erzeugte elektromagnetische Feld konzentriert sich auf die Vorderseite, wobei die Seiten der Sensorspule abgedeckt sind

Komponenten:

• Er besteht aus 4 Hauptkomponenten, wie im Bild zu sehen; Spule, Oszillator, Schmitt-Trigger und Ausgangsschaltkreis

Wie funktioniert der induktive Näherungssensor?

1. Ein Wechselstrom wird der Spule zugeführt, wodurch ein elektromagnetisches Erfassungsfeld erzeugt wird
2. Wenn sich ein Metallobjekt dem Magnetfeld nähert, bauen sich Wirbelströme auf, die zu einer Änderung der Spuleninduktivität führen
3. Wenn sich die Spuleninduktivität ändert, löst der Schaltkreis, der kontinuierlich überwacht wurde, den Ausgangsschalter des Sensors aus

*Hinweis: Auch wenn kein Zielobjekt vorhanden ist, schwingen induktive Sensoren weiter. Der Schalter wird nur ausgelöst, wenn ein Objekt vorhanden ist.

Gängige Anwendungen:

• Industrielle Anwendungen
  • Produktionsautomatisierungsmaschinen, die Produkte zählen, Produkttransfers
• Sicherheitsanwendungen
  • Erkennung von Metallobjekten, Waffen, Landminen usw.

Vorteile induktiver Näherungssensoren

• Berührungslose Erfassung
• Anpassungsfähigkeit an die Umgebung; Widerstandsfähig gegen die in industriellen Bereichen üblichen Bedingungen wie Staub und Schmutz
• Fähig und vielseitig in der Metallerfassung
• Angesichts des Preises sehr günstig
• Keine beweglichen Teile, dadurch längere Lebensdauer

Nachteile induktiver Näherungssensoren

• Mangelhafter Erfassungsbereich, im Durchschnitt bis zu 80mm
• Kann nur Metallobjekte erfassen
• Die Leistung kann durch äußere Bedingungen beeinträchtigt werden; extreme Temperaturen,
  Schneideflüssigkeiten oder Chemikalien

Induktive Sensoren, die bei Seeed angeboten werden

Grove – 2-Kanal Induktiver Sensor (LDC1612)

Hier bei Seeed bieten wir diesen induktiven Sensor an, der es ermöglicht, die Leistungs- und Zuverlässigkeitsvorteile der induktiven Abtastung bei minimalen Kosten und Stromverbrauch zu realisieren.

Dieser Sensor ist nicht nur für den Näherungssensor geeignet, sondern auch Arduino-kompatibel und bietet viele weitere Möglichkeiten!

Sind Sie an weiteren Informationen interessiert? Auf unserer Produktseite finden Sie weitere Informationen!

Kapazitive Näherungssensoren

Kapazitive Näherungssensoren sind berührungslose Sensoren, die sowohl metallische als auch nicht-metallische Objekte, einschließlich Flüssigkeiten, Pulver und Granulat, erkennen. Sie funktionieren durch Erkennung einer Kapazitätsänderung.

Ähnlich wie induktive Sensoren besteht er aus einem Oszillator, einem Schmitt-Trigger und einem Ausgangsschaltkreis. Der einzige Unterschied besteht darin, dass er 2 Ladeplatten (1 interne, 1 externe) zur Kapazitätserfassung enthält:

• Interne Platte, die mit dem Oszillator verbunden ist
• Externe Platte (Sensorelektroden), die als Abtastfläche verwendet wird

Wie funktionieren kapazitive Näherungssensoren?

1. Kapazitiver Näherungssensor erzeugt ein elektrostatisches Feld
2. Wenn sich ein Objekt (leitend/nicht leitend) dem Erfassungsbereich nähert, erhöht sich die Kapazität beider Platten, was zu einer Amplitudenverstärkung des Oszillators führt
3. Die resultierende Amplitudenverstärkung löst den Sensorausgangsschalter aus

*Hinweis: Kapazitive Sensoren schwingen nur, wenn das Zielobjekt vorhanden ist

Gebräuchliche Anwendungen:

• Industrielle Anwendungen
  • Produktionsautomatisierungsmaschinen, die Produkte zählen, Produkttransfers
  • Abfüllvorgänge, Pipelines, Druckfarben usw.
  • Flüssigkeitsstand, Zusammensetzung, und Druck
• Feuchtigkeitskontrolle
• Nicht-invasive Erkennung von Inhalten
• Berührungsanwendungen

Vorteile von kapazitiven Näherungssensoren

• Berührungslose Erkennung
• Eine breite Palette von Materialien kann erkannt werden
• Möglichkeit der Erkennung von Objekten durch nichtmetallische Wände mit seinem breiten Empfindlichkeitsband
• Gut geeignet für den Einsatz in einer industriellen Umgebung
• Enthält ein Potentiometer, mit dem der Benutzer die Sensorempfindlichkeit einstellen kann, so dass nur gewünschte Objekte erfasst werden
• Keine beweglichen Teile, was eine längere Lebensdauer gewährleistet

Nachteile von kapazitiven Näherungssensoren

• Relativ geringe Reichweite, wenn auch inkrementelle Steigerung gegenüber induktiven Sensoren
• Höherer Preis im Vergleich zu induktiven Sensoren

Kapazitive Sensoren bei Seeed

Grove – Kapazitiver Feuchtesensor (korrosionsbeständig)

Da wir nun verstanden haben, dass kapazitive Näherungssensoren in der Lage sind, Feuchtigkeit zu kontrollieren, brauchen wir natürlich auch einen Sensor für ihre Anwendungen!

Hier kommt The Grove – Kapazitiver Feuchtigkeitssensor (korrosionsbeständig) ins Spiel. Es ist ein Bodenfeuchtesensor, der auf Kapazitätsänderungen basiert. Im Vergleich zu resistiven Sensoren ist er nicht nur korrosionsbeständig, sondern bietet auch eine breite Palette von Anwendungen!

Interessiert, mehr zu erfahren? Besuchen Sie unsere Produktseite hier!

Grove – 12 Key Capacitive I2C Touch Sensor V2 (MPR121)

Suchen Sie ein Modul, das mehr kann als nur kapazitiven Näherungssensor? Wir haben genau das!

Der Grove – 12 Key Capacitive I2C Touch Sensor V2 (MPR121) ist ein 3-in-1-Modul mit den folgenden Funktionen: Kapazitätssensorik, Berührungssensorik und Annäherungssensorik.

Um mehr darüber zu erfahren, können Sie hier unsere Produktseite besuchen!

Ultraschall-Näherungssensoren

Der dritte auf dieser Liste ist der Ultraschall-Näherungssensor, der das Vorhandensein von Objekten durch das Aussenden von Hochfrequenz-Ultraschallbereich erkennt. Dies geschieht durch die Umwandlung von elektrischer Energie. Ähnlich wie kapazitive Sensoren können sie auch Objekte in fester, flüssiger, körniger oder granulierter Form erkennen.

Sie sind wahrscheinlich die einfachsten von allen und bestehen nur aus einem Ultraschallsender und einem Ultraschallempfänger.

Wie funktioniert der Ultraschall-Näherungssensor?

1. Der Schallwandler sendet Schallwellen aus
2. Die Schallwellen prallen vom Objekt ab
3. Die abgeprallte Welle wird dann zum Sensor zurückgesendet
4. Die Zeit, die es Zeit, die für das Aussenden und Empfangen von Schallwellen benötigt wurde, wird dann zur Bestimmung der Entfernung/Nähe verwendet

Gängige Anwendungen

• Entfernungsmessung
• Anemometer für Windgeschwindigkeit und Richtung
• Automatisierung von Produktionsprozessen
• Flüssigkeitsdetektion
• Unbemannte Luftfahrzeuge (UAVs) zur Objektüberwachung
• Robotik

Vorteile von Ultraschall-Näherungssensoren

• Berührungslose Erkennung
• Unbeeinflusst von Objektfarbe und -transparenz
• Unbeeinflusst von äußeren Umweltbedingungen, zuverlässige Lösung
  • funktioniert auch unter extremen Bedingungen
  • kann in dunklen Umgebungen eingesetzt werden
• geringer Stromverbrauch

Nachteile eines Ultraschall-Näherungssensors

• begrenzter Erfassungsbereich, obwohl er eine höhere Reichweite hat als im Vergleich zu induktiven und kapazitiven Sensoren
• Funktioniert nicht im Vakuum, da Ultraschallsensoren über Schallwellen arbeiten
• Nicht in der Lage, die Entfernung von weichen Objekten oder solchen mit extremer Struktur zu messen

Ultraschallsensoren, die bei Seeed

Grove – Ultrasonic Sensor angeboten werden: Verbesserte Version des HC-SR04

Mit erheblichen Vorteilen gegenüber dem traditionellen HC-SR04 Ultraschallsensor ist der Grove – Ultraschallsensor das perfekte Ultraschallmodul nicht nur für die Näherungsmessung, sondern auch für die Abstandsmessung und den Ultraschalldetektor!

Interessiert, mehr zu erfahren? Schauen Sie sich die folgenden Ressourcen an:

• Produktseite
• Blog Post über seine Eigenschaften, Vergleiche mit HC -SR04

IR Näherungssensor

IR, kurz für Infrarot, erkennt die Anwesenheit eines Objekts, indem er einen Strahl aus Infrarotlicht aussendet. Er funktioniert ähnlich wie ein Ultraschallsensor, nur dass er keine Schallwellen, sondern Infrarotwellen aussendet.

Infrarot-Näherungssensoren bestehen aus einer IR-LED, die Licht aussendet, und einem Lichtdetektor zur Erkennung der Reflexion. Er hat eine eingebaute Signalverarbeitungsschaltung, die einen optischen Punkt auf dem PSD bestimmt.

Wie funktionieren IR-Näherungssensoren?

1. Infrarotlicht wird vom IR-LED-Sender ausgestrahlt
2. Der Lichtstrahl trifft auf das Objekt und wird in einem Winkel reflektiert
3. Das reflektierte Licht erreicht den Lichtdetektor
4. Der Sensor im Lichtdetektor bestimmt die Position/Entfernung des reflektierenden Objekts

Gängige Anwendungen

• Entfernungsmessung
• Entfernungsmesser; Wenn ein Objekt das strahlende Licht schneidet, zählt es als eins
• Sicherheitssysteme wie Überwachung, Einbruchsalarm usw.
• Überwachungs- und Steuerungsanwendungen

Vorteile von IR-Näherungssensoren

• Berührungslose Erkennung
• Anwendbar für Tag- und Nachteinsätze
• Gesicherte Kommunikation durch eine Sichtlinie
• Fähig zur die Entfernung zu weichen Objekten zu messen, im Gegensatz zu Ultraschall-Näherungssensoren
• Genauigkeit des Infrarotsensors wird nicht durch Korrosion oder Oxidation beeinträchtigt

Nachteile von IR-Näherungssensoren

• Beeinträchtigt durch Umgebungsbedingungen und harte Objekte, Dies bedeutet, dass sie nicht durch Wände oder Türen hindurch verwendet werden können
• Erfordert Sichtverbindung zwischen Sender und Empfänger für die Kommunikation
• Leistungseinbußen bei größeren Entfernungen

Infrarot-Näherungssensor bei Seeed

Grove – 80cm Infrarot-Näherungssensor

Basierend auf dem SHARP GP2Y0A21, ist dieser IR-Näherungssensor eine beliebte Wahl, die ich jedem empfehle, der nach einer genauen Entfernungsmessung jenseits der Alternativen sucht.

In einem kleinen Gehäuse mit geringem Stromverbrauch ermöglicht dieser IR-Näherungssensor eine kontinuierliche Abstandsmessung mit einer Reichweite von 10cm bis 80cm!

Interessiert, mehr zu erfahren? Sie können sich die folgenden Ressourcen ansehen:

• Produktseite
• Blog Post über seine Eigenschaften, Arduino Anleitung

Wie man einen geeigneten Näherungssensor auswählt

Um Ihnen bei der Auswahl eines der vier Sensoren zu helfen, habe ich Kriterien angegeben, die Sie bei der Auswahl eines Näherungssensors berücksichtigen sollten.

Doch wie immer müssen Sie sich zuerst Gedanken über Ihren Verwendungszweck machen: Wofür wollen Sie ihn überhaupt einsetzen?

Näherungssensoren	Wie man sie auswählt	Eignung des Sensors
Anforderungen an das Objekt	Schauen Sie sich das Objekt an, an dem Sie einen Näherungssensor verwenden wollen Berücksichtigen Sie die folgenden Faktoren: Farbe des Objekts Form des Objekts Material des Objekts	Am besten geeignet für komplexe Objektanforderungen: IR-Näherungssensor Nicht geeignet für komplexe Objektanforderungen: Ultraschall-Näherungssensor
Umgebung der Abtastung	Schauen Sie sich die Umgebung an, in der Sie Ihr Objekt abtasten werden Berücksichtigen Sie die folgenden Faktoren: Sauberkeit Temperatur Feuchtigkeit	Geeignet für raue Umgebung: Kapazitiv (am besten geeignet) Induktiv Ultraschall Nicht geeignet für raue Umgebungen: IR-Näherungssensor
Erfassungsbereich/Entfernung	Werfen Sie einen Blick darauf, ob sich Ihr Objekt in der Nähe der Sensorfläche befinden wird Berücksichtigen Sie die folgenden Faktoren: Abstand zwischen dem platzierten Objekt und dem Sensor (weit oder nah)	Geeignet für die Erfassung im Nahbereich: Induktive und kapazitive Näherungssensoren Geeignet für die Erfassung im Fernbereich: Ultraschall- und IR-Näherungssensoren

Ein weiterer erwähnenswerter Faktor ist das elektrische System, in das Sie den Näherungssensor integrieren. Ob elektrische Last (NPN/PNP) oder Spannungsversorgung (AC/DC), der Sensor muss mit der von Ihnen verwendeten Systemsteuerung funktionieren.

Lobenswerte Erwähnungen

Nachdem ich nun die Kriterien für die Auswahl von Näherungssensoren behandelt habe, hier eine Liste einiger lobenswerter Erwähnungen, die trotzdem einen Blick wert sind!

Photoelektrischer Näherungssensor

Photoelektrische Näherungssensoren verwenden eine hochwertige photoelektrische Technologie, die einen Lichtstrahl aussendet, der in der Lage ist, alle Arten von Objekten zu erkennen!

Es gibt die folgenden 3 verschiedenen Modelle: Reflexionslichtschranke, Einweglichtschranke und Reflexionslichtschranke. Jedes Modell bietet unterschiedliche Methoden der Lichtemission, obwohl sie alle sehr effizient sind, wenn es um die Entfernungserkennung geht.

Wenn Sie sich für eine solche Näherungstechnologie interessieren, können Sie sich diesen Sensor ansehen, der sie in einem kleinen Gehäuse integriert:

PSK-CM8JL65-CC5 Infrarot-Distanzmesssensor

Magnetischer Näherungssensor

Magnetische Näherungssensoren sind Näherungsgeräte, die zur Erkennung von magnetischen Objekten durch ihren großen Erfassungsbereich verwendet werden. Ein typischer Sensor besteht aus einer Glas- und einer Metallklinge, die eine schnelle Magnetisierung ermöglichen!

Obwohl er nur Magnete erfasst, ist er wegen seiner geringen Kosten, seiner großen Reichweite und seiner kleinen Abmessungen großartig.

Wenn Sie Lust auf einen solchen Sensor haben und mehr darüber wissen möchten, können Sie sich hier informieren:

Grove – 12-bit Magnetic Rotary Position Sensor / Encoder (AS5600)

Basierend auf dem A5600 ist dieser Magnetic Rotary Position Sensor nicht nur in der Lage, berührungslose Näherungsabtastung zu leisten, sondern er bietet auch erhebliche Vorteile gegenüber herkömmlichen Encodern. Präzise, programmierbar und kostengünstig – eine Option, die man in Betracht ziehen sollte!

Möchten Sie mehr erfahren? Auf unserer Produktseite finden Sie weitere Informationen!

LiDAR-Näherungssensor

LiDar, kurz für Light Detection and Ranging, ist eine hochwertige Sensortechnologie, die eine hervorragende maximale Erfassungsreichweite mit schnellen Aktualisierungsraten bietet. Der einzige Nachteil sind die Kosten, da sie für den Durchschnittsverbraucher zu teuer sein können.

Aber keine Angst, hier bei Seeed bieten wir einen Mini-LiDAR-Näherungssensor an, der sehr erschwinglich ist!

Interessiert, mehr darüber zu erfahren? Dann besuchen Sie unsere Produktseite!

Zusammenfassung

Zusammenfassend werden hier die Näherungssensoren mit ihren empfohlenen Einsatzmöglichkeiten verglichen:

	Induktiv	Kapazitiv	Ultraschall	IR
Sensorisches Objekt	Nur Metall	Metallische und nicht-metallische Objekte Einschließlich Flüssigkeit, Puder, und Granulat	Objekt mit einfachen Oberflächen	Objekt mit einfachen/komplizierten Oberflächen
Sensorik Reichweite	Kurz	Kurz	Lang	Lang
Anwendungen	Industrielle Anwendungen: Maschinen, Automationen	Industrielle Anwendungen: Maschinenbau, Automatisierungen Flüssigkeit und Feuchtigkeit Berührungserkennung	Entfernungsmessung Anemometer zur Erkennung von Windgeschwindigkeit und -richtung Automatisierung von Produktionsprozessen Flüssigkeitserkennung Unbemannte Luftfahrzeuge (UAVs) zur Objektüberwachung Robotik	Gegenstandszähler Sicherheitssysteme wie Überwachung, Einbruchmeldeanlagen, etc. Überwachungs- und Steuerungsanwendungen
Umgebung	Geeignet für den Einsatz in rauen Umgebungsbedingungen (bis zu einem gewissen Grad)	Extrem geeignet für den Einsatz in rauen Umgebungs	Geeignet für raue Umgebungsbedingungen (Nicht geeignet für den Einsatz im Vakuum)	Nicht geeignet für den Einsatz in rauen Umgebungsbedingungen

Für den Näherungssensor Arduino-Kompatibilität, Sie können die empfohlenen Seeed-Produkte für jeden Näherungssensortyp in Betracht ziehen! Das spart Ihnen Zeit, wenn Sie versuchen, einen selbst zu bauen!

• Empfehlung für induktive Sensoren:
  • Grove – 2-Kanal Induktiver Sensor (LDC1612)
• Kapazitiver Sensor Empfehlung:
  • Grove – Kapazitiver Feuchtigkeitssensor (korrosionsbeständig)
  • Grove – 12-Tasten kapazitiver I2C-Tastsensor V2 (MPR121)
• Ultraschallsensor Empfehlung:
  • Grove – Ultraschall Sensor
• IR Sensor Empfehlung:
  • Grove – 80cm Infrarot Näherungssensor