磁性接近开关工作原理

　　早先的磁传感器，是伴随测磁仪器的进步而逐步发展的。在众多的测磁方法中，大都将磁场信息变成电讯号进行测量。在测磁仪器中"探头"或"取样装置" 就是磁传感器。随着信息产业、工业自动化、交通运输、电力电子技术、办公自动化、家用电器、医疗仪器等等的飞速发展和电子计算机应用的普及，需用大量的传感器将需进行测量和控制的非电参量，转换成可与计算机兼容的讯号，作为它们的输入讯号，这就给磁传感器的快速发展提供了机会，形成了相当可观的磁传感器产业。

　　接近开关是传感器家族中众多种类中的一个，它是利用电磁工作原理，用先进的工艺制成的，是一种位置传感器。它能通过传感器与物体之间的位置关系变化，将非电量或电磁量转化为所希望的电信号，从而达到控制或测量的目的。接近传感器目前所采用的原理有电感式、磁式、光学式、超声式和电容式等。本文介绍了几种常用的接近开关，并对它们的原理与应用进行了说明

　　1．电容式接近开关

　　原理：

　　电容式接近开关的敏感元件由导电极板系统组成，可被视为一个或一组电容，附近出现或经过的导电体和介电体改变极板系统中的静电场分布，从而改变敏感元件的电容。信号处理电路检测出这种变化，就可以检测出目标物体的接近。相比之下，电容式传感器的结构较为简单、工作阻抗高，因而功耗较低，此外通过锁频或频谱扩展载波调制技术，可以使之不受寄生或有意的干扰影响。其他方案则很难达到设计者的要求。

　　机械开关的稳定性和可靠性较差磁敏感方式功耗过大，也容易受外磁场的影响；光学式和超声式传感器的结构较为复杂，容易受外界干扰。

　　2．电感式接近开关

　　原理：

　　电感式接近开关（GDKG）属于一种有开关量输出的位置传感器，它由LC 高频振荡器、信号触发器和开关放大器组成。振荡电路的线圈产生高频交流磁场，该磁场经由传感器的感应面释放出来。当有金属物体接近这个能产生电磁场的振荡感应头时，就会使该金属物体内部产生涡流，这个涡流反作用于接近开关，使接近开关振荡能力衰减，内部电路的参数发生变化，当信号触发器探测到这一衰减现象时，便把它转换成开关电信号。由此识别出有无金属物体接近开关，进而控制开关的通或断。

　　这种接近开关所能检测的物体必须是金属物体。

　　3．霍尔式接近开关

　　3.1 原理

　　当一块通有电流的金属或半导体薄片垂直地放在磁场中时，薄片的两端就会产生电位差，这种现象就称为霍尔效应。两端具有的电位差值称为霍尔电势U，其表达式为： U=K·I·B/d，其中 K 为霍尔系数，I 为薄片中通过的电流，B 为外加磁场（洛伦慈力 Lorrentz）的磁感应强度，d 是薄片的厚度。由此可见，霍尔效应的灵敏度高低与外加磁场的磁感应强度成正比。霍尔接近开关就属于这种有源磁/电转换器件，它是在霍尔效应原理的基础上，利用先进的集成封装和组装工艺制作而成，它可方便地把磁输入信号转换成实际应用中的电信号，同时又具备工业场合实际应用易操作和可靠性的要求。 霍尔接近开关的输入端是以磁感应强度 B 来表征的，当 B 值达到一定的程度（如 B1）时，开关内部的触发器翻转，霍尔接近开关的输出电平状态也随之翻转。输出端一般采用晶体管输出，和电感式接近开关类似的有：NPN、PNP、常开型、常闭型、锁存型（双极性）、双信号输出几种类型。

　　霍尔接近开关是磁性接近开关中的一种，具有无触电、低功耗、长使用寿命、响应频率高等特点，内部采用环氧树脂封灌制作成一体化结构，所以能在各类恶劣环境下可靠地工作。它可应用于接近开关、压力开关、里程表等，它是一种新型的电器配件。霍尔式开关比电感式开关响应频率高，它用磁钢触发，电感式用导磁金属触发，霍尔式开关感应距离除了与传感器本身性能有关外，还与所选磁钢磁场强度有关

　　3.2 霍尔接近开关术语解释

　　① 磁感应强度：霍尔接近开关在工作时，它所要求磁钢具有的磁场强度的大小。一般磁感应强度值B 为 0.02~0.05 特斯拉。

　　② 响应频率：按规定在 1 秒的时间间隔内，允许霍尔开关动作循环的次数。

　　③ 输出状态：分为常开、常闭、锁存等几种类型。例如，当无被检测物体时，常开型的霍尔开关所接通的负载，由于霍尔接近开关内部的输出晶体管的截止而不工作；当检测到物体时，晶体管导通，负载得电工作。

　　④ 输出形式：分为 NPN、PNP、常开、常闭、多功能等几种常用的形式输出。

⑤ 动作距离：动作距离是指被检测物体按一定方式移动时，从基准位置（霍尔开关的感应表面）到开关动作时测得的基