Sensor Proximity Inductive Proximity secara bahasa artinya jarak atau kedekatan, jadi pengertian dari proximity sensor adalah sensor yang dapat mendeteksi keberadaan objek yang ada di dekatnya tanpa melalui kontak fisik. Secara lebih spesifik induktive proximity sensor adalah proximity sensor yang dapat mendeteksi benda logam tanpa menyentuhnya. Inductive proximity sensor beroperasi dengan menggunakan prinsip indukansi. Induktansi merupakan suatu keadaan dimana terjadi suatu fluktuasi arus listrik yang mengalir pada sebuah bahan magnetik menginduksi electromtive force (emf) dari sebuah object / target berupa metal. Keuntungan Penggunaan Proximity Switch induktif :
Tidak perlu ada kontak fisik secara langsung antara pemakai dengan sistem.
Dapat bekerja di lingkungan dengan kondisi apapun, tidak seperti metode pendeteksian optik, Proximity Sensor cocok untuk digunakan di lokasi yang banyak kandungan air atau minyak.
Responnya berjalan dengan cepat.
Awet dan tahan lama.
Jarak Sensor memberikan respon yang berkecepatan tinggi, dibandingkan dengan saklar yang membutuhkan kontak fisik.
Proximity Sensor dapat digunakan dalam rentang suhu yang lebar, proximity Sensor dapat digunakan dalam suhu mulai dari -40 hingga 200 ° C.
Jarak
Sensor
tidak
terpengaruh
oleh
warna.
Proximity Sensor mendeteksi perubahan fisik suatu objek, sehingga mereka hampir sepenuhnya tidak terpengaruh oleh warna permukaan objek.
Tidak seperti switch, yang mengandalkan pada kontak fisik, Proximity Sensor dipengaruhi
oleh
suhu
lingkungan,
sekitar
benda,
dan
Sensor
lainnya.
Keduanya, Induktif dan Capacitive Proximity Sensor, dipengaruhi oleh interaksi dengan Sensor lainnya. Karena itu, perawatan harus dilakukan ketika memasangnya, untuk mencegah interferensi bersama. Perawatan juga harus dilakukan untuk mencegah dampak terhadap benda-benda logam pada Inductive Proximity Sensor, dan untuk mencegah dampak dari semua obyek sekitarnya pada Capacitive Proximity Sensor.
Inductive Proximity sensor terdiri atas empat elemen dasar seperti terlihat pada gambar keempat elemen pada Inductive Proximity sensor tersebut adalah : 1. Sensor coil dan Ferrite core 2. Oscilator circuit 3. Detection circuit(comperator) 4. Solid state output circuit
Prinsip Kerja dari Sensor Proximity Induktif Oscilator circuit menghasilkan gelombang frekuensi medan elektromagnetik yang berasal dari radiasi ferrite core dan coil assembly. Medan magnet tersebut terdapat di sekitar sumbu axis dari ferrite core. Ketika object yang berupa metal mendekati medan tersebut, eddy currents terinduksi pada permukaan target tersebut sehingga terjadi loading effect atau “damping”, hal ini menyebabkan adanya reduksi amplitudo dari sinyal oscilator. Detection circuit mendeteksi perubahan dalam oscilator amplitudo, detection circuit yang berfungsi seperti sebuah switch akan short pada saat perubahan amplitudo pada oscilator amplitudo sampai pada nilai tertentu.
Sinyal ON dari detection circuit tersebut akan menyalakan solid-state output menjadi ON. Begitu juga sebaliknya untuk menjadikan output switch menjadi OFF. Metode lainnya termasuk Sensor Deteksi Aluminium , yang mendeteksi phasa frekuensi, dan Sensor Semua logam-, yang menggunakan kumparan, bekerja untuk mendeteksi hanya mengubah komponen dari impedansi / tahanan. Ada juga Pulse-respons Sensor, yang menghasilkan arus eddy didalam pulsa dan mendeteksi perubahan waktu dalam pusaran arus dengan tegangan induksi di koil.
Penjelasan kualitatif Objek sensing dan bentuk Sensor, tampak seperti hubungan transformator .
Kondisi kopling transformator seperti digantikan oleh perubahan impedansi akibat kerugian eddy current saat ini. Perubahan impedansi dapat dilihat sebagai perubahan dalam perlawanan yang dimasukkan secara seri dengan obyek penginderaan. (Ini tidak benar-benar terjadi, tapi berpikir dengan cara ini membuat lebih mudah untuk memahami secara kualitatif.) Target Standar Sensor Proximity Inductive
Permukaan(face) aktif sensor proximity induktif adalah permukaan(face) sensor di mana medan elektro-magnetik frekuensi tinggi muncul. Sebuah target standar persegi baja ringan, satu mm,
dengan panjang sisi sama dengan diameter permukaan aktif atau tiga kali jarak beralih nominal, yang lebih besar. Target Faktor Koreksi untuk Sensor Proximity Inductive Untuk menentukan jarak sensor untuk bahan selain standar baja ringan, faktor koreksi yang digunakan. Komposisi dari target memiliki dampak yang besar berpengaruh pada jarak penginderaan sensor jarak induktif. Jika target dari salah satu bahan yang tercantum digunakan, kalikan nominal penginderaan jarak jauh dengan koreksi Faktor terdaftar untuk menentukan jarak penginderaan (sensing range) untuk target itu. Faktor-faktor koreksi tercantum di bawah ini dapat digunakan sebagai pedoman umum. Bahan umum dan khusus untuk faktor koreksi yang tercantum pada setiap spesifikasi. (Nominal Sensing Range) x (Correction factor) = (Sensing Range).
Ukuran dan bentuk dari target dapat juga mempengaruhi jarak sensor. Berikut ini yang umum digunakan sebagai pedoman ketika mengoreksi untuk ukuran dan bentuk target:
Target yang permukaan datar lebih bagus
Target yang bulat dapat mengurangi jarak sensor
Bahan non-ferrous (bukan besi) biasanya dapat mengurangi jarak jangkauan sensor untuk semua logam
Target yang lebih kecil dari permukaan(face) sensor biasanya mengurangi jarak jangkauan sensor
Target yang lebih besar dari permukaan(face) sensor dapat meningkatkan jarak jangkauan sensor
Bahan dari target juga mempengaruhi jarak penginderaan
Kecepatan pergerakan target
Jarak Deteksi Jarak dari posisi referensi (permukaan referensi) untuk operasi yang diukur (reset) ketika objek standar deteksi digerakkan oleh metode tertentu.
Untuk ketelitian sensor, diukur berdasarkan material yang digunakan dalam proximity dalam percobaan di atas digunakan besi, kuningan, dan alumunium. Dengan demikian dapat dibedakan tingkat kesensitivitasan material tersebut. Perbandingan tingkat kesensitivitasan materialmaterial bisa lihat dibawah ini:
Di sini, garis horizontal menunjukkan ukuran objek penginderaan, dan garis vertikal menunjukkan Jarak Penginderaan. Ini menunjukkan perubahan dalam Jarak Penginderaan dikarena ukuran dan material dari objek penginderaan. Lihat data ini saat menggunakan Sensor yang sama untuk mendeteksi berbagai objek penginderaan yang berbeda, atau ketika mengkonfirmasi peluang diperbolehkan untuk mendeteksi.
Jadi kesimpulannya, benda logam jenis besi adalah benda yang paling ideal untuk dideteksi sebab dapat menjangkau objek dengan jarak yang cukup jauh, maximum 3 mm, hal ini cukup memudahkan saat melakukan pemasangan atau adjustment.
Gambar karakteristik objek sensor proximity induktif berdasarkan prosentase pada jarak penginderaannya Dari gambar di atas, terlihat bahwa dengan ukuran objek yang sama, besi memiliki jarak dari sensor yang paling jauh, kemudian berturut-turut diikuti oleh baja, kuningan, alumunium, serta tembaga. Dari sini dapat disimpulkan bahwa besi memiliki kerapatan molekul yang paling besar (paling rapat molekul-molekulnya) dibandingkan dengan baja, kuningan, alumunium, serta tembaga.
Pengaturan Jarak Jarak dari permukaan referensi yang memungkinkan dalam penggunaan stabil, termasuk pengaruh suhu dan tegangan, ke posisi objek (standar) sensing transit. Ini adalah sekitar 70% sampai 80% dari jarak normal penginderaan.
Histeresis (Perjalanan Differential) Sehubungan dengan jarak, antara objek standar dan Sensor, perbedaan antara jarak di mana sensor beroperasi dan jarak di mana me-reset Sensor atau antara operasi dan titik temu disebut histeresis. Banyaknya target diperlukan untuk melepas setelah operasi harus diperhitungkan ketika memilih target dan lokasi dari sensor . Histeresis diperlukan untuk membantu mencegah chattering(menyalakan dan mematikan dengan cepat) pada sensor adalah subjek untuk menimbulkan gelombang elektromagnetik dan getaran atau ketika target adalah objek pada nominal jarak sensor. Getaran amplitudo harus lebih kecil dibandingkan dengan histeresis untuk menghindari chattering.
Respon Time
1. Delay dari titik, ketika objek deteksi standar bergerak ke daerah deteksi dan mengaktifkan sensor, ke titik seketika output berubah menjadi ON. 2. Delay dari titik, ketika objek deteksi standar bergerak keluar dari daerah deteksi , ke titik seketika output Sensor berubah menjadi OFF.
Respon Frekuensi Respon Frekuensi adalah jumlah pengulangan deteksi yang dapat menjadi output per detik, ketika objek standar deteksi berulang kali mendekat ke sensor atau kecepatan maksimum dimana sensor akan memberikan pulse(pulsa) individu untuk target mendekati dan menjauhi jarak penginderaan sensor. Nilai ini selalu tergantung pada ukuran target, jarak target dari permukaan(face) sensor, kecepatan target dan jenis sensor proximity switch. Dalam hal ini mengindikasikan nilai maksimum yang mungkin untuk jumlah operasi per detik.
Pertimbangan Pemasangan pada Sensor Proximity Induktif Operasi atau prinsip kerja dari sensor proximity induktif bergantung pada kekuatan medan magnet dan jarak sensor dengan tepi garis Eddy current. Pemasangan pada saat Tegak Lurus dengan Eddy current(objek)
Pemasangan parallel dengan current line(objek)
Gunakan mengikuti grafik atau suatu rumus untuk menentukan jarak antara current line dengan kedekatan sensor. Pilih jarak yang jatuh dalam zona aman. 1 2 0,796
Gauss = 108 Dimana : I = arus (kA) H = kekauatan medan magnet (kA/m) B = fluks (mT), dan r = jarak antara sensor dengan tepi garis arus (meter)
Rangkaian dihubung seri dalam Sensor Proximity Sensor dapat dihubung secara seri dengan beban. Untuk pengoperasian yang tepat, beban tegangan harus kurang dari atau sama dengan tegangan suplai minimum kurang tegangan turun diseluruh rangkaian penghubung dalam sensor proximity. Gambar jaringan kabel dihubung seri untuk jenis NPN pada sensor
Gambar jaringan kabel dihubung seri untuk jenis PNP pada sensor
Rangkaian dihubung parallel dalam sensor proximity Sensor dapat dihubung secara parallel pada untuk member energi pada beban. Untuk menentukan jumlah maksimum yang diijinkan dalam pengaplikasiannya, jumlah maksimum kebocoran arus pada sensor yang terhubung secara parallel harus kurang dari maksimum offstate arus beban perangkat. Gambar jaringan kabel dihubung parallel untuk jenis NPN pada sensor
Gambar jaringan kabel dihubung parallel untuk jenis PNP pada sensor
Gambar jaringan kabel dihubung parallel untuk sumber tegangan AC
Menambahkan diode seperti yang ditunjukkan untuk setiap output untuk menjaga fungsi setiap indicator output Menambahkan R(tahanan) dalam rangkaian dengan sensor untuk menjaga tegangan minimum ketika sensor sedang on/of
Jaringan Kabel TTL (Transistor-Transistor Logic)
Catatan: ketika menggunakan sumber output, ground harus keadaan float(ambang) dan bukan keadaan common(bersama) atau hubung singkat akan terjadi. Berpelindung (shielded) dan Tanpa Pelindung (unshielded) Sensor Proximity Induktif Berpelindung Dengan Sensor Terlindung, fluks magnetik terkonsentrasi di depan Sensor dan sisi kumparan Sensor ditutupi dengan logam. Sensor dapat dipasang oleh embedding ke dalam logam.
Tidak Berpelindung
Dengan Sensor Unshielded, fluks magnet tersebar luas di depan Sensor dan sisi kumparan Sensor tidak ditutupi dengan logam.
Model ini mudah dipengaruhi oleh benda logam disekitarnya (benda magnetik), sehingga harus diperhatikan dalam memilih lokasi pemasangan.
Reflective-Opto Switch Alat ini terdiri dari pasangan emitter/detektor pada tempat yang sama. Emitter/LED meradiasikan cahaya UV dan jika tidak ada halangan yang akan memantulkan cahaya tersebut, maka tidak akan ada cahaya yang diterima oleh detektor. Kisaran suhu dalam pengoperasian adalah -40°C to +80°C
Jika objek pemantul (dengan warna/permukaan yang sesuai) dibuat menghadap alat ini, detektor (phototransistor) mensaturasi output, sehingga terbentuk sinyal logika. Detektor spektral cocok ditempatkan pada bentuk paket mekanis dirancang untuk memungkinkan penginderaan dalam berbagai aplikasi, yaitu batas switching, kertas / penginderaan tape dan encoding optik. Emitter dan detektor disesuaikan, di mana detektor mempunyai puncak sensitivitas yang bersesuaian dengan panjang gelombang emitter. Terdiri dari sebuah infra-merah emitting diode dengan fototransistor silikon dalam paket kasar dibentuk. Sensor merespon radiasi yang dipancarkan dari sumber infra-merah hanya jika benda reflektif dalam bidang pandang sensor. Perangkat ini ideal untuk aplikasi seperti akhir deteksi tape, mark penginderaan, dll Sebuah saringan transmisi infra-merah menghilangkan masalah pencahayaan ambien. Seberapa baik pendeteksian suatu objek tergantung pada :
Jumlah cahaya yang dipancarkan oleh suatu sumber cahaya.
Kepekaan photodetector.
Jarak antara switch dari objek.
Kondisi cahaya dari lingkungan sekitar.
Kedudukan tegak lurus permukaan dari pantulan cahaya dengan switch.
Dalam dunia robotika, sensor reflective-opto switch sering kali digunakan untuk mendeteksi ada atau tidaknya suatu garis pembimbing gerak robot atau yang lebih dikenal dengan istilah “line following” atau “line tracking”, dan dibarengi dengan penggunaan sensor proximity juga biasa digunakan untuk mendeteksi adanya benda-benda penghalang seperti dinding atau benda-benda lainnya sehingga robot dapat menghindari tabrakan dengan benda-benda tersebut. Gambar rangkaian sensor ketika mendeteksi objek:
Prinsip Kerja Salah satu kegunaan sensor reflective-opto switch yang sering dijumpai dalam dunia robotika sebagai deteksi garis. Sensor ini dapat dibuat dari pasangan LED/Emitter dan fototransistor. Bila cahaya LED memantul pada garis dan diterima oleh basis fototransistor maka fototransistor menjadi (on) sehingga tegangan output (Vout) menjadi sama dengan Vce saturasi atau mendekati 0 volt. Sebaliknya jika tidak terdapat pantulan, maka basis fototransistor tidak mendapat arus bias sehingga fototransistor menjadi cut-off (C-E open), dengan demikian nilai Vout sama dengan Vcc..
Gambar (a) Saat ada halangan maka pacaran sinar cahaya UV dari LED akan memancarkan berkas cahaya karena ada objek yang memantulkan berkas cahaya tersebut dan akan di tangkap oleh detektor sensor. Banyaknya intesitas cahaya yang tertangkap akan menjadi acuan nilai untuk mengetahui warna line atau bidang pantulnya. Untuk dapat di-interface-kan ke mikrokontroller, tegangan output harus selalu berada pada level 0 atau Vcc. Output pada rangkaian Gambar (a) masih memiliki kemungkinan tidak pada kondisi ideal bila intensitas pantulan cahaya LED pada garis lemah, misalnya karena perubahan warna atau lintasan yang kotor. Untuk mengatasi hal tersebut, ditambahkan rangkaian pembanding yang membandingkan output sensor dengan suatu tegangan threshold yang dapat diatur dengan memutar trimmer potensio (10K). Rangkaian lengkapnya pada Gambar (b).
LED pada output berguna sebagai indicator logika output sehingga kerja sensor mudah diamati. Untuk lebih dari satu sensor dapat dibuat rangkaian yang identik sesuai kebutuhan. Satu buah LM 339N berisi 4 pembanding yang dapat dipakai untuk 4 rangkaian sensor. Untuk kebutuhan jumlah sensor yang lebih besar, misalnya pada robot line tracer untuk keperluan, rangkaian ini bisa digunakan sesuai kebutuhan.
Grafik perbandingan antara jarak (mm) dengan tegangan outputnya Vout (mV)
Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan
Gambar percobaan Reflective Opto Switch Sumber: http://4shared.com/doc/PR9JasZ7/preview.html Dari gambar rangkaian di atas switch yang digunakan adalah Replective Opto Switch sedangkan indikator adalah indikator akustik (buzzer). Tegangan masuk ke dalam input sebesar 0-15 volt DC. Kemudian dihubungkan ke beban dan dihubungkan dengan switch. Maka indikator akustik (buzzer) akan memberikan respon terhadap switch yang dijalankan melalui media yang bermacam-macam, dalam percobaan ini digunakan kertas hitam, kertas biru, kertas hijau, kertas merah dan kertas putih. Sehingga diperoleh respon yang berbeda pula dari indikator buzzer. Warna
Tegangan Keluaran
Jarak Objek (mm)
Indikator
(V) Kuning
0,31
5
Nyala
Biru Muda
0,11
5
Nyala
Hitam
20
5
Mati
Dari tabel di atas dapat diperoleh analisa sebagai berikut : warna kuning dan biru memberikan respon untuk menswitch sensor (dalam percobaan di atas indikator Buzzer). Sedangkan untuk warna hitam switch tidak aktif. Hal ini dikarenakan untuk bahan kertas hitam, cahaya UV yang dipancarkan dari emitter akan diserap oleh bahan dan tidak dipantulkan kembali, sehingga detektor tidak menerima cahaya pantulan.Hal ini menyebabkan indikator buzzer tidak memberikan respon suara, dan tegangan yang dihasilkan 0 volt
