Оптические датчики

Что такое оптический датчик?

Оптический датчик – это электронный прибор компактного размера, оценивающий параметры объекта, попадающих в зону действия, за счет обработки светового излучения разного диапазона. Они классифицируются на несколько типов в зависимости от конструктивных и других особенностей, но принцип действия у этого оборудования одинаковый в каждом случае.

Порядок активации оптического датчика определяется производителем, т.е. последний задает конкретные условия, при наступлении которых прибор включается. Активация датчика происходит в момент, когда световое излучение, попадающее на устройство, приобретает достаточную интенсивность.

Принцип действия данного прибора основан на способности встроенной электроники распознавать изменения характера свечения. Датчик активируется в момент, когда световой поток беспрепятственно попадает на устройство. Но в случае его прерывания прибор перестает работать. В этот момент на компьютер поступает соответствующий закодированный сигнал, и оператор получает информацию о наличии объекта в зоне действия датчика.

Конструкция устройства

Оптические датчики состоят из приемника и источника светового излучения. Оба компонента лежат в основе каждого прибора.

При этом источник излучения (излучатель) состоит из:

• корпуса – отвечает за защиту элементов конструкции излучателя и предупреждает повреждения, возникающие из-за механического воздействия, изготавливается из латуни или полиамида;
• генератора – формирует электрические импульсы, поступающие на излучатель;
• излучателя, представленного в виде компактного светодиодного механизма, – испускает световой поток в заданном диапазоне;
• системы оптики – отвечает за направление, в котором испускается световое излучение;
• индикатора – показывает готовность датчика к работе.

В состав приемника входят:

• оптика – отвечает за прием и передачу светового луча к преобразователю;
• фотоприемник – трансформирует световое излучение в электрический сигнал;
• усилитель – увеличивает интенсивность сигнала до значения, которое может «считать» прибор;
• пороговый элемент – регулятор крутизны фронта сигнала переключения;
• электронный ключ – предупреждает возникновение коротких замыканий и перегрузок;
• индикатор цвета – показывает заданные параметры датчика.

Индикатор цвета показывает следующие режимы работы датчика:

• отсутствие свечения – сигнала нет;
• зеленый цвет – прибор активирован после получения сигнала, интенсивность которого соответствует заданным параметрам;
• желтый и красный цвет – показывают увеличение уровня сигнала.

Если не рассматривать специализированные типы оптических датчиков (щелевые и другие), то эти приборы в зависимости от конструкции можно условно разделить на 2 вида: с цилиндрическим и прямоугольным корпусом. Такая особенность существенно упрощает выбор устройств.

Виды оптических датчиков

Оптические датчики применяются для решения широкого круга задач. В связи с этим перед покупкой прибора необходимо определиться с:

• условиями работы устройства;
• функциями, которыми устройство должно обладать.

В зависимости от особенностей работы оптические датчики подразделяются на 3 типа.

Барьерные

Датчики барьерного типа отличаются нестандартным принципом работы. Для активации прибора необходимо, чтобы приемник и передатчик были установлены друг напротив друга. Только при соблюдении данного условия световой луч будет попадать в прибор. Если между приемником и передатчиком возникает барьер (отсюда и название устройства), то датчик подаст соответствующий сигнал.

Благодаря этой особенности они способны контролировать территорию на большом расстоянии. При этом барьерные датчики демонстрируют высокую эффективность. В частности, на работоспособность прибора не влияют капли жидкости и пыль.

Среди минусов барьерных датчиков выделяют следующее:

• сложность монтажа (из-за большого расстояния между приемником и датчиком необходимо прокладывать много электропроводов);
• приемник и передатчик нужно соосно расположить друг относительно друга (иначе прибор работать не будет);
• при попадании в зону действия прибора предметов с высокой отражающей способностью устройство подает ложный сигнал;
• датчик не срабатывает, когда в зону действия попадает прозрачный предмет.

Последние 2 недостатка можно устранить, изменив соответствующим образом положение регулятора чувствительности. При этом прибор должен быть настроен таким образом, чтобы диаметр луча превосходил размеры объекта, попадающего в контролируемую зону.

Считается, что датчики барьерного типа – самая надежная разновидность подобных устройств. Это обусловлено высокой эффективностью приборов, которые могут контролировать территории большой площади и работают без помех.

Приемник и передатчик у устройств данного типа разрешено размещать на расстоянии в 10 метров друг от друга. К последнему обязательно подводится питание. Передатчик у приборов барьерного типа только транслирует световой луч. Это устройство не требует настройки. Чувствительность и другие параметры работы датчика регулируется на приемнике.

Чтобы оборудование функционировало в рамках заданных параметров, необходимо устанавливать на территории приемник и передатчик из одного комплекта. Компоненты, выпущенные разными производителями, не способны работать друг с другом.

Датчики барьерного типа применяются преимущественно на охраняемых территориях. На промышленных предприятиях устанавливаются устройства других видов.

Диффузные датчики

У датчиков диффузного типа приемник и передатчик размещаются в одном корпусе. Принцип действия данного прибора основан на зеркальном отображении. Суть этого процесса сводится к следующему: передатчик испускает световой луч, который, попадая на объект, рассеивается в разные стороны. Часть таких волн возвращается обратно к датчику, попадая на приемник. В этом случае прибор активируется.

Основной недостаток устройств диффузного типа заключается в том, что датчики не способны выявлять объекты с низкой отражающей способностью. Для подобных случаев применяются выключатели с подавлением фона.

Второй недостаток – небольшая область контроля. Устройства функционируют в зоне на расстоянии в 50 см. Однако диффузные датчики при условии правильной настройки способны сразу выявлять объекты, которые появляются в контролируемой области.

Правила настройки

Чтобы определить место, в котором будет установлен датчик, необходимо взять лист чистой бумаги и медленно провести его рядом с датчиком. Прибор должен актироваться на:

• расстоянии до 40 см, если лист имеет размеры 10х10 см;
• расстоянии свыше 40 см, если размеры листа составляют 20х20 см.

Для более точной настройки прибора применяется специальная таблица, в которой указаны отражающие свойства материалов. На основе коэффициентов из этого перечня проводится регулировка устройства.

Рефлекторные датчики

Датчики этого типа активируются при отражении светового луча от рефлектора, после чего тот попадает на приемник. Прибор повторно включается, когда объект покидает контролируемую зону.

Рефлекторные датчики действуют на расстоянии до 10 метров. При этом данное устройство способно контролировать и большую территорию, но тогда снижается эффективность его работы. Объясняется это тем, что по мере увеличения расстояния повышается вероятность смещения направления светового луча из-за вибрации либо пыли.

Рефлекторные датчики, у которых приемник и передатчик размещены в одном корпусе, способны распознавать полупрозрачные объекты. Такие приборы часто используют как один из компонентов конвейера. Датчик регистрирует момент, когда изделие попадает в определенную точку, и сигнализирует о выходе продукции из зоны контроля.

Специфические датчики

Список моделей оптических датчиков не ограничивается приведенными типами. Данные приборы также делятся на следующие виды:

1. Световая решетка. Прибор представлен в виде двух пластин, расположенных на определенном расстоянии друг от друга. С одной стороны размещаются фотодиоды, с другой – светодиоды. При перекрытии световой волны между этими элементами подается сигнал, с помощью которого компьютер может определить ширину или высоту объекта.
2. Световой барьер. Устройства этого типа применяются на территориях, охраняемых от проникновения людей. Конструкция объединяет в себе два рефлекторных датчика и отдельный контроллер. Из-за этой особенности оборудование сложно в монтаже.
3. Лазерная система. Такой датчик способен не только фиксировать появление объекта в контролируемой области, но и определять точное расстояние до него. Последнее возможно благодаря встроенной электронике.
4. Оптоволоконный датчик. Это устройство объединяет в себе несколько приборов, установленных на определенном расстоянии друг от друга и соединенных между собой оптоволокном. Обычно в конструкции такого датчика применяются пластиковые фиберы. Устройства данного типа в основном монтируются на территориях с узкой зоной контроля и повышенным риском получения травм. Кроме того, такие датчики применяются в условиях постоянной влажности и сильной вибрации.
5. Аналоговый датчик. Это оптические датчики выходного сигнала. Устройства данного типа функционируют по сходному с лазерными приборами алгоритму.

Благодаря такому разнообразию датчиков можно подобрать приборы, которые будут выполнять в том числе и узкоспециализированные задачи.

Классификация по месту установки

1. Щелевые. Это не отдельный датчик, а система приемников, которые устанавливаются на одной платформе с излучателем. Такие устройства закрываются U-образным корпусом. Щелевые приемники применяются на конвейерах или других подобных площадках для контроля за быстро передвигающимися предметами. Эти устройства отличаются удобной конструкцией, так как для работы необходима прокладка только одного кабеля.

2. Прямоугольные. Благодаря конструктивным особенностям такие датчики нередко комплектуют системой охлаждения, что расширяет область использования приборов. В частности, устройства можно устанавливать с объектами, излучающими тепло. Прямоугольные датчики дополняются высокоточной оптикой, позволяющей проводить подсчет быстро передвигающихся предметов, и отличаются прочной конструкцией.

3. Цилиндрические датчики. Внешне такие устройства напоминают свечу зажигания. Они комплектуются крепежными пластинами, зажимными блоками и уголками.

Оптические датчики отличаются компактными размерами, что упрощает монтаж приборов. Для расширения области применения производители дополняют такие устройства выносными модулями.

Область применения оптических датчиков

Оптические датчики применяются для определения наличия предметов. Эти устройства позволяют:

• устанавливать расстояние до объекта;
• определять габариты предмета;
• определять степень прозрачности;
• узнать цвет объекта.

Обычно оптические датчики сочетают с системами сигнализации, контроля освещением или приборами с дистанционным управлением. Несмотря на простую конструкцию, обеспечивающую продолжительный срок эксплуатации, устройства демонстрируют высокую точность проводимых измерений. Одновременно с этим датчики за счет использования кодируемого сигнала минимизируют риски стороннего влияния на работу приборов.

Чаще устройства данного типа применяются вместе с охранными системами. В этом случае датчики используются для регистрации движения на территории. Также устройства входят в состав систем автоматического управления оборудованием.

Оптические датчики демонстрируют высокую точность измерения предметов, которые передвигаются с большой скоростью. Поэтому эти устройства применяются для подсчета количества оборотов двигателей разного типа и оценки уровня жидкостей. В обоих случаях датчики в основном применяются на промышленных предприятиях.