Что такое оптический датчик

Принцип работы оптического датчика

Во многих областях производства и хозяйства существует необходимость автоматической фиксации постороннего объекта в определенной зоне, опасной, находящейся под охраной, с ограниченным доступом. При минимальных дистанциях обнаружения с задачей уверенно справляются датчики емкостного, индуктивного типа, но на значительных расстояниях, исчисляющихся 20-30 метрами, требуются более совершенные устройства, датчики, укомплектованные оптическим модулем.

Что такое оптический датчик?

Под оптическим датчиком принято понимать миниатюрное электронное устройство, способное оценить характеристики предмета, попавшего в зону обнаружения, путем анализа светового излучения в различных диапазонах. Оптические датчики представлены несколькими классами, однако, рабочий принцип у них в целом идентичен.

Алгоритм срабатывания оптического датчика зависит от конкретной модификации и технологий фирмы-производителя, но в большинстве случаев речь идет о повышении интенсивности светового потока, попадающего на чувствительный элемент. Электронный компонент фиксирует характер свечения, реагирует даже на минимальные его отклонения. В том случае, если он перестает распознавать световой поток, подается сигнал, оператор или автоматическая защитная система получает уведомление, что в контролируемой зоне появился посторонний объект.

Конструкция устройства

Все оптические датчики сформированы двумя основными компонентами, благодаря которым оказывается возможной их работа: излучателем светового потока и его приемником. Элементы излучателя выглядят следующим образом:

Корпус. Он защищает оптические компоненты от влаги, механических нагрузок, выполнен из технологичного полимера, латунного сплава.

Генератор. Его задача – формирование электрических импульсов, обеспечивающих работу излучателя.

Светодиодный излучатель, генерирующий поток света определенного диапазона.

Оптическая схема, благодаря которой поток света строго направлен.

Лампа-индикатор, обозначающая состояние устройства.

Приемник конструктивно состоит из следующих компонентов:

Оптическая система, улавливающая световой поток, передающая его на преобразователь.

Фотоприемник. По сути, он является преобразователем, благодаря которому поток света превращается в электрические импульсы.

Усилитель. Благодаря усилителю, устройство фиксирует даже слабые оптические лучи.

Электронный ключ. Защитный электрический компонент, исключающий повреждение датчиков перенапряжением, превышением нормативной силы тока, замыканием.

Светодиодный индикатор, благодаря которому можно определить текущее состояние, режим функционирования устройства.

Виды оптических датчиков

Оптические датчики дают возможность с высокой эффективностью решить широкий спектр задач. Перед приобретением устройства нужно точно знать следующее:

условия, в которых оно будет использоваться;

необходимый функциональный набор.

Барьерные

Оптические датчики указанного класса функционируют по не самому обычному принципу. Чтобы с работой не было проблем, принимающий и излучающий модули должны располагаться строго друг против друга, без этого условия окажется невозможным прохождение светового луча. Срабатывание происходит при появлении между приемником и излучателем барьера.

Оптические датчики этой группы отлично подходят для контроля больших территорий, в том числе открытых и производственных, где в воздухе присутствует туман, водяная взвесь, пыль в высоких концентрациях. Благодаря надежности, высокой чувствительности и эффективности, такие датчики максимально распространены и востребованы.

Диффузные

Такие оптические датчики характеризуются совмещенной конструкцией, излучатель и приемник находятся в общем корпусе. Работа оптических датчиков построена на технологии зеркального отображения. Ее суть состоит в продуцировании направленного луча света, который рассеивается при контакте с объектом, часть рассеянного обратного излучения фиксируется приемником, что и приводит к срабатыванию датчиков. Это надежные датчики, однако, нужно учитывать малую контролируемую ими область, до полуметра, сложности при обнаружении предметов с минимальной отражающей способностью.

Рефлекторные

Оптические датчики включаются, когда луч отражается от рефлектора и фиксируется приемным модулем. Оптимальная контролируемая дистанция для таких датчиков – 10 метров, превышение допустимо, однако, оно сопряжено с некоторым снижением эффективности, вызванным смещениями, отклонениями луча от первоначальной оси из-за внешних механических воздействий, его рассеиванием.

Специфические

Оптические датчики также представлены рядом специализированных классов:

1. Световые решетки. Датчики выполнены в формате пары пластин, размещенных на определенной дистанции. Прохождение между этими элементами постороннего объекта приводит к прерыванию светового потока, более того, датчики высчитывают углы преломления, определяют габариты предмета;
2. Световые барьеры. Датчики используются в основном на охраняемых территориях;
3. Лазеры. Лазер не просто фиксирует, что в контролируемой области оказался посторонний, но определяет дистанцию до него.

Классификация по месту установки

С точки зрения области монтажа оптические датчики представлены следующими типами:

Щелевые. Это не просто датчики, но целые комплексы приемников, расположенных на одной базе с излучателем. Они встречаются на конвейерных лентах и другом похожем оборудовании, где нужно наладить контроль за быстро движущимися объектами.

Прямоугольные. Благодаря довольно крупному корпусу, датчики можно оснастить модулем охлаждения, что позволяет размещать их в прямой близости от устройств, работа которых сопряжена с выделением больших объемов тепловой энергии.

Цилиндрические. Основное достоинство таких оптических датчиков – компактность.

Принцип работы оптического датчика

Общие принципы работы устройств сводятся к реагированию чувствительного элемента приемника на световой поток, продуцируемый излучателем. Если интенсивность потока достигает определенного предела, происходит срабатывания, отправка сообщения, сигнала оператору. Некоторые датчики комплектуются таймерами, благодаря чему срабатывают задержки, другие же подают сигнал при фиксации не одного объекта, а нескольких, что важно для систем подсчета, конвейеров.

Область применения оптических датчиков

Оптические датчики – универсальные многофункциональные устройства. Принципы их функционирования позволяют решать целый комплекс задач:

Фиксация объекта в контролируемой зоне.

Определение его размеров, степени прозрачности, оттенка.

Все перечисленные возможности делают датчики востребованными в комплексах сигнализации, производственном оборудовании с автоматическим, дистанционным управлением. Для оптических устройств характерна высокая степень стойкости к помехам, дающая возможность работы в наиболее жестких условиях.

Оптические датчики положения и перемещения объектов – почему «ДА»

Практически каждый технологический процесс нуждается в Оптических датчиках положения и перемещения, которые благодаря принципу работы и широкому разнообразию моделей разных производителей, помогают избежать финансовых затрат и гарантируют качественную продукцию.

Практически каждый технологический процесс нуждается в Оптических датчиках положения и перемещения, которые благодаря принципу работы и широкому разнообразию моделей разных производителей, помогают избежать финансовых затрат и гарантируют качественную продукцию.

Преимущества оптических датчиков

В сравнении с широко применяемыми в промышленности бесконтактными емкостными, индуктивными и ультразвуковыми датчиками положения, а также механическими концевыми выключателями, оптические датчики положения имеют ряд преимуществ:

1. Бесконтактный метод контроля положения и перемещения объекта. Как следствие, отсутствует механический износ, дребезг контактов и ложные срабатывания;
2. Зона срабатывания и обнаружения объекта от нескольких миллиметров до нескольких десятков метров в зависимости от типа датчика;
3. Высокая скорость отклика. Датчики положения оптического типа с успехом применяются на конвейерных лентах, где объекты движутся с высокой скоростью и плотностью размещения на ленте. Датчики данного типа могут применяться не только для контроля объектов, но и для счета этих объектов. Частота переключений может достигать 30 кГц;
4. Возможность обнаружения объектов очень малых размеров. Так как оптический луч оптических датчиков положения с помощью системы линз, диафрагм и оптоволоконных кабелей можно сфокусировать в очень тонкий пучок, это позволяет контролировать наличие объектов очень небольших размеров;
5. Возможность обнаружения объектов из различных материалов. Если индуктивные и емкостные датчики накладывают определенные ограничения на такие характеристики контролируемого объекта как магнитные свойства и диэлектрическая проницаемость, то оптические датчики, при соответствующей настройке, с успехом обнаруживают объекты практически из любого материала. Оптические датчики положения используются в том числе и для обнаружения тонких и прозрачных объектов, таких как полиэтиленовая пленка. Обычно для этих целей используют датчики с видимым излучением красного цвета;
6. Возможность настройки расстояния срабатывания для выборочного контроля и счета объектов, движущихся перед датчиком в несколько рядов;
7. Наличие таймера срабатывания для подавления случайных оптических помех;
8. Возможность обнаружения объектов с очень высокой температурой, например, литья, поковок, проката и т.п;
9. Нечувствительность к магнитным полям, электростатическим помехам;
10. Нечувствительность к ионизирующему излучению и возможность установки в крайне стесненном пространстве (для оптоволоконных оптических датчиков положения).

Три принципа действия оптических датчиков положения

Оптические датчики положения относятся к фотоэлектрическим датчикам, так как принцип их действия основан на обнаружении световых сигналов. При этом стоит понимать, что датчик может срабатывать как на свет, так и на затемнение.

В зависимости от того, на каком оптическом явлении основан принцип обнаружения объектов, оптические датчики положения делятся на три типа:

• тип T – датчики с приёмом прямого луча от излучателя;
• тип R – рефлекторные датчики с приемом луча, возвращенного от отражателя;
• тип D – диффузионные датчики с приемом луча, рассеянно отраженного от объекта контроля.

Тип датчиков положения	Расстояние обнаружения объекта/ срабатывания	Материал объекта контроля	Достоинства метода измерений	Типовые области применения
Индуктивные датчики положения	до 60 мм	Металлические объекты	Возможность работы в условиях загрязненной рабочей среды, высокая частота переключений (до 3 кГц), высокая селективность (срабатывает только на металлы). Возможность измерения сквозь непрозрачные стенки	Металлообработка, автоматизированные склады, станкостроение и точная механика
Емкостные датчики положения	до 30 мм	Металлические и неметаллические объекты, жидкости, стекло	Высокая чувствительность и малая инерционность, возможность обнаружения объектов из практически любого материала. Возможность измерения сквозь непрозрачные стенки	Пищевая и химическая промышленность
Оптические датчики положения	до 60 м для T-типа; до 35 м для R-типа; до 3 м для D-типа	Металлические и неметаллические объекты, жидкости, стекло	Наибольший диапазон расстояний срабатывания, высокая частота переключений (до 30 кГц), возможность обнаружения объектов из практически любого материала, возможность обнаружения объектов с высокой температурой и объектов очень малых размеров	Электронная промышленность, конвейерные системы, контроль доступа и периметра, металлургия и др.
Магнитные датчики положения	до 120 мм	Объекты с магнитными свойствами	Возможность работы в условиях загрязненной рабочей среды, высокая селективность (срабатывает только на объекты с магнитными свойствами). Возможность измерения сквозь непрозрачные стенки	Определение положения поршня пневмоцилиндров, автоматизированные склады и т.д.

Недостатки оптических датчиков

К недостаткам оптических датчиков положения можно отнести:

• Возможность ложных срабатываний при работе в условиях высокой запыленности, тумана, интенсивной внешней засветки, низких температур, сильной вибрации;
• Невозможность обнаружения объекта через непрозрачную преграду или стенку резервуара или контейнера;
• Трудоемкая процедура совмещения оптических осей излучателя и приемника у датчиков T-типа при их монтаже, особенно если расстояние между ними превышает несколько десятков метров;
• Необходимость настройки чувствительности датчика у датчиков D-типа, в зависимости от отражающей способности поверхности контролируемых объектов;
• Постепенная деградация излучателя (светодиода) датчика, из-за чего интенсивность его излучения постепенно падает, и со временем может потребоваться подстройка чувствительности датчика;
• Наличие слепых зон у датчиков D и R-типа. Слепой называется зона от активной поверхности оптического датчика до минимального расстояния его срабатывания. В слепой зоне объект не обнаруживается датчиком.

Оптические датчики нашли широкое применение во многих отраслях промышленности благодаря своим высоким потребительским качествам, точности и высокой скорости обнаружения объектов, разнообразным исполнениям и относительно невысокой стоимости. Обилие различных аксессуаров и опций, таких как подогрев оптики, оптоволоконные удлинительные кабели, поляризационные фильтры, аналоговые, цифровые и дискретные выходные сигналы, лазерный излучатель вместо светодиодного существенно расширяют сферу применения данных датчиков как по условиям эксплуатации, так и по возможности их интеграции в существующую систему автоматизированного управления.

Подробно об оптических датчиках

Оптические датчики — распространённые типы измерителей, использующиеся в промышленности и охранном бизнесе для определения параметров объекта, который попал в зону действия. Оборудование характеризуют надежностью, наивысшим уровнем точности и разделяют на сколько видов.

Определение оптического датчика

Оптический датчик — небольшое по размеру электронное устройство, работающее со световым излучением разного диапазона. Простыми словами — это устройство, реагирующее на свет и улавливающее объекты, которые его пересекают. Принцип работы оборудования можно понять из названия. Поскольку в датчиках применяется оптика, значит, используется световое излучение разных диапазонов. Следовательно, при обнаружении светового потока (или его прерывании), на главный компьютер предается закодированный сигнал с соответствующей информацией.

Если перевести название прибора с английского языка, то получим «фотодатчик» или «световой датчик», что также указывает на принцип его работы.

Самым распространённым оптическим устройством является датчик освещенности, который будет реагировать на свет, а точнее — его отсутствие. Он начинает работать, как только наступают сумерки. Основное назначение — включать лампочку в тёмное время суток. Такое оборудование применяется повсеместно.

Фотодатчиков в современные дни придумано огромное количество. И это многообразие стоит классифицировать, но для начала следует разобраться с устройством и принципом их работы.

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.

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.

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.

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:

• Light On.
• Dark On.

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.

Устройство

Оптические датчики состоят из приемника и источника излучения. Это основные компоненты, которые включают в себя еще ряд частей. Источник может быть установлен в одном корпусе или разных.

Источник или излучатель состоит из 6 частей:

• Корпус, куда помещают все детали. Он служит в качестве защиты от различных видов повреждений. Для изготовления используют латунь или полиамид и метизы.
• Генератор предназначен для образования электрических импульсов, которые переходят на излучатель.
• Излучатель — это небольшой светодиодный механизм, с помощью которого создаётся излучением в нужном диапазоне света.
• Система оптики направляет луч в нужном направлении.
• Индикатор показывает готовность прибора к работе.

Приемник оптического датчика состоит из 7 компонентов:

• Оптика для приема луча и направления его к преобразователю.
• Преобразователь служит для трансформации полученного излучения в электрический сигнал.
• Усилитель предназначен для увеличения получаемого сигнала до предельного значения, в котором работает аппарат.
• Пороговый элемент — регулятор крутизны фронта сигнала переключения.
• Электронный ключ — коммутация тока и защита от коротких замыканий и перегрузок.
• Индикатор цвета показывает заданные характеристики прибора.
• Регулятор чувствительности нужен для настройки датчика.

Цветовой индикатор показывает несколько состояний прибора:

• Если сигнал отсутствует, то индикатор не горит.
• Если сигнал поступает на необходимом уровне и прибор активируется, то индикатор загорается зеленым.
• Когда уровень сигнала продолжает расти, индикатор становится жёлтым, но может перейти на красный цвет.

Выбирая подходящий датчик для конкретных условий, можно столкнуться всего с двумя типами конструкции, если не рассматривать приборы специального назначения, к примеру, щелевые. В остальных случаях бывают варианты с цилиндрическим или прямоугольным корпусом. И это единственное различие в конструкции.

Разновидности оптического датчика

В современных условиях, оптические датчики выполняют довольно широкий спектр задач на промышленном предприятии. Для покупки необходимого оборудования нужно заранее узнать обо всех типах аппаратуры и условиях, в которых устройство будет установлено.

В зависимости от принципа работы оборудования, специалисты выделяют 3 разновидности прибора:

• Барьерные.
• Диффузные.
• Рефлекторные.

У каждого типа есть свои особенности, о которых нужно узнать подробнее, чтобы подобрать подходящий вариант.

Барьерный тип оптического датчика

Официальное название этого вида — барьерный. Но это определение довольно странное, поскольку для активации всех датчиков некий барьер должен пройти чрез луч.

Принцип работы построен на прямом луче и двух отдельных частях (приемник и излучатель), которые должны располагаться максимальный соосно друг напротив друга. Только так луч точно попадет на приёмник. Когда между частями оборудования появляется какой-то объект, то датчик будет сигнализировать об этом.

Как только луч соприкасается с объектом, выключатель срабатывает. Отличительная особенность устройства — работать оно может на расстоянии десятки метров между приемником и передатчиком. Специалисты уверяют, что этот тип оборудования имеет хорошую помехозащищенность, а потому работе не будут мешать капли жидкости или пыль.

Разумеется, у барьерного прибора есть и недостатки:

• Чтобы подключить оборудование на значительном расстоянии друг от друга, придется совершать довольно трудоемкий процесс с соединением проводов питания.
• Процесс монтажа сильно усложняется, поскольку обязательно условие — полная соосность двух частей барьерного датчика.
• Если в зону действия прибора попадает хорошо отражающий предмет, то это спровоцирует ложное срабатывание оборудования.
• Если барьер имеет прозрачную структуру, то он не ослабит луч, а потому датчик не сработает. Это необходимо учитывать при монтаже.

Чтобы устранить последние два недостатка, необходимо скорректировать регулятор чувствительности. Разумеется, для обнаружения предмета в зоне действия, он не должен быть меньше диаметра луча.

Специалисты полагают, что барьерный тип — самый надёжный вид устройства. Это обусловлено возможностью использования устройства на больших расстояниях, а также помехоустойчивостью. В других устройствах приёмник и передатчик находится в одном корпусе, что не позволяет использовать их на больших расстояниях.

Устройство с раздельным передатчиком и приемником позволяет устанавливать оборудование на расстоянии 10 метров друг от друга. В этом случае передатчик будет стоять в одном месте, где к нему подводят питание. Он производит только функцию излучения, а все остальные задачи от него отводят. При этом оборудование не нужно настраивать.

Приёмник же установлен на определенной дистанции — именно там проводят регулировки чувствительности, а также настраивают другие параметры.

Важный нюанс: приёмник и излучатель должны быть из одного комплекта. Дело в том, что детали, выпущенные разными фирмами, не сочетаются друг с другом и работать не будут.

Именно барьерный тип устройства наиболее распространен в охранных системах и практически не используется на предприятиях, поскольку там нет необходимости в расстоянии, которое могут поддерживать устройства для связи.

Диффузный вид

Принцип работы прибора — зеркальное отображение. В этом случае передатчик и приемник помещается в один корпус. Излучатель падает поток света на определенный объект, луч падает на его поверхность и переходит в разные направления, в зависимости от особенностей оптической системы. Луч частично возвращается назад к приемнику, тем самым включая прибор.

Проблема диффузного датчика — отражающие объекты, которые не попадают в рабочую область установки. Чтобы устранить помеху, необходимо использовать выключатели с подавлением фона.

Дальность действия — самая маленькая из всех приборов оптического вида, она составляет всего полметра. Это компенсируют важной особенностью — если правильно настроить оборудование, то оно детектирует появление объекта в рабочей зоне. По мере приближения датчик сработает, как пороговый элемент.

Особенности настройки

Чтобы выбрать подходящее расстояние, с которого датчик начнёт действовать при приближении объекта, нужно взять простой лист бумаги и проверить условия активации.

• Размер листа 10 на 10 см — расстояние до 40 см.
• Размер 20 на 20 см — свыше 40 см.

Подобную операцию также проводят с листом горячечеканной стали — выбор метода зависит от предприятия, куда ставят датчик. Для боле точной настройки используют специальную таблицу, где указаны отражающие свойства материалов. На основе полученных данных добавляют поправочный коэффициент.

Пример: значение датчика — 100 мм, но необходимо установить его на объект из нержавеющей стали. В этой ситуации, поправочный коэффициент будет равен 7.5. А расстояние правильного срабатывания увеличится на 7.5 раз — 750 мм.

Рефлекторный тип

Оборудование включается при отражении луча от рефлектора — отсюда и название прибора. После луч переходит на приёмник и датчик срабатывает. Как только объект покинет рабочую зону, оборудование включиться ещё раз.

Предельная длина действия прибора — 10 м. В теории оборудование сможет работать и на большем расстоянии, но стабильность обеспечить куда сложнее — датчик перестанет работать при малейшем смещении луча из-за вибрации или при попадании пыли.

Оборудование можно использовать для полупрозрачных объектов. Приемник и передатчик находятся в едином корпусе. Датчик часто используют для установки на ленту конвейера, чтобы устройство работало в единой системе с другим оборудованием — изделие пришло на положенное место (датчик сигнализирует об этом), ушло дальше (рефлектор подал еще один сигнал).

Специфические оптические датчики

Были рассмотрены три вида стандартных оптических датчиков, но в продаже можно найти и более специфические варианты, к примеру, — световая решетка. Это две пластины, располагающиеся на определенном расстоянии друг от друга.

С одной стороны установлены фотодиоды, на обратной пластине — светодиоды. Используя перекрытие этой пары, можно с определенной погрешностью вычислить геометрические данные объекта — ширину или высоту. Решётку подключают к контроллеру, который передает данные в центральный компьютер.

Световой барьер

Это ещё один тип специфического датчика, что устанавливают для безопасности конкретного объекта, чтобы не допустить до помещения людей. Система довольно сложна в монтаже, поскольку состоит помимо основных частей еще из двух рефлекторных датчиков и отдельного контроллера.

Лазерная система

Датчик оптического типа, позволяющий не только диагностировать о появлении объектов в зоне действия, но и измерять расстояние между ним.
Принцип действия устройства — измерение времени прохождения через луч. Такая же система используется в радиолокации.

Оптоволоконный датчик

Принцип работы заключается в том, что электронные схемы и элементы оптики разнесены в пространстве, а свет передается через оптоволокно. Обычно используются пластиковые фиберы.

Подобные оборудование устанавливают на объектах, где нужная зона сильно узкая или наблюдается сложная среда для работы — повышенный риск повреждения, постоянная влажность, сильная вибрация.

Аналоговый тип

Это оптические датчики выходного сигнала. Принцип работы очень напоминает лазерный тип, поскольку нужные показатели измеряются в зависимости от интенсивности отраженного сигнала.

Датчик контроля пламени

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.

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.

Прямоугольные

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

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

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.

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.

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.

Уход за оптическим датчиком

Любая техника нуждается в должном уходе, иначе вскоре выйдет из строя. Поскольку в датчиках используется оптика, ее нужно регулярно протирать, словно объектив фотоаппарата. Важно использовать мягкую ткань, которая не оставит царапин и иных повреждений на детали. Обычно используют салфетки, смоченные водой. В жидкость по желанию можно добавить каплю любого средства для чистки (к примеру, для посуды) — это ускорит процесс, и оптика будет обработана намного тщательнее.

После влажной чистки, деталь следуют тщательно протереть сухой салфеткой, чтобы удалить остатки жидкости. В этом процессе главное — следить, чтобы абразив не попал внутрь датчика, иначе его не получится настроить для работы.

Что касается корпуса, то для правильной работы устройства достаточно знать, как проверять его на механическую целостность. При проверке состояния датчика нельзя забывать про важный нюанс — в качестве излучателя используется светодиод. У него есть определённый ресурс, который однажды закончится. Это значит, что светодиоды нужно периодически менять, чтобы оборудование работало в штатном режиме.

Оптический датчик — не самый сложный прибор, а потому его разборка и чистка некоторых элементов н займет больше 30 минут.

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.

Особенности проверки

Перед вводом в работу любое точное измерительное устройство проходит проверки. Для поверки оптического датчика используют специальные стенды. Они необходимы для проверки соосности. Если стенд показывает, что датчик установлен правильно, но необходимых для работы результатов нет, это означает, что внутренности устройства поврежден. Вероятная проблема — оптика.

Также можно использовать эмпирический способ — поставить оборудование на положенное место и проследить за его работой.

Заключение

Оптический датчик — компактный и надежный прибор, применимый практически на каждом промышленном предприятии. Но, для установки и правильной настройки устройства, нужен грамотный специалист, разбирающийся не только в типах приборов, но и особенностях подключения.

Оптические датчики

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.

1. 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.

1. 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.