Obecnie w wielu aplikacjach przemysłowych stosowane są różne rodzaje czujników zbliżeniowych indukcyjnych, pojemnościowych, fotoelektrycznych i ultradźwiękowych, choć uprzednio wydawało się to właściwie niemożliwe. Czujniki te mają różne typy konstrukcji i konfi guracji – z wyjściami normalnie otwartymi (ang. Normally Open – NO), normalnie zamkniętymi (ang. Normally Close – NC) oraz z wyjściami analogowymi.
Na przykład czujnik zbliżeniowy indukcyjny z wyjściem analogowym może z powodzeniem zastąpić tradycyjny wyłącznik krańcowy, używany do monitoringu naprężenia kabla w układach wielokrążkowych (rys. 1). Czujnik taki wykrywa moment, gdy kabel zaczyna się rozciągać, i sygnalizuje to przez sygnał na wyjściu analogowym osobie odpowiedzialnej za utrzymanie ruchu, która może podjąć 
odpowiednie działania, by zapobiec wystąpieniu nieprzewidzianych przerw w pracy urządzeń. W dotychczasowych rozwiązaniach wyłącznik krańcowy sygnalizuje jedynie moment, gdy kabel traci swe parametry nominalne lub zostaje zerwany, a sam wyłącznik może ulec zniszczeniu lub awarii na skutek zużycia lub zerwania kabla, ponieważ ma on bezpośredni, fi zyczny z nim kontakt.
Rysunek 1. Indukcyjny czujnik zbliżeniowy z wyjściem analogowym może kontrolować zarówno odległość, jak i obecność elementu
Mniejsze jest lepsze
Obserwowany w ostatnim czasie wzrost popularności czujników zbliżeniowych to efekt ogólnego trendu do „odchudzania”, miniaturyzacji wszelkiego typu urządzeń. Zarówno producenci oryginalnych, specjalizowanych urządzeń, producenci OEM, jak i użytkownicy końcowi poszukują urządzeń coraz mniejszych i bardziej precyzyjnych. Kluczowe kwestie to kształt i wymiary zewnętrzne elementów. Najnowsze technologie umożliwiają już dziś przełamywanie wszelkich barier dotyczących 
realizacji systemów czujnikowych oraz dopasowania kształtu ich obudów do konkretnych potrzeb i aplikacji.
Rysunek 2. Współczesne czujniki dostarczają znacznie więcej informacji niż tylko stwierdzenie obecności danego obiektu. Niektórzy producenci wyposażają je w diody sygnalizacyjne LED, informujące o statusie pracy czujnika, poziomie i jakości sygnału detekcyjnego lub ewentualnie innych danych diagnostycznych
Nowe właściwości i możliwości czujników wpływają na rozwój kolejnego trendu w tej dziedzinie. Najnowsze czujniki zbliżeniowe wyposażane są w diody LED o kącie obserwacji 360º wokół czujnika (rys. 2). Producenci czujników wykorzystują je, by dostarczyć dodatkowych informacji, nie tylko o momencie detekcji. Mrugająca dioda może na przykład sygnalizować zbyt słaby sygnał detekcyjny, powstały na skutek rozregulowania czujnika lub też zabrudzenia powierzchni detektora np. przez smar. Tego typu udoskonalenia ułatwią użytkownikom diagnostykę czujników oraz wykrycie możliwych problemów w ich funkcjonowaniu. Wprawny i doświadczony pracownik działu utrzymania ruchu, widząc migającą diodę sygnalizacyjną, może podjąć właściwe działania, uprzedzając moment nieplanowanego przestoju na skutek awarii systemu.
Liczy się to, co jest wewnątrz
Kształt oraz wymiary obudów zewnętrznych czujników są nierozerwalnie związane z ich zawartością. W celu minimalizacji rozmiarów urządzeń, redukcji kosztów ich wytwarzania oraz uproszczenia obsługi, producenci czujników implementują w nich tzw. zintegrowane układy specjalizowane (technologia ASIC). Dzięki nim do sterowania czujnika potrzeba znacznie mniej dodatkowych elementów peryferyjnych. Połączenie dużej liczby elementów w jednym, zintegrowanym układzie scalonym pozwala czujnikom na osiąganie większych stref detekcji – nawet trzykrotnie większych niż w dotychczasowych rozwiązaniach – przy obudowach o średnicach mniejszych niż 8 mm.
Technologia ASIC przyczynia się również do zwiększenia precyzji działania czujników. Ich producenci nie muszą już korzystać ze specjalnych urządzeń kalibrujących i nastawiać niezbędnych parametrów
pracy za pomocą rezystorów dostrojczych. Układy ASIC umożliwiają cyfrową kalibrację czujników za pomocą odpowiednich programatorów.
Redukcja kosztów produkcji czujników z układami ASIC wynika głównie z ograniczenia liczby dodatkowych elementów zewnętrznych sterujących czujnikiem oraz redukcji czasu i liczby operacji montażowych w fazie produkcji. Dzięki temu koszty urządzeń są zredukowane zarówno dla producentów, jak i użytkowników końcowych. Ci pierwsi mogą pozwolić sobie również na zmniejszenie zapasów gotowych produktów w magazynach zakładowych, gdyż w razie potrzeby nowe czujniki mogą być wyprodukowane w bardzo krótkim czasie.
Wraz ze zmniejszeniem rozmiarów elementów czujników zmniejszają się również wymiary ich obudów. Dotychczasowe metody i środki produkcji obudów, takie jak klejenie, stosowanie uszczelek czy żywic epoksydowych, nie są już najlepszym rozwiązaniem. Obecnie projektanci obudów wykorzystują takie techniki, jak wtryskiwanie czy też spawanie ultradźwiękowe. Tak wykonane obudowy zapewniają szczelne zamknięcie urządzenia oraz odpowiednio twardą, sztywną obudowę zewnętrzną, elementy niezbędne w warunkach przemysłowych.
Typy czujników
Dzięki zwiększeniu funkcjonalności czujników, przy jednoczesnym zmniejszeniu ich gabarytów, użytkownicy stosujący dotychczas czujniki 30-milimetrowe mogą zastąpić je 18-milimetrowymi, zaś 18 mm można zastąpić 12 mm. Właśnie średnica 12 mm to obecnie najpopularniejszy rozmiar czujników, jednakże wzrasta też popularność na rynku urządzeń
8 mm, a to przede wszystkim za sprawą zwiększenia zasięgu ich stref detekcji do 3 mm dla czujników ekranowanych i 4 mm dla nieekranowanych.
Czujniki fotoelektryczne. Zmniejszeniu ulegają również rozmiary czujników fotoelektrycznych. Trendy projektowe dla tego typu urządzeń zmierzają do odejścia od prostokątnych, dużych obudów, w kierunku bardziej kompaktowych, zminiaturyzowanych obudów o kształtach prostokątnych lub okrągłych. Korzystne znaczenie dla konstruktorów maszyn ma to, iż mogą oni umieścić sensory bliżej obiektów podlegających detekcji, tak by w pełni wykorzystać moce układów optycznych czujników. W przypadku, gdy niektóre z aplikacji wymagają montażu elementu detekcyjnego połączonego z kablem i oddzielną jednostką przetwarzania, mniejsze czujniki umożliwiają taki montaż w ciasnych, wąskich, przysłoniętych i trudno dostępnych miejscach. Dodatkowo, kompaktowe rozmiary czujników gwarantują również ich wysoką niezawodność i trwałość, cechy tak niezbędne w środowiskach przemysłowych.
Lasery. Użycie laserów w czujnikach zapewnia znaczny wzrost precyzji detekcji położenia i pozycji w 
aplikacjach zliczających lub kontrolnych (rys. 3). Czujniki takie są w stanie wykrywać zmiany pozycji elementów nie większe niż grubość karty kredytowej. Przyczynia się to do radykalnego zmniejszenia błędów procesu produkcyjnego i tym samym zapobiega wypuszczeniu na rynek wadliwych produktów. Technika laserowa to stosunkowo niedrogie rozwiązanie kwestii precyzyjnej detekcji położenia, niedostępne w przeszłości, a prowadzące do obniżenia kosztów produkcji i ceny produktu finalnego.
Rysunek 3. Fotoelektryczne czujniki wykorzystujące technikę laserową są bardziej precyzyjne i pomagają zapobiegać błędom w procesie produkcyjnym
Czujniki ultradźwiękowe. Czujniki ultradźwiękowe są coraz mniejsze i coraz bardziej opłaca się je produkować i stosować. Mają one olbrzymią przewagę nad typowymi detektorami zbliżeniowymi i fotoelektrycznymi, ponieważ charakteryzują się bardzo dużym zasięgiem i są bardziej odporne na zabrudzenie czy też inne czynniki środowiskowe. Projektuje się je tak, że praktycznie nie występuje pojęcie tzw. strefy martwej w obszarze detekcji. Kolejnym plusem jest to, że czujnik ultradźwiękowy może być stosowany do różnych materiałów i aplikacji, bez konieczności zmiany jego ustawień, kalibracji, programowania. Na przykład ten sam czujnik ultradźwiękowy może być wykorzystany do detekcji zarówno przezroczystej, plastikowej folii, jak i folii czerwonej, zależnie od wymagań procesu produkcyjnego. Taka dynamiczna zmiana funkcji byłaby trudna do uzyskania przy zastosowaniu klasycznego czujnika fotoelektrycznego.
Artykuł pod redakcją Andrzeja Ożadowicza
Autor:
Lenny Filipkowski, AutomationDirect
