了解四種不同類型的接近傳感器技術(shù)如何比較：超聲波、光電、激光測距儀和電感式傳感器。
最常被用作提供簡單對象檢測或?qū)ο缶_距離測量的無觸摸方法，現(xiàn)在有許多技術(shù)屬于接近傳感器層次結(jié)構(gòu)，每種技術(shù)都有不同的工作原理、優(yōu)點和缺點。
然而，面對如此眾多的選擇，工程師如何選擇最適合其設(shè)計的技術(shù)？
為了幫助設(shè)計人員完成此過程，本文將討論四種最流行的接近傳感器技術(shù)，它們實際上適合便攜式或小型固定嵌入式系統(tǒng)，并適用于從幾英寸到幾十英尺的中等檢測范圍：
超聲波
光電
激光測距儀
電感式傳感器
電容式和霍爾效應(yīng)傳感器是另外兩種流行的接近傳感器技術(shù)，由于它們在非常近距離檢測場景中的使用通常有限，因此這里不會考慮這些技術(shù)。
在深入研究以上強調(diào)的四種技術(shù)中的每一種之前，重要的是要注意，沒有接近傳感器技術(shù)可以為每種應(yīng)用和預(yù)期用途提供一刀切的解決方案。選擇接近傳感器技術(shù)時需要考慮許多因素，例如成本、檢測范圍、封裝尺寸、刷新率和材料效果。
了解每種技術(shù)在這些不同因素的范圍內(nèi)的位置以及對最終應(yīng)用最關(guān)鍵的技術(shù)將是做出正確選擇的關(guān)鍵。
超聲波技術(shù)
超聲波傳感器產(chǎn)生超聲波聲音脈沖并測量該脈沖從物體反彈并返回所需的時間。它們可用于計算到所述物體的距離或簡單地檢測其存在。
超聲波傳感器實現(xiàn)可以使用單獨的發(fā)射器和接收器模塊——其中發(fā)射器發(fā)出啁啾聲，接收器檢測到它——或者發(fā)射和接收功能可以組合到一個稱為超聲波收發(fā)器的模塊中。在使用單獨的發(fā)射器和接收器模塊的實施方式中，它們通常盡可能靠近放置以獲得最大精度。
圖 1. 超聲波技術(shù)的一般實現(xiàn)
由于其簡單的設(shè)計，超聲波傳感器是一種低成本的選擇，具有許多優(yōu)勢，使其非常適合各種應(yīng)用。超聲波傳感器每秒能夠發(fā)出數(shù)百個脈沖，精度高，刷新率高。
由于超聲波傳感器基于聲音而不是電磁波，因此物體的顏色和透明度，以及在明暗環(huán)境中的操作，對精度或功能沒有影響。此外，隨著聲波隨著時間的推移傳播，它們的檢測區(qū)域會增加，這可能是基于設(shè)計需求的優(yōu)勢或劣勢。
雖然聲音不受光或暗的影響，但聲音的速度會受到氣溫變化的影響。該溫度的任何劇烈變化都會極大地影響超聲波傳感器的精度。這可以通過測量溫度以更新任何計算來抵消，但這仍然是該技術(shù)的限制。
這些聲波也可能受到柔軟或吸收性材料的限制，這些材料不允許聲音有效地反彈。最后，超聲波傳感器不適合水下使用，它們對聲波的依賴意味著它們在沒有聲音傳輸介質(zhì)的真空中不起作用。CUI Devices 的博客超聲波傳感器基礎(chǔ)知識更詳細地介紹了這項技術(shù)。
光電技術(shù)
對于缺席或存在檢測最有效，光電傳感器通常用于車庫門傳感器或商店中的人員計數(shù)，以及其他工業(yè)、住宅和商業(yè)應(yīng)用。由于沒有移動部件，光電傳感器通常具有較長的產(chǎn)品生命周期。它們能夠感知大多數(shù)材料，但透明物體或水可能會導致問題。
它們提供了幾種不同的實現(xiàn)方式：對射式、逆反射式和漫反射式。
對射式實施（圖 2）是人們可能認為的上述車庫門傳感器，其中發(fā)射器和接收器彼此相對放置。這兩個點之間光束的任何中斷都向傳感器表明物體的存在。
圖 2. 對射式實施
Retroreflective（圖 3）將發(fā)射器和接收器放在一起，而后向反射器相對放置，將光束從發(fā)射器反射到接收器。
圖 3.逆反射實現(xiàn)
漫反射（圖 4）的工作原理類似于回射，但它不是從反射器反射光束，而是從附近的任何物體反射光束，就像超聲波傳感器一樣。然而，這個實現(xiàn)沒有計算距離的能力。
圖 4.漫反射實現(xiàn)
不同的實現(xiàn)方式也有其優(yōu)點，因為對射式和逆向反射式提供長檢測范圍和快速響應(yīng)時間，而漫反射式則擅長檢測小物體。光電傳感器也是工業(yè)環(huán)境中常見的強大解決方案，只要鏡頭保持無污染物即可。話雖如此，距離計算實際上是光電傳感器不存在的功能，并且物體顏色和反射率可能會導致問題。
各種光電實現(xiàn)還需要仔細安裝和對齊，這可能會給復雜系統(tǒng)帶來額外的挑戰(zhàn)。
激光測距儀技術(shù)
利用電磁波束而不是聲波，激光測距儀傳感器的工作原理與超聲波傳感器相似。雖然近年來這項技術(shù)在經(jīng)濟上變得更加可行，但與超聲波和其他技術(shù)相比，它仍然是一個更昂貴的選擇。
激光測距儀技術(shù)確實具有高達數(shù)百或數(shù)千英尺的超長探測范圍，以及快速的響應(yīng)時間。由于光速遠快于聲速，飛行時間測量對于激光測距儀傳感器來說可能是一個挑戰(zhàn)。這是可以利用干涉測量等實現(xiàn)來降低成本和提高精度的地方。
圖 5. 典型的激光測距儀干涉測量設(shè)置
如前所述，激光測距是迄今為止本文中討論的最昂貴的技術(shù)，因此對于許多工程師的材料清單來說不太可行。這種傳感器技術(shù)中使用的激光器也消耗大量功率，限制了其在便攜式應(yīng)用中的使用，同時也使用戶面臨潛在的眼睛安全風險。
根據(jù)預(yù)期的應(yīng)用，激光相對集中的傳感區(qū)域和缺乏色散可以被視為優(yōu)勢或限制。激光測距儀在處理水或玻璃時也表現(xiàn)不佳。
感應(yīng)技術(shù)
盡管基于較舊的工作原理，電感式傳感器最近得到了更廣泛的使用。然而，與目前討論的其他三種技術(shù)不同，感應(yīng)技術(shù)僅適用于金屬物體。
當金屬物體進入其檢測范圍時，電感式傳感器通過檢測其磁場的變化來工作。這是任何金屬探測器的基本工作原理。
圖 6. 電感式傳感器用于檢測金屬物體
在普通金屬探測器之外，電感式傳感器具有廣泛的探測范圍，通常在毫米到米的范圍內(nèi)。這可能包括近距離應(yīng)用，例如計數(shù)齒輪旋轉(zhuǎn)或遠程實施，例如道路上的車輛檢測。
它們在黑色金屬材料（即鐵和鋼）上表現(xiàn)最佳，但仍然可以檢測到檢測范圍較小的非磁性物體。電感式傳感器還擁有極快的刷新率、簡單的操作和檢測范圍的靈活性。然而，它們最終會受到它們可以感知的東西的限制，并且容易受到來自各種來源的干擾。
結(jié)論
在選擇接近傳感器技術(shù)時，需要考慮許多因素。了解本文中討論的不同技術(shù)的優(yōu)勢和權(quán)衡可以使這個選擇過程更容易。
表 1. 按成本、范圍、尺寸、刷新率和材料效果對涵蓋的接近傳感器進行矩陣比較。
雖然每種技術(shù)都有其最合適的用途，但超聲波傳感器通常是一個很好的整體選擇，因為它們成本低、能夠檢測存在和距離，并且通常可以直接實現(xiàn)。這就是為什么超聲波傳感器在如此廣泛的設(shè)計中被發(fā)現(xiàn)，同時繼續(xù)尋找新的用途和應(yīng)用。
