Оптические датчики положения и движения объектов почему «ДА?»

Оптические датчики положения и движения объектов почему «ДА?» Анемометр
Содержание
  1. Как проверить
  2. Где применяют оптические датчики
  3. Типы устройства и принцип действия оптических датчиков
  4. Как подключить оптический датчик
  5. Видео по теме
  6. Схема подключения оптических датчиков
  7. Характеристики и схемы включения емкостных датчиков
  8. Типы оптических датчиков
  9. Принцип работы и проверка оптических датчиков
  10. Конструкции
  11. Щелевые
  12. Прямоугольные
  13. В цилиндрическом корпусе
  14. Конструкция
  15. Щелевые датчики
  16. Цилиндрический корпус
  17. Неисправности и уход
  18. Неисправности, случающиеся в процессе эксплуатации
  19. Датчики, использующие свет
  20. Определение
  21. С раздельным приемником и передатчиком
  22. Рефлекторный
  23. Диффузный
  24. Датчики брэгговской решетки
  25. Датчик контроля пламени
  26. Для чего нужны оптические датчики? Где применяются и как работают
  27. Сфера применения
  28. Принцип работы оптического датчика
  29. Особенности устранения помех
  30. Режимы датчика
  31. Название и терминология
  32. Оптические датчики механических величин

Как проверить

Контрольно-измерительная аппаратура перед вводом в эксплуатацию должна быть проверена на работоспособность. Сделать это можно при помощи специальной техники, на стенде. Также часто используется эмпирический метод. Для этого прибор включают на месте и наблюдают за его поведением.

Оптические датчики положения и движения объектов почему «ДА?»

Где применяют оптические датчики

Датчики оптического типа применяют для эффективного определения или наличия предметов, которые присутствует на каком-либо объекте. С помощью устройства специалисты контролируют расстояние и габариты, степень прозрачности, цвет конкретного объекта.

Обычно датчики ставят в системы автоматического управления освещением, охранные сигнализации или приборы на дистанционном управлении.

Простая конструкция оборудования обеспечивает высокую надежность, но при этом гарантирует точность любых измерений. Поскольку в датчиках используется кодированный световой сигнал, это увеличивает защиту от воздействия негативных факторов, а электроника сможет определить не только наличие нужного объекта на рабочей территории, но и учитывает его свойства — прозрачность или габариты.

Наибольшее распространение подобный тип датчиков получили в системах охранной сигнализации, где необходимо использовать высокочастотные системы распознавания движения. Независимо от выбранного вида приспособления, датчики — лучший вариант для системы управления автоматического оборудования.

Оптический датчик обладает не только высокой точностью, но и скоростью измерения с минимальным откликом на разрушение луча. Поскольку оптические датчики используют бесконтактный тип связи, это гарантирует продолжительный срок службы в любых производственных условиях.

Устройства также часто используют для подсчёта оборотов различных двигателей или уровня жидкостей. В этих ситуациях нужно в конкретную зону установить оптический датчик оборотов, вращения и оптический датчик уровня. Два вида устройств активно используют на промышленных предприятиях.

Типы устройства и принцип действия оптических датчиков

По типу устройства оптические датчики делятся на моноблочные и двухблочные. В моноблочных излучатель и приёмник находятся в одном корпусе. У двухблочных датчиков источник излучения и приёмник оптического сигнала расположены в отдельных корпусах.

По принципу работы выделяют три группы оптических датчиков:

тип T — датчики барьерного типа (приём луча от отдельно стоящего излучателя)
тип R — датчики рефлекторного типа (приём луча, отражённого катафотом)

тип D — датчики диффузионного типа (приём луча, рассеянно отражённого объектом)

У датчиков барьерного типа излучатель и приёмник находятся в отдельных корпусах, которые устанавливаются друг напротив друга на одной оси. Дальность разнесения корпусов может достигать 100 метров. Предмет, попавший в активную зону оптического датчика, прерывает прохождение луча. Изменение фиксируется приёмником, появившийся сигнал после обработки подаётся на управляемое устройство.

Датчики рефлекторного типа содержат в одном корпусе и передатчик оптического сигнала, и его приёмник . Для отражения луча используется рефлектор (катафот). Датчики такого типа активно используются на конвейере для подсчёта количества продукции. Для обнаружения объектов с зеркальной, отражающей металлической поверхностью в датчиках рефлекторного типа используют поляризационный фильтр. Дальность действия датчиков рефлекторного типа может достигать 8 метров.

В датчиках диффузионного отражения источник оптического сигнала и его приёмник находятся в одном корпусе. Приёмник учитывает интенсивность луча, отражённого контролируемым объектом. Для точности срабатывания в датчиках данного типа может включаться функция подавления фона. Дальность действия зависит от отражательных свойств объекта, может быть определена с помощью поправочного коэффициента, и при использовании стандартной мишени может достигать 2 метров.

Оптические датчики имеют индикатор рабочего состояния и, как правило, регулятор чувствительности, который даёт возможность настроить срабатывание на объект, находящийся на неблагоприятном фоне.

Источником излучения в современных оптических датчиках являются светодиоды.

Как подключить оптический датчик

Любой оптический датчик соединяют с исполнительной автоматикой:

  • программаторы;
  • платы управления различных систем.

Схему подключения придётся выбирать в зависимости от типа выходного сигнала, который исходит от оборудования.

Общая классификация подключения оптического датчика:

  • на сухой тип контактной группы применяют замкнутые или разомкнутые;
  • соединение с питанием сигнализационной системы;
  • подача питания на релейные датчики по отдельной линии.

Путаница возникает, поскольку не все мастера понимают разницу между нормально закрытым и открытым выходом датчика.

Чтобы разобраться с подключением, нужно понять три события:

  • правильная интенсивность попадания света;
  • включение индикатора, показывающего на активность прибора;
  • переключение реле или транзистора — выходные элементы.

Приор не получится подключить правильно, если перепутать срабатывание и попадание света. А также, какие процессы в этот момент происходят — переключатель работает в определённом режиме (Dark/Light), а тип выхода — нормально открытый или нормально закрытый.

Оптические датчики положения и движения объектов почему «ДА?»

При НЗ-выходе индикатор может загореться, когда замыкается контакт, или же при активности датчика. Нельзя забывать, что эти события — неодинаковы. Все зависит от производителя.

Поэтому, для правильного подключения нужно внимательно ознакомиться с инструкцией и проверять теорию на практике.

Видео по теме

Присоединение датчиков осуществляется к исполнительной автоматике. Это могут быть программаторы, управляющие платы охранных или противопожарных систем. Собственно, схема подключения напрямую зависит от того, каким будет выходной сигнал. Общая классификация включений устройства в цепь, следующая:

  • На контактную группу сухого типа, нормально разомкнутые или замкнутые;
  • С питанием от блока сигнализации;
  • С подачей энергии по отдельной линии на релейные датчики.

Схема подключения оптических датчиков

На выходе оптического датчика стоит транзистор PNP- или NPN-типа с открытым коллектором. Нагрузка подключается между выходом и, в зависимости от типа транзистора, общим минусовым или плюсовым проводом. Если в исходном состоянии нагрузка подключена, то выполняется функция размыкающего контакта и наоборот.

Характеристики и схемы включения емкостных датчиков

Чувствительность
емкостного датчика определяется как
отношение приращения емкости к вызвавшему
это приращение изменению измеряемой
величины. Для простого плоского
двухобкладочного емкостного датчика
линейного перемещения с воздушным
зазором емкость (2)

Оптические датчики положения и движения объектов почему «ДА?»

Оптические датчики положения и движения объектов почему «ДА?»

Оптические датчики положения и движения объектов почему «ДА?»

Оптические датчики положения и движения объектов почему «ДА?»

Рис.
4. Емкостный датчик давления

Чувствительность,
как следует из (3) и графика (рис. 1, б),
не
постоянна в диапазоне возможных
перемещений х.
Она
максимальна при малых входных сигналах
(когда пластины расположены близко друг
к другу) и быстро уменьшается при удалении
пластин.

При включении
емкостного датчика в измерительную
мостовую схему переменного тока
чувствительность измерения можно
увеличить повышением напряжения питания
моста. Однако и здесь необходимо иметь
в виду опасность пробоя между пластинами.
Для значительного увеличения напряжения
питания между обкладками конденсатора
помещают тонкую слюдяную пластинку.
Для повышения чувствительности
измерительной схемы с емкостным датчиком
необходимо повышать частоту питающего
напряжения. Однако при этом необходимы
специальные меры по экранированию схемы
и подводящих проводов для уменьшения
погрешности измерения, вызванной токами
утечки и токами наводки.

В
емкостном датчике давления (рис. 4) одной
из обкладок конденсатора является
плоская круглая мембрана 1,
воспринимающая
давление Р.
Другая
обкладка 2
датчика
неподвижна и имеет такой же радиус R,
что
и мембрана 1.
Между
обкладками конденсатора имеется
начальный воздушный промежуток

Оптические датчики положения и движения объектов почему «ДА?»

.
Под воздействием измеряемого давления
Р
мембрана
прогибается, причем наибольшее перемещение
δ
имеет центр мембраны. Неравномерное
изменение воздушного промежутка между
пластинами затрудняет вывод формулы
для емкости такого датчика. Приведем
ее в окончательном виде:

Непосредственное
объединение чувствительного элемента
(мембраны) с датчиком без промежуточных
кинематических элементов обеспечивает
простоту конструкции и высокую надежность,
а отсутствие потерь на трение обусловливает
высокую чувствительность по давлению
такого датчика. При взаимном перемещении
пластин в конденсаторе изменяется
энергия электрического поля, что приводит
к появлению усилий, приложенных к
пластинам.

Энергия электрического
поля в конденсаторе

Сила, действующая
на пластины, определяется как производная
энергии по перемещению:

Для повышения
точности и чувствительности, а также с
целью уменьшения влияния механических
сил емкостный датчик можно выполнить
дифференциальным (рис. 5) и включить в
мостовую схему.

Дифференциальный
емкостый датчик представляет собой
плоский конденсатор с металлической
обкладкой 1,
на которую действует измеряемая сила
F.
Обкладка
1
закреплена на упругой подвеске 6
и
под действием силы F
перемешается
параллельно самой себе.

Две
неподвижные обкладки 2
и
3
изолированы
от корпуса специальными прокладками 4
и
5.
При
отсутствии силы Fобкладка
1
занимает
симметричное положение относительно
неподвижных обкладок 2
и
3. При
этом емкость конденсатора, образованного
пластинами

Оптические датчики положения и движения объектов почему «ДА?»

Оптические датчики положения и движения объектов почему «ДА?»

.Под
воздействием измеряемой силы F,
преодолевающей
противодействие упругой подвески 6,
обкладка
1
перемещается
и емкости верхнего и нижнего конденсаторов
получают приращения разных знаков:

Поскольку
эти емкости включены в смежные плечи
мостовой схемы; чувствительность
измерительной схемы возрастает вдвое.
Силы, действующие между парами обкладок,
направлены противоположено друг другу,
т. е. взаимно компенсируются.

Про анемометры:  Автокаталог ГАЗ-3110 - Радиатор, электровентилятор (дополнительный вентилятор), датчик включения электровентилятора, датчик сигнализатора перегрева охлаждающей жидкости двигателей ЗМЗ-402.10 и ЗМЗ-4021.10

Питание
моста осуществляется от генератора
высокой частоты (ГВЧ). Частота питания
составляет несколько килогерц. Напряжение
в измерительной диагонали моста ΔU
зависит от измеряемой силы. При изменении
направления силы изменяется фаза
выходного напряжения на 180°.

Оптические датчики положения и движения объектов почему «ДА?»

Рис
5 Дифференциальный емкостный датчик в
мостовой схеме

Для
повышения чувствительности емкостных
датчиков углового перемещения с
изменяющейся площадью взаимного
перекрытия пластин по рис. 2 применяют
систему, состоящую из нескольких
неподвижных и подвижных пластин. Такие
воздушные конденсаторы переменной
емкости применяются, например, для
настройки радиоприемников.

Если пластины
имеют форму половины круга (как на рис.
2), а ось вращения подвижных пластин
проходит через центры окружности всех
пластин, то емкость датчика изменяется
в зависимости от угла поворота:

где
п

общее количество неподвижных и подвижных
пластин; s

площадь взаимного перекрытия пластин
при α = 0 (подвижные пластины полностью
вдвинуты между неподвижными); d
— постоянное расстояние между подвижными
и неподвижными пластинами.

Диапазон
изменения угла поворота α от 0 до 180°.
Все подвижные пластины электрически
соединены между собой, а все неподвижные
также соединены между собой. Таким
образом, имеется параллельное соединение
конденсаторов, при котором общая емкость,
как известно, равна сумме емкостей
параллельно соединенных конденсаторов.

Чувствительность
такого датчика определяется как изменение
емкости при повороте на 1º,
т. е.

Датчики
угловых перемещений используют в
мостовых измерительных схемах. Для
повышения чувствительности возможно
применение дифференциального датчика,
показанного на рис. 6. При повороте по
часовой стрелке подвижной пластины 1
увеличивается емкость между этой
пластиной и неподвижной пластиной 2
и
уменьшается емкость между пластиной 1
и
неподвижной пластиной 3.

Оптические датчики положения и движения объектов почему «ДА?»

Рис.
6. Дифференциальный емкостный датчик
повышенной чувствительности

Дифференциальная
схема, как уже отмечалось, обеспечивает
компенсацию противодействующего
момента, поскольку суммарная емкость
датчика остается неизменной.

На
рис. 7 показан емкостный датчик с
цилиндрическими обкладками, применяемый
для измерения уровня токонепроводящей
жидкости или сыпучих тел. Одной обкладкой
может служить металлический бак или
резервуар с внутренним радиусом r1,
вторая обкладка выполнена в виде
металлического стержня или цилиндра с
наружным радиусом r2.
Если резервуар заполнен до уровня х
жидкостью
с диэлектрической проницаемостью

Оптические датчики положения и движения объектов почему «ДА?»

где
Сх—
емкость нижней части резервуара,
заполненной жидкостью;

Оптические датчики положения и движения объектов почему «ДА?»

— емкость верхней части резервуара,
заполненной воздухом. Чувствительность
такого датчика тем больше, чем больше
диэлектрическая проницаемость

Оптические датчики положения и движения объектов почему «ДА?»

Оптические датчики положения и движения объектов почему «ДА?»

Рис.7.
Емкостный датчик уровня с цилиндрическими
обкладками

Общая формула для
емкости конденсатора с цилиндрическими
обкладками

Для емкости нижней
части датчика

Для емкости верхней
части датчика

Подставляя (11) и
(12) в (9), получим

где
L—
высота обкладок датчика, т. е. максимальный
уровень заполнения резервуара.

Чувствительность
датчика определяем, дифференцируя (13)
по уровню

Из уравнения (14)
видно, что чувствительность датчика
постоянна во всем диапазоне измерений.
При измерении уровня химически агрессивных
жидкостей наружная и внутренняя обкладки
покрываются защитным покрытием. Измерение
уровня с помощью емкостных датчиков
используется в космической и авиационной
технике, химии, нефтехимии, других
отраслях промышленности.

Емкостные датчики
нашли применение также для автоматического
измерения толщины различных материалов
и покрытий в процессе их изготовления.

Рассмотрим
емкостный датчик (рис. 8) для измерения
толщины материала из диэлектрика
(например, изоляционной ленты). Между
неподвижными обкладками конденсатора
1
протягивается
с помощью роликов 2
контролируемый
материал 3.

Емкость датчика,
представляющего собой плоский
двухобкладочный конденсатор с двухслойным
диэлектриком,

где
s
— площадь обкладок; d—
расстояние между обкладками; Δ
— толщина контролируемого материала;

Оптические датчики положения и движения объектов почему «ДА?»

Чем
меньше разница между dи
Δ,
чем больше диэлектрическая проницаемость
материала

Оптические датчики положения и движения объектов почему «ДА?»

Оптические датчики положения и движения объектов почему «ДА?»

Рис.
8. Емкостный датчик толщины ленты

Включение
емкостного датчика в мостовую схему
(см. рис. 5), питаемую от источника
повышенной частоты, позволяет зафиксировать
изменения емкости на 0,1 %. Более высокую
чувствительность позволяет получить
так называемая резонансная схема. В
этом случае емкостный датчик включается
в колебательный контур совместно с
индуктивным сопротивлением. Резонансная
схема показана на рис. 9, а.
Высокочастотный
генератор 1
имеет частоту напряжения fг
и питает индуктивно связанный с ним
контур, состоящий из индуктивности Lк,
подстроечного конденсатора С0
и емкостного датчика Сд.
Напряжение UK,
снимаемое
с контура, усиливается усилителем 2
и
измеряется прибором 3,
шкала
которого может быть проградуирована в
единицах измеряемой величины. При помощи
подстроенного конденсатора С0
контур настраивается на частоту f0,
близкую
(но не равную) к частоте генератора.

Оптические датчики положения и движения объектов почему «ДА?»

Рис.
9. Резонансная измерительная схема
включения емкостного датчика

Настройка
производится при средней емкости датчика
в диапазоне возможных изменений
измеряемой величины

Оптические датчики положения и движения объектов почему «ДА?»

В
результате настройки напряжение UK,
снимаемое
с контура, должно быть примерно вдвое
меньше (точка Б
на
рис. 9, б),
чем
напряжение при резонансе Up(точка
О
на
рис. 9, б).
Таким
образом, рабочая точка Б
будет
находиться примерно посередине одного
из склонов резонансной характеристики.
Этим обеспечиваются высокая чувствительность
измерения (до 0,001 %) и примерно линейная
шкала измерительного прибора 3.
Малейшее
перемещение подвижной пластины датчика
Сд
приводит к резкому изменению напряжения
контура. Уменьшение емкости

Оптические датчики положения и движения объектов почему «ДА?»

приводит к резкому увеличению напряжения,
увеличение емкости

Оптические датчики положения и движения объектов почему «ДА?»

Резонансная
частота контура определяется из условия
резонанса (равенства емкостного и
индуктивного сопротивлений)

Оптические датчики положения и движения объектов почему «ДА?»

Резонансная кривая
идет тем круче, чем меньше активная
составляющая сопротивления контура.

Соседние файлы в папке Тса заочники

Типы оптических датчиков

Оптические датчики положения и движения объектов почему «ДА?»

На сегодняшний день существует большое количество различных исполнений фотоэлектрических датчиков , и порой разделение их по типам достаточно затруднительно. Рассмотрим наиболее распространенные исполнения и категории, встречающиеся у современных производителей:

Отражательные датчики зачастую имеют много общего по своей конструкции с диффузными, и отличить их друг от друга без ознакомления с документацией может быть попросту невозможно. Однако, в отличие от них, датчики данного типа часто оснащаются поляризационным фильтром, который делает практически невозможным его срабатывание на отраженный даже от зеркальной поверхности объекта свет. Отражатель (катафот) датчика не требует электрического подключения, что делает датчики данного типа более удобными в использовании, нежели барьерные. Подстройка дальности действия, как и регулировка угла между оптическими осями приёмника и излучателя, в данной категории датчиков встречается реже, а необходимость точного подбора дальности срабатывания для конкретного применения становится менее актуальной, поскольку независимо от дальности до отражателя (в пределах определенной производителем и конструкцией) датчик отрабатывает с одинаковой стабильностью.

Однонаправленные датчики или световые барьеры, также изготавливаются в типовых корпусах – цилиндрических и блочных. Однако в данном случае уже проще отличить один компонент от другого – обычно явно видна одиночная линза как на приёмнике, так и на излучателе. Многие подобные датчики поставляются сразу в паре, что исключает возможность некорректного подбора, а стандартизированные значения длин волн рабочего излучения позволяют без проблем в случае необходимости заменить только один компонент из пары. В случае, если приёмник и излучатель поставляются отдельно, техническая документация обычно указывает допустимые варианты парных компонентов; либо же можно просто опираться на длину волны и тип излучения датчика. Инфракрасный приёмник не сработает на лазерный излучатель, и наоборот.

Лазерные (оптические) датчики расстояния наследуют принцип действия оптических щупов, изредка используясь вместе с отражателями. Их основная функция, однако —

Оптические датчики положения и движения объектов почему «ДА?»

определение расстояния до объекта на основании данных либо о времени между излучением света и попаданием на приёмник отраженного света, либо об угле отражения (триангуляция). Данные датчики обычно используют лазер в качестве излучателя, поскольку точность измерения расстояния требует минимального размера светового пятна.

Лазерные дальномеры разделяются на две категории по принципу действия:

импульсные дальномеры излучают не непрерывное, а прерывистое излучение, и имеют в своём составе электронику, производящую измерение времени между отправкой импульса и регистрацией приёмником отражённого импульса.

фазовые дальномеры используют изменение мощности лазера путем наложения модулирующего сигнала, последовательно подсвечивая объект излучением с разной частотой, которая изменяется с каждым циклом работы. Регистрируя частоту отраженного от объекта излучения, датчик вычисляет дальность до объекта на основании разницы частоты излучения.

Оптические датчики расстояния со светодиодом в качестве источника света в основном используют принцип триангуляции, производя анализ угла отражения света от объекта на основании данных о наиболее освещённой точке на поверхности фотодиода. Подобные датчики обычно отличаются значительно меньшим, нежели лазерные, дальностью действия, а также меньшей стоимостью.

Конечно же, все подобные модели оснащаются аналоговым либо цифровым выходом, значение которого изменяется в соответствии с расстоянием до объекта; при этом дискретный выход порой отсутствует. Датчики данного типа крайне редко изготавливаются в цилиндрических корпусах, поскольку для них важно достаточное расстояние между приёмником и излучателем. Размер корпуса, а точнее, блока приёмника и излучателя, напрямую влияет на предельную дальность действия: с увеличением максимального измеряемого расстояния растут и габариты датчика.

Специализированные оптические датчики Традиционные исполнения оптических датчиков позволяют применять их для решения широкого спектра задач. Однако нередки случаи, когда традиционных исполнений становится недостаточно, либо их применение попросту не представляется возможным. На помощь приходят специализированные версии диффузных, отражательных и барьерных датчиков. Компактность или устойчивость к электромагнитным помехам, различие цветов или контрастности – на все вопросы отвечает своя категория. Постараемся разобраться.

Про анемометры:  Как проверить датчик положения дроссельной заслонки ВАЗ-2114? ::

Датчики цвета – особый подраздел диффузных датчиков, которые используют белый свет и производят анализ характеристик отраженного от поверхности света, на основании которых формируются данные о цвете поверхности. Данные датчики уже граничат по функционалу с системами технического зрения, а их комплекс электроники занимает немало места, в силу чего они зачастую весьма громоздки. Для расширения применимости датчики данного типа нередко изготавливаются в формате базовых устройств волоконной оптики, а головка соответствующего оптоволоконного кабеля всегда представляет собой единый элемент, как для диффузного оптоволокна. Номинальная дальность действия подобных связок невелика, однако установка на головку оптоволоконного кабеля комплексов линз позволяет увеличить её до 400 мм и выше. Вместе с тем, надёжность определения цвета с увеличением расстояния падает, а кроме того, подобные датчики достаточно уязвимы для внешнего освещения, которое может внести серьёзные изменения в регистрируемые датчиком показания отраженного света.

Оптические датчики положения и движения объектов почему «ДА?»

Поскольку градация цветов велика, и её практически невозможно привязать к линейной зависимости, которую можно было бы сконвертировать в аналоговый выходной сигнал, подобные датчики обычно имеют цифровой интерфейс, по которому в управляющую систему попадает информация о фактическом цвете объекта. Кроме того, нередко подобные датчики оснащаются дискретными выходами – обычно в количестве 3 шт. PNP/NPN, — которые позволяют регистрировать ряд основных сочетаний цветов на основании совокупности наличия либо отсутствия сигналов на этих выходах.

Датчики контрастных меток также являются специализированным вариантом диффузных датчиков, поскольку они предназначены для работы на отражение от объекта.

Оптические датчики положения и движения объектов почему «ДА?»

Однако, их особым свойством является точная настройка на характеристику отражения по двум значениям – фон и объект, в данном случае метка, которая нанесена на поверхность. В отличие от диффузных датчиков, принципиального значения разница расстояний до фона и объекта не играет особой роли; датчик срабатывает при обнаружении в поле зрения объекта, контрастного по отношению к фону. В дополнение, подобные датчики отрабатывают одинаково эффективно как в случае, когда отражающие свойства метки лучше, чем у объекта, так и наоборот. Конечно, в редких случаях подобная задача может с известной надёжностью решаться обычным диффузным датчиком, но датчик контрастных меток, сочетая в себе не только точную электронную подстройку, но и эффективное подавление внешних засветок, решает эту задачу значительно лучше.

Люминесцентные датчики используют ультрафиолетовый диапазон излучения и предназначаются для определения наличия на поверхности объекта меток, нанесенных специальными чернилами, которые светятся в этом спектре. Подобные датчики применяются крайне редко, однако их несомненным достоинством является полное игнорирование внешних засветок и независимость от отражающих свойств поверхности, равно как её цвета. Помимо прочего, дальность действия таких датчиков может достигать 300 мм.

По всем вопросам обращайтесь по телефонам или e-mail.

Типы оптических датчиков Типы оптических датчиков

Принцип работы и проверка оптических датчиков

Современная промышленная автоматика обеспечивает сложные и ответственные индустриальные процессы. Устойчивая работа системы обеспечивается включением высокотехнологичных компонентов, каждый из которых выполняют предупредительную, срабатывающую, блокирующую или иную функцию. Особое место в промышленных системах отдается оптическим датчикам. Самое известное применение фотоэлектрической аппаратуры – регулятор уровня освещенности. Реакция прибора на сумерки – включение осветительной техники.

Конструкции

Оптические датчики, как правило, имеют компактный форм-фактор. В зависимости от предназначения и применяемой технологии приборы могут иметь выносные модули. Производители рекомендуют использовать совместимое внешнее оборудование. Основными модулями датчиков остаются излучатель и приемник.

Щелевые

Состоит из пары оппозитно расположенных приемника и излучателя на одной платформе. Корпус датчика имеет U-образный вид. В устройстве реализован принцип барьерного срабатывания. При попадании объекта в область контроля происходит прерывание и фиксация события. Щелевые или вилочные аппараты успешно справляются с пересчетом предметов, перемещающихся на высокой скорости. Конструкция датчиков позволяет экономить свободное пространство за счет прокладки только одного питающего кабеля.

Оптические датчики положения и движения объектов почему «ДА?»

Прямоугольные

Особое расположение основных модулей исключает чувствительность к фоновым излучениям. Высокое качество оптики, используемой в оснащении, обеспечивает точный и быстрый пересчет объектов.

Устройства могут комплектоваться экранами защиты или системой охлаждения. таким образом функциональность устройств может быть расширена до работы с разогретыми объектами. Кроме того, форм-фактор прямоугольных датчиков обеспечивает их устойчивую работу в дорожной инфраструктуре.

Оптические датчики положения и движения объектов почему «ДА?»

В цилиндрическом корпусе

Внешне устройство напоминает свечу зажигания. В цилиндрическом корпусе размещаются приемник и излучатель. Срабатывание датчика происходит каждый раз при попадании контролируемых объектов с последующим преломлением светового потока. Поставляется с аксессуарами, обеспечивающими легкий монтаж на место эксплуатации – крепежными пластинами, зажимным блоком и уголками.

Оптические датчики положения и движения объектов почему «ДА?»

Конструкция

Оптические датчики обычно очень компактные — для простоты установки. Для практического применения конструкторы оснащают оборудование выносными модулями. Конструкция приборов может отличаться в зависимости от выбранного места для установки.

Щелевые датчики

Это несколько оппозитно расположенных приёмников, установленных на одной платформе с излучателем. Корпус напоминает букву U. Щелевой приемник применяют для подсчета предметов, которые перемещаются по установленной зоне с высокой скоростью.

Конструкция крайне удобна для экономии пространства, поскольку прокладывать нужно только один питающий кабель.

Строение корпуса позволяет дополнительно комплектовать датчики системой охлаждения. Таким образом, оборудование можно ставить с объектами, которые сильно разогреваются.

Прямоугольная форма также обеспечивает надежную устойчивость прибора. Датчики оснащают высокоточной оптикой, что позволяет производить мгновенный пересчет объектов.

Цилиндрический корпус

Оптические датчики положения и движения объектов почему «ДА?»

Устройство внешне очень похоже на свечу зажигания. Устройство продают с дополнительными элементами — пластины для крепежа, уголки и зажимные блоки.

Неисправности и уход

Дефекты для этого типа аппаратуры крайне редки. Нарушение работоспособности может происходить по следующим причинам:

  • Механические повреждения, в том числе обрывы в цепи питания;
  • Выход из строя внутренних компонентов;
  • Сбой настроек (большинству датчиков требуется калибровка);
  • Нарушение полярности.

Своевременное сервисное обслуживание и замена неисправных компонентов обеспечат долгий срок службы изделий и отсутствие простоев на производстве.

В век наших технологий я отдаю предпочтение с раздельным приемником и передатчиком. Там более надежная конструкция.

Неисправности, случающиеся в процессе эксплуатации

Любое оборудование рано или поздно выходит из строя. Оптический датчик ломается крайне редко, но если это произошло, нужно знать, чем вызваны неисправности:

  • цепь питания может оборваться, возможны также и механические повреждения самого прибора или сенсора;
  • компоненты внутри корпуса вышли из строя;
  • проблемы с настройкой — для правильной работы, датчики нужно правильно откалибровать.

Если регулярно проводить сервисное обслуживание прибора и своевременно менять расходные части, можно добиться высокого срока эксплуатации оптического датчика. При правильном уходе, устройство служит не одно десятилетие.

Датчики, использующие свет

В этом разделе объясняются датчики, которые измеряют неоптические свойства на основе принципа измерения, который включает использование света.

Оптические датчики могут иметь существенные преимущества перед конкурирующими технологиями, например, в отношении производительности или удобства использования в экстремальных условиях.

Такие датчики конкурируют с другими сенсорными технологиями, например, основанными на чисто электронных средствах. По сравнению с ними оптические датчики часто дороже, но, тем не менее, могут быть предпочтительнее из-за определенных преимуществ.

Например, для приложений для измерения в конкретных жестких условиях, проявляющих сложные аспекты, такие как интенсивные электрические поля, радиоволны или экстремальные температуры, может быть выгодно иметь относительно прочный и непроводящий чувствительный элемент. Такой как оптическое волокно, содержащее волоконную дифракционную решетку (Брэгга).

Оптические датчики положения и движения объектов почему «ДА?»

Такие типы датчиков могут работать, не создавая проблем с изоляцией или взрывоопасности, требуя электроэнергии в неудобном месте или подвергаясь чрезмерному влиянию определенных помех в окружающей среде.

Другим аспектом является иногда превосходная производительность, например, чрезвычайно высокое разрешение, с которым можно измерить механическую деформацию, особенно в случае интерферометрических датчиков.

В некоторых случаях используется оптический измерительный прибор, к которому подключен один или несколько внешних оптических датчиков. Например, можно иметь несколько или даже много волоконных брэгговских решеток, встроенных в длинное оптическое волокно, или использовать своего рода распределенное зондирование по всей длине волокна.

Возможный принцип измерения заключается в определении местоположения по времени поступления импульсных сигналов с использованием конечной скорости света. Такая распределенная сенсорная система также может быть существенно более экономичной, чем система, основанная на длинной цепочке электронных сенсорных элементов. Они требуют множество электрических кабелей или сложной системы электронных шин.

Далее мы обсудим наиболее распространенные типы оптических датчиков (сгруппированные по измеряемым величинам), не стремясь создать что-либо близкое к полному обзору сенсорных технологий, поскольку это огромная область.

Определение

Оптические датчики — небольшие по размерам электронные устройства, способные под воздействием электромагнитного излучения в видимом, инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах подавать единичный или совокупность сигналов на вход регистрирующей или управляющей системы. Оптические датчики реагируют на непрозрачные и полупрозрачные предметы, водяной пар, дым, аэрозоли.

Оптические датчики являются разновидностью бесконтактных датчиков, так как механический контакт между чувствительной областью датчика (сенсором) и воздействующим объектом отсутствует. Данное свойство оптических датчиков обуславливает их широкое применение в автоматических системах управления. Дальность действия оптических датчиков намного больше, чем у других типов бесконтактных датчиков.

Про анемометры:  Схема подключения газового котла: двухконтурного, настенного, напольного

Оптические датчики называют ещё оптическими бесконтактными выключателями, фотодатчиками, фотоэлектрическими датчиками.

Основными составляющими электронной аппаратуры, поддерживающей работу по преобразованию световых волн, являются:

  • Источник излучения – специальный диод, который генерирует сигналы;
  • Приемник света – фотодиод, реагирующий на определенные значения излучения. Используется для улавливания отраженных от различных поверхностей волн, сгенерированных ранее источником излучения;
  • Преобразователь электронного типа. Переводит определенные датчиком параметры световой энергии в сигналы, доступные для чтения смежной аппаратурой.

Работа датчиков строится на принципе улавливания отраженных волн от различных предметов обстановки. Длина световых волн и их интенсивность как параметры, позволяют определить измеряемые PhotoCell Sensor величины для последующей передачи в контрольный центр.

Оптические датчики выполняют достаточно широкий спектр задач, стоящих перед современными промышленными предприятиями. Кроме контроля уровня освещенности аппаратные средства обеспечивают поддержку бесконтактных изменений, в том числе обнаружения объектов, перемещающихся на высокой скорости. Представители промышленности при заказе датчиков на производство заранее знают условия эксплуатации и необходимый для оснащения тип аппаратуры.

С раздельным приемником и передатчиком

Этот вид аппаратуры считается одним из самых надёжных. Внушительная дальность работы и устойчивость к помехам. В стандартной комплектации датчики устроены так, что приемник и передатчик заключены в одном корпусе. В раздельном виде устройства активные модули могут быть разнесены на несколько десятков метров. Передатчик с автономным питанием, по сути, выполняет одну функцию. Сам же датчик с приемником включается в систему промышленной автоматики. Основной сферой применения контрольно-измерительной аппаратуры с раздельными приемником и передатчиком является охранная деятельность. Известно использование датчиков на производствах с сильно загрязненным воздухом или примесями газов.

Оптические датчики положения и движения объектов почему «ДА?»

Рефлекторный

Основной задачей это группы устройств является обнаружение объектов, находящихся в зоне перекрытия оптического излучения. Активный модуль датчиков состоит из коммутационного элемента релейного типа или полупроводникового диода. В корпусе аппаратуры заключены излучатель и принимающий блок излучения в инфракрасном спектре. Принцип срабатывания следующий: как только в зону покрытия излучателя попадает контролируемый предмет, рефлектор отражает соответствующий сигнал. Для обеспечения стабильной работы устройства предусмотрены защитные модули, предупреждающие засвечивание и переполюсовку при организации сетевого питания.

Оптические датчики положения и движения объектов почему «ДА?»

Диффузный

Основным назначением аппаратуры является конечное выключение цепи. Бесконтактные датчики диффузные обнаруживают объекты различных форм вне зависимости от материала исполнения. Отличительная особенность приборов состоит в возможности установления отдельных элементов технологического оборудования.

Конструктивно датчик включает приёмник и излучатель в одном корпусе. Благодаря эффекту диффузного отражения на работу прибора не оказывает влияния засветка, переполюсовка или необходимость точной фокусировки. Датчики определяют местоположение объекта даже в зоне максимального приближения.

Оптические датчики положения и движения объектов почему «ДА?»

Датчики брэгговской решетки

Влияние деформации и температуры можно различить с помощью различных методов. Например, с помощью эталонных решеток, которые подвергаются воздействию одной и той же температуры, но не деформации, или комбинируя различные типы волоконных решеток. Так что деформация и температура получаются одновременно.

Существуют также лазерные датчики с брэгговской решеткой, в которых реализованы небольшие волоконные лазеры, состоящие из двух решеток и редкоземельного легированного волокна между ними. В качестве альтернативы, может быть один ВБР и широкополосный отражатель с другой стороны.

При подаче света накачки такое устройство выдает сигнал с длиной волны, близкой к длине волны Брэгга. Затем можно измерить эту длину волны излучения, и, что примечательно, на нее практически невозможно повлиять даже во время распространения в довольно длинном волокне – в отличие от сигналов с амплитудным кодированием, на которые может повлиять затухание.

Датчик контроля пламени

Оптические датчики положения и движения объектов почему «ДА?»

Оптический датчик часто используют для измерения качества пламени в промышленных горелках. Питание происходит от искрозащищенного блока, который входит в комплект с основным оборудованием. Такое высокоточное устройство закупают для нефтегазовых промышленных предприятий.

Для чего нужны оптические датчики? Где применяются и как работают

Термин оптический датчик может означать две разные вещи:

  • Существуют датчики для света, по существу, определяющие такие свойства, как оптическая мощность или интенсивность.
  • Другие устройства измеряют неоптические свойства, такие как силы, смещения и наклоны, деформация, температура, химические или электрические свойства, и каким-то образом используют свет для этой цели.

Световые датчики или освещенности

Что такое фотокамера?

Сфера применения

Оптические датчики как составная часть автоматизированных систем управления широко применяются для определения наличия и количества предметов, присутствия на их поверхности наклеек, надписей, этикеток или меток, позиционирования и сортировки предметов. С помощью оптических датчиков можно контролировать расстояние, габариты, уровень, цвет и степень прозрачности. Их устанавливают в системы автоматического управления освещением, приборы дистанционного управления, используют в охранных системах.

Принцип работы оптического датчика

Оптический датчик положения активируется при определенных условиях, заданных производителем. Поэтому «активация» — ключевое слово, используемое для определения принципы работы устройства. Активация срабатывает, когда падающий на датчик свет, имеет достаточную интенсивность.

Оптические датчики положения и движения объектов почему «ДА?»

Принцип работы оптического датчика: когда луч проходит через датчик беспрепятственно, он будет активирован. Но, при его прерывании каким-то барьером, устройство перестает работать и передаст сигнал на центральный компьютер, с которого оператор узнает о необходимой ему информации.

Изучая принцип работы оптического датчика, нельзя полагать, что активность — это замкнутые контакты, и напряжение на выходе присутствует. В различных устройствах могут отличаться принципы работы выходного элемента и схемы обнаружения световых потоков. Все зависит от конкретного типа устройства и его применения.

Особенности устранения помех

Любой оптический датчик положения представляет собой бесконтактный прибор, которому не нужен для работы механический контакт с определенным объектом. Но, активное состояние может сбиться из-за различных помех.

Оптические датчики положения и движения объектов почему «ДА?»

Чтобы избежать этой неисправности, производители используют световые потоки необычного спектра, к примеру, лазерный луч. Такой источник довольно прост в изготовлении – излучение фокусируется в тонкий луч обычно красного цвета. Преимущество использования технологии — излучение передаётся в видимой части диапазона. А потому не составит труда настроить прибор для конкретной зоны действия.

Это современное оборудование, но прежде можно было найти датчики иного вида, которые в качестве определителя использовали лампочку накаливания на 6 В и небольшую линзу. Прибор активно использовали в восьмидесятых годах. Современные датчики намного эффективнее и могут работать только в своём участке спектра, а потому можно избежать плохой видимости и помех.

Оптические датчики положения и движения объектов почему «ДА?»

Несмотря на использование более продвинутых технологий, оптический датчик всегда нужно держать в чистом состоянии, поскольку грязь и пыль могут вызвать преждевременное срабатывание.

Режимы датчика

Большинство современных датчиков оснащают двумя режимами:

Это означает, что при включении режима устройство будет срабатывать при определённых условиях – включаться в тёмное время суток или, наоборот, при попадании солнца. К примеру, если установить режим Dark On, то датчик будет деактивирован, когда на него падают лучи солнечного света. В режиме Light On, датчик начнет включаться при засвечивании.

В магазинах Москвы и области также можно найти оборудование со встроенным таймером, где выходной сигнал будет появляться в определенное время, после активации.

Название и терминология

PhotoCell Sensor. Фото- или фотоэлектрический датчик – все это названия группы устройств, срабатывающих на свет или изменение его параметров. Вторичной функцией аппаратуры является передача соответствующего сигнала (оповещения) в систему индустриальной поддержки. Индикативные возможности датчиков определяется его устройством и областью применения. Сегодня в практике индустриального оснащения применяется широкий спектр оборудования, оснащенного бесконтактными, рефлекторными, диффузными и другими типами датчиков.

Оптические датчики положения и движения объектов почему «ДА?»

Оптические датчики механических величин

Волоконно-оптические датчики деформации, смещения, наклона, вращения, силы и ускорения стали довольно распространенными и могут иметь удивительные показатели производительности.

Широкий спектр оптических датчиков может использоваться для измерения и контроля механических величин, таких как силы, перемещения и наклоны (= изменения положения вращения) и деформации. Они могут быть основаны на самых разных принципах измерения. Например, изменения положения можно очень точно отслеживать с помощью различных видов интерферометров, которые могут быть реализованы либо с помощью объемной оптики, либо с помощью волоконной оптики.

Те же принципы могут быть использованы для измерения механических сил, поскольку их можно легко преобразовать в перемещения, используя упругую деформацию некоторой механической части.

Аналогичным образом, ускорения могут быть измерены, например, через относительное движение испытуемой массы или через силы инерции. Кроме того, существуют различные методы измерения вибраций, частично с высоким временным разрешением и чувствительностью. Для определения вращений существуют оптические гироскопы, например, на основе кольцевых лазеров, которые могут быть чрезвычайно чувствительными.

Многие из этих устройств реализованы в виде волоконно-оптических датчиков.

Часто, но не всегда с использованием волоконных брэгговских решеток. Часто такие датчики также чувствительны к изменениям температуры, но существуют различные способы разделения таких влияний; на самом деле, существует множество датчиков, которые одновременно могут измерять деформацию и температуру.

Часто используемый метод заключается в использовании двух идентичных волоконных решеток Брэгга, где обе решетки подвергаются воздействию одинаковой температуры, но только одна из них подвергается определенной деформации.

Оптические датчики положения и движения объектов почему «ДА?»

Оцените статью
Анемометры
Добавить комментарий