Apakah beberapa teknologi lain yang digunakan dalam penderia jarak?

I. Pengenalan kepada Teknologi Sensor Jarak

Penderia jarak ialah peranti penting yang digunakan untuk mengesan kehadiran atau ketiadaan objek dalam julat tertentu tanpa sentuhan fizikal. Ia beroperasi dengan memancarkan pelbagai bentuk tenaga—seperti medan elektromagnet, gelombang bunyi atau cahaya—dan mengukur tindak balas apabila objek mendekati penderia. Kepelbagaian dalam teknologi sensor jarak membolehkan aplikasinya dalam pelbagai bidang, termasuk automasi industri, robotik, sistem automotif dan elektronik pengguna.

II. Penderia Kehampiran Kapasitif

Ciri Utama Penderia Kehampiran Kapasitif

Penderia kedekatan kapasitif ialah peranti serba boleh yang mengesan kehadiran objek tanpa sentuhan fizikal. Berikut adalah ciri utama mereka:

• Julat Pengesanan: Biasanya, penderia kapasitif boleh mengesan objek dalam julat beberapa milimeter sehingga kira-kira 1 inci (25 mm), dengan sesetengah model memanjang sehingga 2 inci.
• Kepekaan Bahan: Penderia ini boleh mengesan kedua-dua bahan logam dan bukan logam, termasuk cecair, plastik dan kaca, kerana keupayaannya untuk mengesan perubahan dalam kapasiti berdasarkan pemalar dielektrik bahan sasaran.
• Operasi Bukan Sentuhan: Mereka beroperasi tanpa sentuhan fizikal, yang mengurangkan haus dan memanjangkan jangka hayat sensor.
• Kepekaan Boleh Laras: Banyak penderia kapasitif termasuk potensiometer untuk melaraskan kepekaan, membolehkan pengguna memperhalusi parameter pengesanan untuk aplikasi tertentu.
• Penunjuk LED: Kebanyakan model dilengkapi dengan penunjuk LED untuk mengesahkan secara visual status operasi sensor.

Prinsip Kerja

Penderia kedekatan kapasitif berfungsi berdasarkan prinsip perubahan kemuatan yang disebabkan oleh objek berdekatan. Begini cara mereka berfungsi:

1. Pembinaan: Penderia terdiri daripada dua elektrod logam yang membentuk kapasitor. Satu elektrod disambungkan kepada litar pengayun, manakala satu lagi bertindak sebagai plat rujukan.
2. Perubahan Kapasitans: Apabila objek menghampiri penderia, ia memasuki medan elektrik yang dicipta di antara elektrod. Kehadiran ini mengubah pemalar dielektrik antara plat, yang seterusnya mengubah kapasitansi sistem.
3. Pengesanan Ayunan: Litar pengayun mengesan perubahan dalam kapasiti ini. Apabila objek menghampiri, kapasitansi meningkat, membawa kepada perubahan dalam kekerapan ayunan litar. Anjakan frekuensi ini dipantau oleh penguat dan ditukar kepada isyarat keluaran binari yang menunjukkan kehadiran objek.
4. Isyarat Output: Apabila ayunan mencapai amplitud ambang tertentu, ia mencetuskan perubahan dalam keadaan output sensor. Sebaliknya, apabila objek bergerak menjauh, amplitud berkurangan, mengembalikan output kepada keadaan asalnya.
5. Pertimbangan Alam Sekitar: Untuk prestasi optimum, penderia kapasitif harus digunakan dalam persekitaran dengan tahap suhu dan kelembapan yang stabil, kerana turun naik boleh menjejaskan kepekaan dan ketepatannya.

III. Penderia Jarak Ultrasonik

Kelebihan Penderia Jarak Ultrasonik

Penderia jarak ultrasonik menawarkan beberapa kelebihan yang menjadikannya sesuai untuk pelbagai aplikasi:

• Kebebasan Bahan: Mereka boleh mengesan semua jenis bahan, termasuk objek berkilat, lutsinar dan berbentuk tidak sekata, tanpa dipengaruhi oleh warna atau tekstur permukaan objek.
• Julat Pengesanan Panjang: Penderia ultrasonik boleh mengukur jarak lebih daripada 1 meter, menjadikannya sesuai untuk aplikasi yang memerlukan pengesanan jarak jauh.
• Prestasi Teguh dalam Keadaan Buruk: Penderia ini tidak dipengaruhi oleh faktor persekitaran seperti habuk, hujan atau salji, yang boleh menghalang jenis penderia lain. Operasi mereka kekal andal walaupun dalam keadaan yang mencabar.
• Kepekaan dan Ketepatan Tinggi: Penderia ultrasonik memberikan ukuran yang tepat dan mampu mengesan objek kecil pada jarak yang jauh.
• Aplikasi Serbaguna: Ia digunakan secara meluas dalam pelbagai industri untuk tugas seperti pengukuran tahap, pengesanan objek dan kawalan proses automatik, membuktikan kebolehsuaian mereka merentas senario yang berbeza.

Mekanisme Operasi

Mekanisme operasi penderia jarak ultrasonik adalah berdasarkan pelepasan dan penerimaan gelombang bunyi frekuensi tinggi. Begini cara mereka berfungsi:

1. Pancaran Gelombang Bunyi: Sensor memancarkan gelombang bunyi ultrasonik (biasanya melebihi 20 kHz) ke arah objek sasaran.
2. Pantulan: Gelombang bunyi ini bergerak sehingga mengenai objek dan dipantulkan kembali ke arah penderia.
3. Pengukuran Masa: Penderia mengukur masa yang diambil untuk gelombang bunyi yang dipancarkan kembali selepas terkena objek. Selang masa ini penting untuk menentukan jarak ke objek.
4. Pengiraan Jarak: Menggunakan formula Jarak = (Kelajuan Bunyi × Masa) / 2, penderia mengira jarak ke objek berdasarkan kelajuan bunyi dalam udara (kira-kira 343 meter sesaat pada suhu bilik) dan masa yang diukur.
5. Penjanaan Isyarat Output: Setelah jarak dikira, penderia menjana isyarat output yang menunjukkan sama ada objek berada dalam julat yang telah ditetapkan, membenarkan pelbagai aplikasi seperti mencetuskan penggera atau mengawal jentera.

IV. Penderia Kehampiran Magnetik

Jenis Penderia Kehampiran Magnetik

Penderia jarak magnetik boleh dikategorikan kepada beberapa jenis berdasarkan prinsip operasi dan aplikasinya:

• Suis Reed: Ini ialah suis yang digerakkan secara magnetik yang terdiri daripada dua buluh feromagnetik yang dimeterai dalam kapsul kaca. Apabila medan magnet hadir, buluh akan bersatu untuk melengkapkan litar elektrik.
• Penderia Kesan Dewan: Menggunakan prinsip Kesan Dewan, di mana voltan dijana merentasi konduktor apabila ia terdedah kepada medan magnet. Sensor ini mengesan kehadiran magnet dan memberikan isyarat keluaran dengan sewajarnya.
• Sensor Magnetostrictive: Mengukur kedudukan objek magnet menggunakan kesan magnetostrictive, yang melibatkan perubahan dalam medan magnet yang mempengaruhi sifat bahan.
• Penderia Rintangan Magneto: Beroperasi berdasarkan kesan rintangan magneto, di mana rintangan elektrik bahan feromagnetik berubah sebagai tindak balas kepada medan magnet luaran.
• Penderia Kedekatan Magnetik Induktif: Serupa dengan penderia induktif tetapi direka khusus untuk mengesan medan magnet dan bukannya objek logam. Mereka menggunakan gegelung berayun untuk menjana medan magnet dan mengesan perubahan apabila magnet kekal menghampiri.

Kefungsian

Kefungsian penderia jarak magnet berkisar pada keupayaannya untuk mengesan medan magnet dan memberikan isyarat keluaran yang sepadan. Begini cara mereka beroperasi:

1. Mekanisme Pengesanan: Penderia jarak magnetik mengesan kehadiran objek magnetik (seperti magnet kekal) melalui pelbagai prinsip, termasuk yang dinyatakan di atas. Setiap jenis mempunyai kaedah unik untuk penderiaan:
   • Reed Menukar kenalan rapat apabila terdedah kepada medan magnet.
   • Penderia Kesan Dewan menjana isyarat voltan sebagai tindak balas kepada magnet berdekatan.
   • Penderia Magnetostrictive dan Magneto-Resistive mengukur perubahan dalam sifat bahan akibat pengaruh magnet.
2. Pemprosesan Isyarat: Sebaik sahaja perubahan dalam medan magnet dikesan, sensor memproses maklumat ini untuk menjana isyarat keluaran. Isyarat ini boleh menjadi digital (hidup/mati) atau analog, bergantung pada aplikasi dan jenis sensor.
3. Pengaktifan Output: Isyarat output boleh mencetuskan pelbagai tindakan, seperti mengaktifkan penggera, mengawal motor atau memberikan maklum balas dalam sistem automatik. Penderia sering digunakan dalam aplikasi seperti sistem keselamatan (untuk pintu dan tingkap), automasi industri (pengesanan kedudukan) dan elektronik pengguna.
4. Fleksibiliti Pemasangan: Penderia jarak magnetik boleh dipasang secara siram atau tidak siram dalam pelbagai persekitaran, termasuk yang mempunyai bahan bukan magnet seperti plastik atau kayu, membolehkan aplikasi serba boleh merentas tetapan berbeza.

V. Penderia Jarak Optik （Penderia Fotoelektrik）

Prinsip Kerja Penderia Jarak Optik

Penderia jarak optik beroperasi dengan menggunakan cahaya untuk mengesan kehadiran atau ketiadaan objek dalam julat pengesanannya. Prinsip kerja asas melibatkan pemancaran cahaya, biasanya dalam spektrum inframerah atau kelihatan, dan mengukur cahaya yang dipantulkan kembali dari objek. Berikut ialah pecahan cara ia berfungsi:

1. Pancaran Cahaya: Sensor memancarkan pancaran cahaya ke arah objek sasaran. Cahaya ini boleh dihasilkan oleh pelbagai sumber, termasuk LED atau laser.
2. Pengesanan Pantulan: Apabila cahaya yang dipancarkan menemui objek, sebahagian daripadanya dipantulkan kembali ke arah penderia. Jumlah dan keamatan cahaya yang dipantulkan ini bergantung pada jarak dan ciri permukaan objek.
3. Pemprosesan Isyarat: Penerima sensor mengesan cahaya yang dipantulkan. Jika jumlah cahaya yang dipantulkan melebihi ambang tertentu, penderia menentukan bahawa objek hadir dan menjana isyarat keluaran (sama ada digital atau analog) yang menunjukkan pengesanan.
4. Pengukuran Jarak: Dalam sesetengah penderia optik lanjutan, masa yang diperlukan untuk cahaya kembali (dalam kes penderia laser) boleh diukur untuk mengira jarak tepat ke objek.

Kaedah ini membolehkan penderia jarak optik menjadi sangat berkesan dalam mengesan objek tanpa sentuhan, menjadikannya sesuai untuk pelbagai aplikasi dalam automasi, keselamatan dan elektronik pengguna.

Pelbagai Jenis Penderia Jarak Optik

Penderia jarak optik boleh dikelaskan kepada beberapa jenis berdasarkan reka bentuk dan prinsip operasinya:

• Penderia Inframerah (IR): Penderia ini memancarkan cahaya inframerah dan mengesan perubahan dalam sinaran IR yang dipantulkan. Ia biasanya digunakan dalam aplikasi seperti pintu automatik dan sistem keselamatan.
• Penderia Laser: Menggunakan pancaran laser, penderia ini memberikan ketepatan tinggi dan keupayaan pengesanan jarak jauh. Mereka sering digunakan dalam aplikasi industri yang memerlukan pengukuran jarak yang tepat.
• Penderia Fotoelektrik: Ini terdiri daripada sumber cahaya (biasanya LED) dan penerima. Mereka boleh beroperasi dalam mod yang berbeza:
  • Pancaran melalui: Pemancar dan penerima diletakkan bertentangan antara satu sama lain; objek mengganggu pancaran cahaya.
  • Reflektif retro: Pemancar dan penerima berada pada sisi yang sama, dengan pemantul memantulkan cahaya yang dipancarkan kembali ke penerima.
  • Reflektif meresap: Pemancar dan penerima ditempatkan bersama; sensor mengesan cahaya yang dipantulkan daripada objek secara langsung di hadapan.
• Penderia Masa-Penerbangan (ToF): Penderia lanjutan ini mengukur masa yang diperlukan untuk nadi cahaya bergerak ke objek dan belakang, membolehkan pengukuran jarak yang tepat.

VI. Penderia Kehampiran Kesan Dewan

Faedah Utama Penderia Jarak Kesan Hall

Penderia jarak kesan dewan menawarkan beberapa kelebihan yang menjadikannya sangat berkesan untuk pelbagai aplikasi:

• Penderiaan Bukan Sentuhan: Penderia ini mengesan kehadiran medan magnet tanpa sentuhan fizikal, mengurangkan haus dan lusuh berbanding suis mekanikal.
• Ketahanan: Penderia kesan dewan ialah peranti keadaan pepejal, bermakna ia kurang terdedah kepada kegagalan mekanikal dan boleh beroperasi dalam persekitaran yang keras, termasuk pendedahan kepada habuk, kotoran dan lembapan.
• Kelajuan Tinggi dan Kepekaan: Mereka boleh bertindak balas dengan cepat kepada perubahan dalam medan magnet, menjadikannya sesuai untuk aplikasi berkelajuan tinggi seperti kawalan motor dan pengesan kedudukan.
• Aplikasi Serbaguna: Penderia kesan dewan boleh digunakan dalam pelbagai aplikasi, termasuk sistem automotif (cth, penderia kelajuan roda), elektronik pengguna (cth, telefon pintar) dan automasi industri (cth, penderiaan jarak).
• Penggunaan Kuasa Rendah: Penderia ini biasanya menggunakan lebih sedikit kuasa daripada suis mekanikal tradisional, menjadikannya sesuai untuk peranti yang dikendalikan oleh bateri.

Teori Operasi

Teori operasi penderia jarak kesan Hall adalah berdasarkan fenomena kesan Hall, yang melibatkan interaksi antara arus elektrik dan medan magnet. Begini cara mereka berfungsi:

1. Aliran Arus: Penderia kesan Hall terdiri daripada jalur nipis bahan konduktif (elemen Hall) yang melaluinya arus elektrik mengalir. Arus ini menghasilkan medan magnetnya sendiri.
2. Interaksi Medan Magnet: Apabila medan magnet luaran digunakan berserenjang dengan arah aliran semasa, pembawa cas (elektron atau lubang) dalam bahan konduktif mengalami daya (daya Lorentz) yang menyebabkan ia menyimpang dari laluan garis lurusnya.
3. Penjanaan Voltan: Pesongan ini menghasilkan kepekatan pembawa cas pada satu sisi elemen Hall, mewujudkan perbezaan voltan merentasi sisi bertentangan jalur, yang dikenali sebagai voltan Hall. Magnitud voltan ini adalah berkadar dengan kekuatan medan magnet.
4. Output Isyarat: Penderia mengukur voltan Hall ini dan menukarnya menjadi isyarat keluaran. Bergantung pada reka bentuk, output ini boleh menjadi analog atau digital. Contohnya, dalam aplikasi digital, penderia boleh menghidupkan atau mematikan berdasarkan sama ada medan magnet melebihi ambang tertentu.
5. Jenis Penderia Kesan Dewan: Bergantung pada konfigurasinya, penderia kesan Dewan boleh dikelaskan sebagai:
   • Penderia Unipolar: Aktifkan dengan satu kekutuban medan magnet.
   • Penderia Bipolar: Bertindak balas kepada kedua-dua kutub.
   • Penderia Omnipolar: Boleh diaktifkan sama ada oleh medan magnet positif atau negatif.

VIII. Penderia Kehampiran Induktif

Ciri-ciri Penderia Kehampiran Induktif

Penderia kehampiran induktif ialah peranti khusus yang direka terutamanya untuk mengesan objek logam tanpa sentuhan fizikal. Berikut adalah ciri utama mereka:

• Pengesanan Bukan Kenalan: Mereka boleh mengesan objek logam tanpa perlu menyentuhnya, yang meminimumkan haus dan lusuh pada kedua-dua sensor dan objek yang dikesan.
• Kepekaan kepada Logam: Penderia ini sangat sensitif terhadap bahan feromagnetik (seperti besi) tetapi juga boleh mengesan logam bukan ferus (seperti aluminium dan tembaga) bergantung pada reka bentuk.
• Julat Pengesanan: Julat penderiaan berbeza-beza berdasarkan saiz dan jenis objek logam, biasanya antara beberapa milimeter hingga beberapa sentimeter.
• Keteguhan: Penderia induktif tahan lama dan boleh beroperasi dalam persekitaran yang keras, termasuk pendedahan kepada habuk, kelembapan dan suhu yang melampau.
• Kelajuan Tinggi: Mereka boleh menukar keadaan dengan cepat, menjadikannya sesuai untuk aplikasi berkelajuan tinggi dalam proses automasi dan pembuatan.
• Pemasangan Mudah: Penderia jarak induktif selalunya mudah dipasang dan disepadukan ke dalam sistem sedia ada, dengan pelbagai pilihan pelekap tersedia.

Kaedah Operasi

Kaedah operasi penderia kehampiran induktif adalah berdasarkan prinsip aruhan elektromagnet. Begini cara ia berfungsi:

1. Litar Pengayun: Penderia mengandungi litar pengayun yang menghasilkan medan elektromagnet berselang-seli frekuensi tinggi pada muka penderiaannya. Medan elektromagnet ini meluas ke kawasan sekitar.
2. Penjanaan Arus Eddy: Apabila objek logam menghampiri medan elektromagnet ini, ia mendorong arus pusar dalam logam. Arus ini mengalir dalam objek logam disebabkan oleh aruhan elektromagnet.
3. Perubahan Amplitud: Kehadiran arus pusar ini menyebabkan kehilangan tenaga dalam litar berayun, yang membawa kepada pengurangan amplitud ayunan. Semakin dekat objek logam, semakin besar kehilangan tenaga dan semakin ketara penurunan amplitud ayunan.
4. Pengesanan Isyarat: Penderia termasuk litar pengesanan amplitud yang memantau perubahan dalam status ayunan. Apabila amplitud jatuh di bawah ambang tertentu disebabkan oleh kehadiran objek logam, perubahan ini dikesan.
5. Penjanaan Isyarat Output: Sensor kemudian menukar pengesanan ini kepada isyarat keluaran (biasanya isyarat binari), menunjukkan sama ada objek hadir atau tidak. Output ini boleh digunakan untuk mencetuskan peranti atau proses lain dalam sistem automasi.

IX. Perbandingan Teknologi Sensor Kehampiran Berbeza

A. Kekuatan dan batasan

Jenis Sensor	Kekuatan	Had
Induktif	Sangat boleh dipercayai untuk mengesan objek logam Tahan lama dan tahan terhadap keadaan yang keras Masa tindak balas yang cepat	Terhad kepada sasaran logam Sensitif kepada gangguan elektromagnet
Kapasitif	Boleh mengesan kedua-dua objek logam dan bukan logam Beroperasi melalui penghalang bukan logam Kepekaan boleh laras	Julat penderiaan yang lebih pendek berbanding dengan penderia induktif Dipengaruhi oleh faktor persekitaran (kelembapan, suhu)
Ultrasonik	Pengesanan bukan sentuhan pelbagai bahan Bekerja dalam persekitaran yang keras Julat pengesanan yang panjang	Keberkesanan terhad dalam vakum Prestasi boleh dipengaruhi oleh tekstur objek dan penyerapan bunyi
Fotoelektrik	Serbaguna dengan konfigurasi berbeza (through-beam, retroreflective) Masa tindak balas yang cepat Boleh mengesan objek lutsinar	Kerumitan pemasangan untuk beberapa jenis Prestasi mungkin berbeza mengikut warna objek dan pemantulan
Laser	Ketepatan tinggi dan pengesanan jarak jauh Sesuai untuk sasaran kecil atau jauh	Kos yang lebih tinggi dan penggunaan kuasa Kebimbangan keselamatan dengan pendedahan mata Prestasi terhad dengan bahan lutsinar

B. Aplikasi yang sesuai untuk setiap teknologi

Aplikasi yang Sesuai untuk Setiap Teknologi

• Penderia Kehampiran Induktif:
  • Biasa digunakan dalam automasi industri untuk mengesan bahagian logam pada tali pinggang penghantar.
  • Ideal untuk pengesan kedudukan dalam mesin dan peralatan.
• Penderia Kehampiran Kapasitif:
  • Sesuai untuk mengesan bahan bukan logam seperti cecair, serbuk dan plastik.
  • Selalunya digunakan dalam pembungkusan, pemprosesan makanan, dan aplikasi ukuran aras.
• Penderia Jarak Ultrasonik:
  • Berkesan dalam aplikasi yang memerlukan pengukuran jarak, seperti penderiaan paras cecair dan pengesanan objek dalam robotik.
  • Digunakan dalam sistem automotif untuk bantuan tempat letak kereta.
• Penderia Kehampiran Fotoelektrik:
  • Digunakan secara meluas dalam pembungkusan, sistem pengisihan, dan pengendalian bahan.
  • Sesuai untuk mengesan objek lutsinar atau mengira item pada tali pinggang penghantar.
• Penderia Jarak Laser:
  • Digunakan dalam aplikasi yang memerlukan ketepatan tinggi, seperti kedudukan robotik dan sistem pemeriksaan automatik.
  • Biasa ditemui dalam logistik untuk mengukur jarak atau dimensi bungkusan.

Kesimpulan: Kepelbagaian Teknologi Pengesanan Kedekatan

Kepelbagaian teknologi penderiaan jarak mencerminkan keperluan pelbagai sistem automasi dan kawalan moden. Setiap jenis penderia mempunyai kekuatan unik yang menjadikannya sesuai untuk aplikasi tertentu sambil juga membentangkan had yang mesti dipertimbangkan semasa pemilihan. Penderia induktif cemerlang dalam mengesan logam, manakala penderia kapasitif menawarkan serba boleh dengan bahan yang berbeza. Penderia ultrasonik menyediakan keupayaan pengukuran jarak yang mantap, manakala penderia fotoelektrik diutamakan kerana kelajuan dan kebolehsuaiannya. Penderia laser menonjol kerana ketepatannya pada jarak jauh.

Sumber Artikel:

https://www.ifm.com/de/en/shared/technologies/ultrasonic-sensors/advantages-of-ultrasonic-sensors

https://www.tme.eu/Document/e5f38f78b147f70a1fae36b473781d74/MM-SERIES-EN.PDF