有各种常见的接近传感系统，每一个都有自己的一套操作条件和好处，用于评估检测，距离和接近。本文概述了四种不同的微型固定嵌入式系统解决方案，以及它们的基本工作原理，以协助工程师根据自己的设计需求决定使用哪一种。

接近传感器让你无需触摸物品就能感觉到物品的存在和距离。这传感器发出电磁场、光或超声波，被物品反射或穿过，然后返回到传感器，由于缺乏机械元件，接近传感器在耐用性和寿命方面比典型的限位开关具有实质性的优势。

在为特定应用寻找最佳接近传感技术时，成本、范围、尺寸、刷新率或延迟、材料影响以及与设计最相关的因素都是要考虑的因素。

I.. 超声波接近传感器

超声波接近传感器，顾名思义，发出被称为“啁啾”的超声波声脉冲，用于检测物体的存在并确定它们之间的距离。它们由发射机和接收器组成，它们的功能基于回声定位的概念(图1)。

数字1 超声波传感器的工作原理

这传感器可以通过测量啁啾声从一个表面反射回来所需的时间（也称为“飞行时间”）来测量到一个物体的距离(ToF). 虽然发射器和接收器通常位于彼此的旁边，但如果发射器和接收器是分开的，仍然可以使用回声定位。超声波收发器是在某些情况下将发送和接收功能集成到单个封装中的设备。

物体的颜色和透明度对超声波传感器的读数没有影响，因为采用的是声音而不是电磁辐射。它们还具有不发光的优点，使其成为黑暗和明亮区域的理想选择。声波像水面上的涟漪一样随时间和距离扩散，根据应用，这种检测区域或视场（FoV）的扩展可能是有利的，也可能是不利的。超声波接近传感器，另一方面，可以提供一个具有成本效益，适应性强，安全的解决方案，具有高水平的精度，相对较高的刷新率，并能够广播数百啁啾每秒。

超声波传感器最显著的缺点之一是空气温度的变化会影响声波的速度，从而限制测量精度。然而，通过测量发射器和接收器之间的空气温度，并根据需要修改计算，可以使其平衡。另一个限制是，超声波传感器不能在真空中使用，因为在真空中没有空气来传播声音。软材料也不能像硬表面那样反射声音，降低了精度。最后，虽然超声波传感器技术在概念上可以与声纳相媲美，但它不能在水下使用。

二、光电传感器

对于检测事物的存在，是一个可行的选择。它们通常是基于红外线的，常见的用途包括车库门传感器和商店的人数计数，但它们也可以用于各种其他工业环境。

光传感器的使用方法多种多样（图2）。

在对射系统中，发射器在物品的一侧发射光束，检测器在另一侧检测光束。梁断了，就有什么东西挡着了。

发射器和探测器被放置在物体的一侧，而镜子被放置在另一侧。

漫反射型和镜面反射型一样，发射器和检测器在同一侧，但如果没有镜面，任何被检测到的物体都会将产生的光反射回去。这不是估算距离的准确方法。

数字2个光电传感器—通过波束、反向反射和漫反射

如果应用需要更长的感应范围和更低的延迟，则可以将光电传感器配置为对射型或回射型。然而，它们需要细致的安装和校准，使得系统在拥挤区域的安装非常困难。更小的物体更好地检测扩散类型的实现，这也可以是移动检测器。

光电传感器可用于不清洁的环境中，例如工业环境中的环境，由于没有移动部件，光电传感器比其他选项具有更长的使用寿命。只要镜头受到保护并保持清洁，传感器的性能就可以保持。虽然他们可以识别大多数项目，清晰和有光泽的表面，以及水，可能会导致并发症。其他缺点还包括无法计算精确的距离，以及根据光源的不同，无法区分特定颜色的物体（例如使用红外线时的红色物体）。

三、激光测距仪

激光测距（LRF），以前是一个昂贵的选择，最近已成为许多应用中更可行的解决方案。高功率传感器的工作方式与超声波传感器相同，但它们使用的不是声波，而是激光束。

由于光子的超快传播速度，很难准确地确定光子的像干涉测量这样的技术可以帮助在这种情况下，保持准确性，同时降低成本（如图三所示）。由于采用了电磁光束，激光测距仪传感器通常具有超长的测量范围（可达数千英尺）和极快的响应时间。

数字3激光测距传感器的干涉实现

这些传感器具有超低延迟和超长距离的能力，但它们也有缺点。激光需要很大的功率，所以不适合电池供电或便携式应用，而且也有人担心眼睛健康。另一个需要考虑的因素是，是狭窄的，它们像光传感器一样，在水或玻璃上表现不佳。管这种技术的成本已经下降，但它仍然是比较昂贵的解决方案之一。

Ⅳ. 电感式传感器

电感式传感器已经存在了很长一段时间，但他们目前变得更加流行。然而，由于它们采用磁场来识别物体，因此仅适用于金属物品，而不像其他接近传感技术（图4）。金属探测器就是一个典型使用的例子。

数字4 电感式传感器的工作原理

检测范围根据传感器的配置方式而有所不同。通过传感器附近的齿轮齿的存在来计数齿轮的旋转可能是一个短距离的应用。更长范围的应用可能包括使用嵌入路面的感应传感器来计数车辆，甚至是对太空等离子体的超远程探测。

电感式传感器在短距离应用中被用作接近式传感器，可以提供难以置信的高刷新率，因为它们是基于感应电磁场变化的原理。在铁和钢等黑色金属材料上，这种传感器工作得更好。

电感式传感器是各种应用的经济高效的替代品。然而，必须考虑到传感器可感测材料的限制，以及传感器易受多种干扰的事实。

五.总结

当考虑所有接近传感应用问题时，超声波传感器通常是最好的整体技术（图5）。它们价格低廉，可以探测物体的存在，精确计算距离，操作简单，所有这些都是明显的优点。

数字5四种接近传感器技术的比较