Сенсоры оптические

Сенсоры оптические Анемометр

Оптические бесконтактные выключатели (оптические датчики) – это электронные устройства с оптической системой, обнаруживающее объекты, при прерывании или отражении видимого или невидимого оптического излучения, и имеющее полупроводниковый коммутационный элемент.

Оптические датчики ВБ3 предназначены для регистрации и подсчета количества любых объектов и обладают большей дальностью действия по сравнению с другими бесконтактными датчиками. Датчики имеют регулятор чувствительности, позволяющий производить настройку по фактической контрастности объекта на фоне окружающих предметов.

Применение бесконтактных оптических датчиков

Оптические датчики широко применяются в автоматизированных системах управления для регистрации наличия и количества предметов, обнаружения на их поверхности наклеек, меток и надписей, а также для позиционирования и сортировки предметов.

С помощью оптических датчиков можно контролировать расстояние, габариты, уровень, цвет и степень прозрачности объектов вне зависимости от материала его изготовления.

Помимо промышленной сферы датчики успешно применяются в охранных системах и в системах управления освещением.

Достоинством оптических датчиков является большое расстояние обнаружения, которое может достигать нескольких метров, и возможность регулировки чувствительности регистрирующего механизма.

Функциональная схема

Принцип действия оптических бесконтактных датчиков основан на изменении принимаемого датчиком светового потока. Оптические датчики состоят из 2-х функционально законченных узлов – источника оптического излучения и приемника этого излучения.

Про анемометры:  Анемометр сигнальный М95-МЦ купить в Москве - магазин Gesla

Источник оптического излучения (излучатель) и приемник могут быть выполнены в одном корпусе или в разных корпусах.

Типы датчиков

Расстояние срабатывания датчика определяется его конструктивным исполнением (см. таблицу конструктивных исполнений).

Фотоэлектрические датчики

Сенсоры оптические

Оптический датчик глаза современного автоматизированного производства. В основной массе фотодатчики работают в инфракрасной области спектра. Фотоэлектрические датчики делятся на три основных типа:

T – тип или THRU-BEAM (разнесенная оптика) или датчики на прерывание оптического луча. Состоят из приемника и излучателя, устанавливаемых друг напротив друга. Объект, проходя между приемником и излучателем, прерывает оптический луч, что приводит к изменению состояния выходного ключа приемника.

R – тип или RETRO (с отражением от световозвращателя/рефлектора). Излучатель и приемник находятся в одном корпусе. Оптический импульс, посланный излучателем, отражается от рефлектора и попадает на приемник. Прерывание луча  объектом, расположенным между рефлектором и датчиком приводит к изменению состояния выходного ключа датчика.

D -тип или DIFFUSE (с отражением от объекта). Отражение оптического луча происходит непосредственно от объекта обнаружения. При отсутствии объекта оптическая линия разомкнута, при приближении к датчику объекта, часть энергии (зависит от цвета объекта и его шероховатости) оптического импульса отражается от объекта и попадает на приемник датчика расположенный в одном корпусе с излучателем, что приводит к изменению состояния выходного ключа.

На малых расстояниях, в пределах «мертвой зоны» датчики R – типа воспринимают объект как отражатель, в результате чего обнаружение объекта не происходит. Для исключения таких случаев следует применять датчики с поляризационным фильтром.

Оптический датчик с видимым пятном

Сенсоры оптические

Спектр применения оптических датчиков постоянно расширяется, датчики совершенствуются, но при этом возникают побочные эффекты, связанные с их эксплуатацией. Для обеспечения возможности обнаружение небольших объектов производители выпускают приборы с узким оптическим лучом, при этом значительно затрудняется настройка пары фотодатчик – объект или приемник – передатчик. Одним из решений данной проблемы стали фотоэлектрические датчики, в которых в качестве излучателя используется светодиод с красным видимым спектром излучения. Оптические датчики, работающие в видимой части спектра находят свое применение также при решении задач обнаружения тонких прозрачных объектов, например полиэтиленовой пленки.

Оптические датчики с подавлением переднего/заднего фона

Сенсоры оптические

Относятся к датчикам типа D. В отличии от обычных датчиков с отражением от объекта, расстояние срабатывания которых зависит от интенсивности луча отраженного от объекта, датчики с функцией подавления фона срабатывают на определенное расстояние до объекта, что позволяет отличать объекты, находящиеся даже на небольшом удалении друг от друга, не зависимо от их цвета и размеров. Датчик с подавлением фона могут быть:

Оптические датчики с подавлением фона предназначены для задач, которые не могут быть решены с помощью обычных датчиков работающих на отражение от объекта: обнаружение небольших перепадов уровней, обнаружение тонких и темных предметов на конвейерной ленте, определение наличия мелких предметов в упаковках (конфет, таблеток и т.п.), обнаружение объектов, не зависимо от их цвета и размеров, обнаружение объектов на фоне поверхностей с высокой отражающей способностью (белая стена).

Щелевые оптические датчики

Сенсоры оптические

Оптические датчики вилочного типа. Относятся к датчикам T – типа, несмотря на то что приемник и излучатель находятся в одном корпусе. Это связано с тем, что в основе срабатывания датчика лежит прерывание оптического луча между приемником и излучателем расположенных в противоположных «вилках». За счет небольших оптических расстояний, в датчиках данного типа имеется возможность, с помощью диафрагм, сформировать очень «узкий» луч. Благодаря этому оптические датчики щелевого/вилочного типа способны обнаруживать объекты малого диаметра или имеющие большую частоту перемещения.

Оптоволоконные усилители

Сенсоры оптические

Оптоволоконные усилители составляют неотъемлемую часть оптоволоконных датчиков, состоящих из оптоволоконного усилителя и оптоволоконной насадки. В паре усилитель – оптонасадка происходит передача светового сигнала от усилителя по оптоволоконному кабелю через пространство к объекту, и обратно от объекта, через оптоволоконную насадку к усилителю. В этих датчиках реализуются все типы обнаружения (T, R, D). Фотодатчики с оптоволокном незаменимы при решении задач обнаружения в труднодоступных местах и зонах с тяжелыми условиями окружающей среды, в этом случае электрическая часть датчика находится в доступном и безопасном месте, а усилитель (приемник и передатчик датчика) вынесены непосредственно в зону детектирования. Благодаря миниатюрности оптической системы возможно обнаружение объектов малой величины и размещение оптической линии в местах недоступных для обычных фотоэлектрических датчиков. Оптоволоконный усилитель позволяет работать с различными оптическими кабелями и насадками, различных по методу типу и конструктивным особенностям.

Оптоволоконные кабели и насадки

Сенсоры оптические

Ассортимент этой неотъемлемой части оптоволоконных оптических датчиков позволяет применять их для контроля положения различных объектов. Наиболее широкое применение оптоволоконные насадки находят там, где невозможно размещение электронной части фотоэлектрических датчиков. Предлагаемые оптонасадки позволяют  осуществлять контроль положения объектов в зонах с температурами до +270°С, там где размер чувствительного элемента должен сравнится со спичкой, где присутствуют агрессивные испарения и многих других.

Лазерные датчики

Объединяют широкую гамму оптоэлектронных приборов, использующих в качестве источника оптического излучения лазерные источники. Лазерный источник излучения обеспечивает формирование узконаправленного высокоэнергетического оптического луча. Это позволяет использовать лазерные оптические датчики для точного измерения расстояний и перемещений. Соответственно лазерным датчикам доступны все типы оптических измерений, в том числе функции подавления переднего  и заднего фона. Лазерные датчики, использующие видимую часть спектра выгодно отличаются высокой дальностью обнаружения объектов.

Видео

В датчиках применяют светодиоды, которые испускают импульсы света в спектре от видимого зеленого света до невидимого инфракрасного излучения в зависимости от сферы применения датчика. Излучатель, кроме того, может иметь регулировки интенсивности излучения и индикатор работы.

Приемник состоит из фотодетектора (фотодиода), демодулятора, порогового устройства (триггера) и выходных цепей (PNP или NPN транзистор с открытым коллектором, реле, аналоговый выход NAMUR, IO-link и др.). При необходимости приемник оснащается регулятором чувствительности и индикатором работы. У некоторых приборов есть функция обучающего режима TEACH-IN, чтобы датчик срабатывал на отражённый свет определённого объекта. Это можно использовать для прозрачных объектов.

Тонкости выбора оптических датчиков положения

Когда луч света от датчика достигает объекта контроля, возникают такие явления как передача, отражение и поглощение света. То, какое явление преобладает в этом случае, зависит от взаимного расположения излучателя и приемника, размеров объекта, его материала, толщины, цвета и шероховатости поверхности.

По принципу действия оптические датчики разделяют на 3 основных типа:

И теперь о каждом подробнее.

Датчики Т-типа

Сенсоры оптические

Датчики Т-типа имеют так называемую разнесенную оптику – излучатель и приемник располагаются друг напротив друга на некотором расстоянии. При прохождении объекта между излучателем и приёмником оптический луч прерывается, и приёмник датчика формирует выходной сигнал, сигнализируя о наличии объекта в зоне контроля. Датчики данного типа часто называют барьерными или датчиками пересечения луча. Приемник и излучатель должны быть из одного комплекта от одного производителя.

Датчики Т-типа удобны для контроля непрозрачных или хорошо отражающих объектов, но могут давать неудовлетворительные результаты при обнаружении прозрачных объектов. Так как излучатель и приемник в датчиках данного типа конструктивно выполнены в разных корпусах, что позволяет установить максимальный коэффициент усиления, то их можно использовать в условиях высокой загрязненности рабочей среды.  Максимальное расстояние между излучателем и приемником, так называемая зона срабатывания, может достигать 60 м.

Зона срабатывания оптических датчиков это диапазон допустимых расстояний от датчика до объекта контроля, на которых осуществляется его обнаружение. Зона срабатывания зависит от взаимного расположения излучателя и приемника, коэффициента усиления, принципов распределения светового луча и диаметра светового пятна, так как приемник датчика срабатывает только при попадании объекта в зону светового пятна. У оптических датчиков Т-типа отсутствует так называемая «слепая» зона, поэтому зона срабатывания равна расстоянию между излучателем и приемником. Размер эффективного светового луча датчика Т-типа равен диаметру линзы излучателя и приемника. Поэтому минимальный размер объекта контроля должен быть больше диаметра линзы датчика.

Датчики R-типа

Сенсоры оптические

В датчиках R-типа приёмник и излучатель расположены в одном корпусе. Датчики данного типа для своей работы требуют установки специального рефлектора-отражателя. У датчиков положения данного типа излучатель и приемник располагаются в одном корпусе и «смотрят» в одну сторону – в сторону установленного точно напротив датчика на определенном расстоянии специального отражателя. Луч от излучателя проходит двойное расстояние: от излучателя до отражателя и в обратную сторону – от отражателя до приемника. Если на пути луча возникает объект, приемник формирует выходной сигнал. Обратная логика работы датчика может быть реализована путем установки отражателя на объекте, перемещение которого контролируется датчиком. Датчики данного типа еще называют рефлекторными. Рефлекторы, которые еще называют отражателями, катафотами или мишенями, приобретаются отдельно от датчиков. Рефлекторы могут иметь различную форму и размеры. Диапазон измерений рефлекторных датчиков положения обычно указывается при использовании конкретной модели отражателя.

Зона срабатывания рефлекторных датчиков (расстояние от линзы излучателя до рефлектора) может достигать 35 м. Размеры контролируемого объекта должны быть больше размеров применяемого рефлектора.

Рефлекторные датчики могут нестабильно работать при обнаружении блестящих объектов, отражающих световой луч датчика от своей поверхности, из-за чего датчик не сможет определить от чего произошло отражение: от рефлектора или объекта.

Для обнаружения хорошо отражающих предметов используют рефлекторные датчики с поляризационными фильтрами и специальными угловыми кубическими рефлекторами, изменяющими плоскость поляризации светового луча на 90°. Поляризационные фильтры размещаются перед линзой излучателя и приемника и пропускают только поляризованный в одной плоскости световой пучок. Излученный излучателем пучок света поляризуется в вертикальной плоскости. Световой луч, отраженный от рефлектора, имеет измененную на 90° плоскость поляризации –  луч становится горизонтально поляризованным. Поэтому он без проблем проходит через горизонтальный поляризационный фильтр приемника.

Если же луч отражается от блестящего объекта, то его вертикальная поляризация не меняется, и он блокируется горизонтальным поляризационным фильтром приемника, и датчик обнаруживает этот объект.

При работе с поляризованными рефлекторными датчиками положения не рекомендуется использовать в качестве рефлектора отражающие наклейки – необходимо использовать специальные угловые кубические рефлекторы.

Некоторые модели рефлекторных датчиков способны обнаруживать стеклянные предметы, так как очень чувствительны даже к небольшой разнице между излученным и принятым световым сигналом.

Датчики D-типа

Сенсоры оптические

Датчики D-типа по конструкции и принципу действия схожи с датчиками R-типа, но отражателем в данном случае является сам контролируемый объект. Еще одним отличием от датчиков R-типа является то, что при отсутствии объекта оптический тракт оказывается разомкнутым – луч от излучателя попадает в приемник лишь при наличии объекта перед датчиком. Так как приемник датчика принимает рассеяно отраженный от объекта луч, то интенсивность этого луча сильно зависит от характеристик поверхности объекта и расстояния до объекта. Для разных материалов будут разные нормированные расстояния срабатывания. Для грубой корректировки расстояний срабатывания в зависимости от материала объекта нужно использовать корректирующие коэффициенты, указанные в руководстве по эксплуатации датчика, например:

  • Белый пластик – 0,7;
  • Матовый алюминий – 1,2;
  • Полированная нержавеющая сталь – 2,3.

При выборе конкретной модели датчика D-типа особое внимание нужно уделить цвету и шероховатости поверхности объектов контроля. Если предполагается контролировать объекты темного цвета с шероховатой поверхностью, необходимо выбирать датчики с возможностью регулировки чувствительности.

Разновидностью датчиков D-типа являются датчики с подавлением переднего фона, заднего фона и переднего и заднего фона одновременно. Датчики с подавлением фона предназначены для обнаружения предметов на строго определенном расстоянии. Оптические датчики с подавлением фона  применяются, например, для обнаружения тонких объектов, лежащих на конвейерной ленте, контроля наличия продукции в упаковке, небольшого отклонения уровня или плоскостности поверхности объекта, обнаружения объектов, движущихся в несколько рядов. Датчики с подавлением фона позволяют «разглядеть» объекты во втором ряду, не реагируя на объекты в первом, ближнем к датчику ряду и наоборот.

Регулировка расстояния обнаружения в датчиках с подавлением фона осуществляется не путем изменения его чувствительности, а методом оптической триангуляции. В конструкции датчиков данного типа имеется внутренний датчик положения (PSD – position sensor detector), который определяет угол падения отраженного от объекта луча, а значит расстояние до него. Благодаря измерению угла отражения датчики D-типа с подавлением фона могут обнаруживать все объекты на заданном расстоянии независимо от их цвета.

Максимальное расстояние срабатывания датчиков D-типа редко превышает 3 м. Вблизи датчика существует некоторая «слепая» зона, размер которой зависит от конструкции датчика. Эффективный пучок света диффузионных датчиков равен размеру объекта контроля. Диффузионные датчики намного проще монтировать по сравнению с датчиками Т и R-типа, так как при этом не требуется совмещения оптических осей излучатели и приемника или датчика и мишени. По этой же причине датчики D-типа наиболее устойчивое к вибрациям решение из числа оптических датчиков положения.

С помощью оптических датчиков положения можно не только контролировать положение объектов и вести их счет на высокой скорости, но и оценивать их геометрические размеры в одном или даже двух измерениях. Такая возможность осуществляется с помощью световых барьеров и световых решеток – множества фотоэлектрических датчиков объединенных в линейки с определенным шагом размещения датчиков в ней.

Области применения щелевых оптических датчиков

Щелевые фотодатчики востребованы:

Назначение щелевых оптических датчиков

Щелевой датчик положения – это небольшой электронный прибор U-образной формы. В оптопаре напротив друг друга расположены светодиодный излучатель и приемник сигнала.

Обнаружение объектов происходит в зоне чувствительности, находящейся во внутреннем пространстве вилки. Расстояние и глубина зоны срабатывания зависят от модели оборудования. Прибор заключен в водо- пыленепроницаемый корпус из высокопрочного ABS пластика. Электрическая защита включает предохранители от короткого замыкания и переполюсовки.

Регулировка положения луча не нужна, так как излучатель и приемник расположены на одной оптической оси. Приборы надежны в работе и способны фиксировать предметы малых габаритов.

Щелевые оптические датчики стоит купить для контроля высокоскоростных процессов на конвейерных производственных и упаковочных линиях.

Принцип работы оптических датчиков

Понять принцип работы оптических датчиков поможет функциональная схема:

Сенсоры оптические

Рисунок 1. Схема функциональная оптического выключателя с комплексной защитой.

Генератор создает модулированный сигнал поступающий на ИК светодиод.
Декодер анализирует поступающие модулированные сигналы и управляет триггером.
Триггер переключает состояние логического выхода при изменении параметров генератора.
Комплексная защита предохраняет датчик от переполюсовки, импульсных помех по напряжению и перегрузки по току.
Ключевая схема создает выходной сигнал датчика.

Компания СКБ “Индукция” изготавливает различные виды оптических датчиков:

Оптические бесконтактные датчики серии О

– отражение потока излучения от объекта. Диффузный. Тип D.

Оптические выключатели и датчики перемещения серии О состоят из приемника и излучателя расположенных в одном корпусе. Активный поток излучения отражается от контролируемого объекта и возвращается в приемник.
Настройка номинального расстояния переключения выключателей серии О, выполняется от листа белой бумаги с размерами 150х150 мм. Для корректировки расстояния переключения от объектов с другой отражающей способностью, которая зависит от материала, выбирается поправочный коэффициент из таблицы 1.

Сенсоры оптические

Рисунок 2. Оптический бесконтактный выключатель серии О. Излучатель-приемник в одном корпусе

Оптические бесконтактные датчики серии ОС

– отражение потока излучения от светоотражателя. Рефлекторный. Тип R.

Оптические выключатели серии ОС состоят из приемника и излучателя, расположенных в одном корпусе. Активный поток излучения отражается от светоотражателя и возвращается в приемник. При пересечении или прерывании потока контролируемым объектом, происходит переключение выключателя.

При этом допускается два способа применения выключателей серии ОС:
– контролируемый объект пересекает луч при стационарном положении светоотражателя;
– светоотражатель закрепляется на контролируемом объекте.

Поставка выключателей серии ОС осуществляется в комплекте со светоотражателем.
Оптические выключатели и датчики перемещения серии ОС имеют следующие качественные показатели:
– дальность излучения до 6000 мм;
– высокая помехоустойчивость от внешних воздействий, которые могут быть вызваны освещенностью, атмосферными осадками, пылью.

Сенсоры оптические

Рисунок 3. Оптический бесконтактный выключатель серии ОС – излучатель-приемник в одном корпусе.

Сенсоры оптические

Таблица 1. Зависимость коэффициента отражения от материала.

Оптические бесконтактные выключатели серии ОИ-ОП

– прямой поток излучения. Барьерный. Тип Т.

Оптические датчики серии ОИ-ОП состоят из приемника и излучателя расположенных в отдельных корпусах. При эксплуатации они располагаются друг против друга. Направленный поток излучения оценивается приемником, который переключается, при появлении в зоне чувствительности контролируемого объекта.

Оптические датчики серии ОИ-ОП имеют следующие качественные показатели:
– дальность излучения до 16000 мм;
– помехоустойчивость от воздействия внешних факторов сопоставима с выключателями рефлекторного типа серии ОС.

Сенсоры оптические

Рисунок 4. Оптический бесконтактный выключатель серии ОИ-ОП – излучатель-приемник в отдельных корпусах.

Как купить оптические датчики?

Для того, чтобы купить оптические датчики СКБ “Индукция” вы можете воспользоваться несколькими способами:
– позвонить к нам по номеру телефона
– написать к нам на электронную почту
– нажать кнопку “Купить” напротив нужного оптического выключателя и оформить покупку через корзину сайта

После получения заказа – с вами свяжется менеджер и направит счёт на оплату!

Сенсоры оптические

Сенсоры оптические

Сенсоры оптические

Сенсоры оптические

Сенсоры оптические

Принцип работы щелевых датчиков

Щелевые оптические датчики – это бесконтактные устройства, и любое механическое воздействие на объект исключено. В активированном состоянии прибор излучает световой поток, который беспрепятственно проходя через щель, улавливается приемником. С целью снижения уровня помех используется лазерный луч красного или инфракрасного диапазона. При прохождении через щель непрозрачного предмета поток прерывается, электрическая цепь размыкается, что фиксируется электронной аппаратурой.

Схема подключения щелевых датчиков наносится на корпус приборов. Она включает питание от источников постоянного тока.

На выходе установлен транзистор с открытым коллектором. При поступлении сигнала поддерживается высокий ток, а при прерывании светового потока происходит его падение. Это позволяет снимать информацию в виде логических кодов «0»/«1» и предавать ее на совместимый с прибором контроллер.

В большинстве приборов реализовано инверторное переключение режимов. В положении Light On активация детектора происходит при прохождении луча (отсутствии препятствий), в режиме Dark On – при его прерывании и затемнении на приемнике. Текущее состояние отображается в виде световой индикации.

Возможные ограничения в применении вилкообразных оптодатчиков

Приборы просты в установке, настройке и эксплуатации. Но прежде чем вилкообразные оптические датчики купить, изучите допустимые эксплуатационные параметры, так как есть ряд ограничений:

Эти факторы могут стать причиной ложных срабатываний и искаженного результата считывания.

Оцените статью
Анемометры
Добавить комментарий