Un sensor de proximidad es un sensor capaz de detectar la presencia de objetos cercanos sin ningún contacto físico.
Existen varios tipos de sensores de proximidad en el mercado, pero se puede decir que este dispositivo suele realizar su tarea de detección de presencia de objetos emitiendo un campo electromagnético o un haz de radiación electromagnética (infrarrojos, por ejemplo), y buscando cambios en el campo o señal de retorno.
Los sensores de proximidad están disponibles en diferentes categorías según su detección. Algunos sensores de proximidad sirven para detectar materiales, mientras que otros sirven para detectar diferentes condiciones ambientales.
Según su método de detección de objetos, existen cuatro tipos de sensores de proximidad ampliamente utilizados, así como algunos diseños más recientes de gama alta:
- Sensores de proximidad inductivos
- Sensores de proximidad capacitivos
- Sensores de proximidad ultrasónicos
- Sensores de proximidad IR
- Sensores de proximidad de alta gama
Antes de entrar en detalles sobre los diferentes tipos de sensores de proximidad, veamos rápidamente cómo hacen lo que hacen, y los beneficios de usar sensores de proximidad para aplicaciones de detección ambiental.
Tabla de contenido
El sensor de proximidad y sus ventajas
Los sensores de proximidad son sensores que detectan el movimiento/presencia de objetos sin contacto físico y transmiten esa información capturada en una señal eléctrica.
También puede definirse como un interruptor de proximidad, una definición dada por los estándares industriales japoneses (JIS) a todos los sensores de detección sin contacto.
Para entender mejor en qué consiste el sensor de proximidad, vamos a ver sus características.
A continuación verá las características de los sensores de proximidad en comparación con los tradicionales sensores ópticos o de contacto para tener una mejor idea de por qué utilizamos estos dispositivos.
Los sensores de proximidad sin contacto permiten la detección sin tocar el objeto, lo que garantiza que el objeto permanezca bien acondicionado
No se ve afectado por las condiciones de la superficie
Los sensores de proximidad casi no se ven afectados por los colores de la superficie de los objetos, ya que detectan principalmente los cambios físicos
Idoneidad para una amplia gama de aplicaciones
Los sensores de proximidad son adecuados para condiciones de humedad y uso en un amplio rango de temperaturas, a diferencia de la detección óptica tradicional.
Los sensores de proximidad también son aplicables en los teléfonos, ya sean sus dispositivos Android o iOS. Consiste en una sencilla tecnología de infrarrojos que enciende y apaga la pantalla en función de su uso.
Por ejemplo, apaga la pantalla cuando hay una llamada telefónica en curso, de modo que no se active accidentalmente algo al colocarlo cerca de las mejillas.
Dado que un sensor de proximidad utiliza salidas de semiconductores, no hay piezas móviles que dependan del ciclo de funcionamiento. Por lo tanto, su vida útil tiende a ser más larga en comparación con los sensores tradicionales.
En comparación con los interruptores, en los que es necesario el contacto para la detección, los sensores de proximidad ofrecen una mayor velocidad de respuesta.
Tipos de sensores de proximidad: Sensores de proximidad inductivos
Los sensores de proximidad inductivos son sensores sin contacto que sólo detectan objetos metálicos. Se basan en la ley de la inducción, accionando una bobina con un oscilador una vez que se acerca un objeto metálico.
Tiene dos versiones:
Sin apantallamiento: El campo electromagnético generado por la bobina no está restringido, lo que permite distancias de detección más amplias y mayores
Blindado: El campo electromagnético generado se concentra en la parte delantera, donde los lados de la bobina del sensor están cubiertos
y consta de 4 componentes principales:
Consta de 4 componentes principales como se ve en la imagen; Bobina, Oscilador, Disparador Schmitt, y circuito de conmutación de salida
Principio de funcionamiento
Se suministra una corriente alterna a la bobina, generando un campo de detección electromagnético
Cuando un objeto metálico se acerca al campo magnético, se acumulan corrientes de Foucault que provocan cambios en la inductancia de la bobina.
Cuando la inductancia de la bobina cambia, el circuito que ha estado monitoreando continuamente, disparará el interruptor de salida del sensor
*Nota: Incluso cuando no hay un objetivo, los sensores inductivos siguen oscilando. El interruptor sólo se activa cuando hay un objeto presente.
Aplicaciones comunes
- Usos industriales
- Máquinas de automatización de la producción que cuentan productos, transferencias de productos
- Usos de seguridad
- Detección de objetos metálicos, armamento, minas terrestres, etc.
Ventajas de los sensores de proximidad inductivos
- Detección sin contacto
- Adaptabilidad al entorno; resistente a las condiciones habituales que se dan en las zonas industriales, como el polvo y la suciedad
- Capaz y versátil en la detección de metales
- Considerablemente baratos en cuanto a precio
- Sin piezas móviles, lo que garantiza una mayor vida útil
Desventajas de los sensores de proximidad inductivos
- Carecen de rango de detección, con un rango máximo medio de hasta 80 mm
- Sólo pueden detectar objetos metálicos
- El rendimiento puede verse afectado por condiciones externas; temperaturas extremas
fluidos de corte o productos químicos.
Tipos de sensores de proximidad: Sensores de proximidad capacitivos
Los sensores de proximidad capacitivos son sensores sin contacto que detectan tanto objetos metálicos como no metálicos, incluyendo líquidos, polvos y granulados. Funcionan detectando un cambio en la capacitancia.
Al igual que los sensores inductivos, consta de un oscilador, un disparador Schmitt y un circuito de conmutación de salida. La única diferencia es que consta de 2 placas de carga (1 interna, 1 externa) para la condensación:
- Placa interna conectada al oscilador
- Placa externa (electrodos del sensor) utilizada como superficie de detección
Principio de funcionamiento
El sensor de proximidad capacitivo produce un campo electrostático.
Cuando un objeto (conductor/no conductor) se acerca a la zona de detección, la capacitancia de ambas placas aumenta, lo que da lugar a una ganancia de amplitud del oscilador.
La ganancia de amplitud resultante activa el interruptor de salida del sensor.
*Nota: Los sensores capacitivos sólo oscilan cuando el objeto objetivo está presente
Aplicaciones comunes
- Usos industriales
- Máquinas de automatización de la producción que cuentan productos, transferencias de productos
- Procesos de llenado, tuberías, tintas, etc.
- Nivel, composición y presión de fluidos
- Control de la humedad
- Detección no invasiva del contenido
- Aplicaciones táctiles
Ventajas de los sensores de proximidad capacitivos
Detección sin contacto
Amplia gama de materiales a detectar
Capaz de detectar objetos a través de paredes no metálicas gracias a su amplia banda de sensibilidad
Muy adecuado para ser utilizado en un entorno industrial
Contiene un potenciómetro que permite a los usuarios ajustar la sensibilidad del sensor, de forma que sólo se detecten los objetos deseados
No tiene piezas móviles, lo que garantiza una mayor vida útil
Desventajas de los sensores de proximidad capacitivos
- Alcance relativamente bajo, aunque se incrementa con respecto a los sensores inductivos
- Precio más elevado en comparación con los sensores inductivos
- Tipos de sensores de proximidad: Sensores de proximidad ultrasónicos
El tercero en esta lista son los sensores de proximidad ultrasónicos, que detectan la presencia de objetos mediante la emisión de ultrasonidos de alta frecuencia.
Lo hace mediante la conversión de energía eléctrica. Al igual que los sensores capacitivos, puede detectar objetos en estado sólido, líquido o granular.
Probablemente el más sencillo de todos, sólo consta de un transmisor de ultrasonidos y un receptor de ultrasonidos.
Principio de funcionamiento
- El transductor sónico emite ondas sónicas
- Las ondas sónicas rebotan en el objeto
- La onda que ha rebotado se devuelve al sensor
- El tiempo que tarda en emitir y recibir las ondas sonoras se utiliza para determinar la distancia/proximidad
Aplicaciones comunes
- Medición de la distancia
- Anemómetros para la detección de la velocidad y dirección del viento
- Automatización de procesos de producción
- Detección de fluidos
- Vehículos aéreos no tripulados (UAV) para la supervisión de objetos
- Robótica
Ventajas de los sensores de proximidad por ultrasonidos
- Detección sin contacto
- No se ve afectado por el color y la transparencia del objeto
- No se ve afectado por las condiciones ambientales externas, solución fiable
- Funciona bien en lugares con condiciones extremas
- Puede utilizarse en entornos oscuros
- Bajo consumo de corriente
Desventajas de los sensores de proximidad ultrasónicos
- Rango de detección limitado aunque capaz de un mayor rango en comparación con los sensores inductivos y capacitivos
- No funciona en el vacío ya que los sensores ultrasónicos funcionan mediante ondas sonoras
- No son capaces de medir la distancia de objetos blandos o con texturas extremas
Tipos de sensores de proximidad: Sensores de proximidad IR
Los IR, abreviatura de infrarrojos, detectan la presencia de un objeto emitiendo un haz de luz infrarroja. Su funcionamiento es similar al de los sensores ultrasónicos, aunque en lugar de utilizar ondas sónicas, se transmite IR.
Los sensores de proximidad por infrarrojos constan de un LED IR que emite, y un detector de luz para la detección de la reflexión. Lleva incorporado un circuito de procesamiento de señales que determina un punto óptico en el PSD.
Principio de funcionamiento
- El emisor del LED IR emite luz infrarroja
- El haz de luz choca con el objeto y se refleja en un ángulo
- La luz reflejada llega al detector de luz
- El sensor del detector de luz determina la posición/distancia del objeto reflejado
Aplicaciones comunes
- Medición de la distancia
- Contador de objetos; cuando el objeto corta la luz radiante, se cuenta como uno
- Sistemas de seguridad como vigilancia, alarmas antirrobo, etc.
- Aplicaciones de supervisión y control
Ventajas de los sensores de proximidad IR
- Detección sin contacto
- Aplicable a usos diurnos y nocturnos
- Comunicación segura a través de una línea de visión
- Capaz de medir la distancia a objetos blandos, a diferencia de los sensores de proximidad por ultrasonidos
- La precisión del sensor de infrarrojos no se ve afectada por la corrosión o la oxidación
Desventajas de los sensores de proximidad por infrarrojos
- Se ven afectados por las condiciones ambientales y los objetos duros, por lo que no se pueden utilizar a través de paredes o puertas
- Requiere una línea de visión entre el transmisor y el receptor para la comunicación
- El rendimiento disminuye en las distancias más largas
Tipos de sensores de proximidad: Sensores de proximidad de gama alta
Sensores de proximidad fotoeléctricos
Los sensores de proximidad fotoeléctricos son aquellos que utilizan tecnología fotoeléctrica de alta gama. Este tipo emite un haz de luz que es capaz de detectar todo tipo de objetos.
Tiene los siguientes tres modelos diferentes: Reflectivo, de haz de luz y retro-reflectivo. Cada modelo ofrece diferentes métodos de emisión de luz, aunque todos ellos son muy eficaces cuando se trata de la detección de distancia.
Sensor magnético de proximidad
Los sensores de proximidad magnéticos son dispositivos de proximidad utilizados para detectar objetos magnéticos a través de sus grandes rangos de detección. Uno típico incorpora una hoja de vidrio y metal, lo que permite una rápida magnetización.
Aunque sólo detecta imanes, sigue siendo estupendo por su bajo coste, largo alcance y pequeñas dimensiones.
Sensor de proximidad LiDAR
LiDar, abreviatura de Light Detection and Ranging, es una tecnología de detección de alta gama que proporciona un excelente alcance máximo de detección con rápidas tasas de actualización. El único inconveniente principal es el coste, ya que puede ser demasiado caro para el consumidor medio.
¿Qué tipo de sensor de proximidad es mejor?
El uso de sensores fotoeléctricos es extremadamente eficaz para detectar la ausencia o la presencia y es ideal para una gran cantidad de propósitos industriales, así como en una variedad de entornos residenciales y comerciales, especialmente para los sensores de puertas de garaje y aplicaciones de conteo de ocupantes.
¿Cómo seleccionar el sensor de proximidad adecuado?
Las consideraciones a la hora de seleccionar un sensor de proximidad incluyen
- El diseño (barril o bloque).
- El tipo de conmutación de la salida (NPN o PNP).
- La función de salida (NA o NC).
- El rango de detección y de detección.
- El tipo de objetivo detectado.
- El grado de protección IP.
- El tipo de instalación (empotrada o no empotrada).
- Si está blindado, parcialmente blindado o no blindado.
- Tiempo de respuesta.
- Posibles aplicaciones.