Фотоэлектрические датчики принцип действия. Фотоэлектрические датчики: принцип работы, типы и применение

Как работают фотоэлектрические датчики. Какие бывают типы фотоэлектрических датчиков. Где применяются фотоэлектрические датчики в промышленности. Каковы преимущества и недостатки разных типов фотодатчиков.

Что такое фотоэлектрический датчик и как он работает

Фотоэлектрический датчик — это устройство, использующее световой луч для обнаружения наличия или отсутствия объекта. Принцип работы фотоэлектрического датчика основан на излучении и приеме светового потока:

1. Излучатель генерирует световой луч
2. Приемник улавливает отраженный или прошедший световой сигнал
3. При прерывании или изменении светового потока датчик выдает электрический сигнал

Таким образом, фотодатчик преобразует оптический сигнал в электрический, который может обрабатываться системой управления.

Основные типы фотоэлектрических датчиков

Существует три основных типа фотоэлектрических датчиков:

1. Датчики на пересечение луча

В этом типе излучатель и приемник размещены в разных корпусах напротив друг друга. Принцип работы:

• Излучатель посылает световой луч на приемник
• При появлении объекта луч прерывается
• Приемник фиксирует отсутствие сигнала и выдает команду

Датчики на пересечение луча имеют самый большой диапазон обнаружения — до 60-100 метров.

2. Световозвращающие (рефлекторные) датчики

В рефлекторных датчиках излучатель и приемник находятся в одном корпусе. Принцип действия:

• Световой луч направляется на специальный отражатель
• Отраженный сигнал возвращается в приемник
• При появлении объекта отражение нарушается

Диапазон обнаружения световозвращающих датчиков составляет 5-10 метров.

3. Диффузные датчики

Диффузные датчики также имеют излучатель и приемник в одном корпусе. Особенности работы:

• Луч отражается непосредственно от объекта
• Часть рассеянного отражения улавливается приемником
• Срабатывание происходит при определенном уровне отраженного сигнала

Дальность действия диффузных датчиков обычно до 1-2 метров.

Области применения фотоэлектрических датчиков

Фотоэлектрические датчики широко используются в промышленной автоматизации для решения следующих задач:

• Обнаружение и подсчет объектов на конвейерных линиях
• Контроль положения и перемещения деталей
• Измерение размеров и профиля изделий
• Определение уровня заполнения емкостей
• Сортировка продукции по заданным параметрам
• Защита опасных зон от несанкционированного доступа

Конкретные примеры использования фотодатчиков в разных отраслях:

• Автомобильная промышленность — контроль сборки узлов
• Пищевое производство — подсчет и проверка упаковок
• Полиграфия — контроль подачи и обрезки бумаги
• Деревообработка — измерение длины пиломатериалов
• Логистика — сканирование штрих-кодов на складе

Преимущества и недостатки разных типов фотодатчиков

Каждый тип фотоэлектрических датчиков имеет свои сильные и слабые стороны:

Датчики на пересечение луча:

Преимущества:

• Максимальная дальность действия
• Высокая точность и скорость срабатывания
• Нечувствительность к цвету и текстуре объекта

Недостатки:

• Необходимость точного взаимного позиционирования
• Сложность монтажа двух отдельных устройств
• Более высокая стоимость комплекта

Световозвращающие датчики:

Преимущества:

• Удобство монтажа в одной точке
• Средняя дальность действия
• Возможность обнаружения прозрачных объектов

Недостатки:

• Необходимость установки и регулировки отражателя
• Чувствительность к загрязнению отражателя
• Ложные срабатывания от блестящих поверхностей

Диффузные датчики:

Преимущества:

• Простота монтажа и настройки
• Компактные размеры
• Возможность определения наличия метки или этикетки

Недостатки:

• Небольшая дальность действия
• Зависимость от отражающих свойств объекта
• Сложность обнаружения темных и матовых поверхностей

Как правильно выбрать фотоэлектрический датчик

При выборе оптимального типа фотодатчика для конкретной задачи следует учитывать следующие факторы:

• Требуемая дальность обнаружения объектов
• Размер и форма контролируемых предметов
• Оптические свойства поверхности объектов
• Скорость перемещения объектов
• Условия окружающей среды (освещенность, загрязнения)
• Доступное пространство для монтажа датчика
• Необходимая точность и время срабатывания

Правильный выбор типа и модели фотоэлектрического датчика позволит обеспечить надежное обнаружение объектов и стабильную работу автоматизированной системы.

Особенности подключения и настройки фотодатчиков

При монтаже и эксплуатации фотоэлектрических датчиков необходимо соблюдать следующие рекомендации:

• Обеспечить надежное крепление датчика, исключающее вибрации
• Защитить оптические элементы от загрязнения и повреждений
• Исключить засветку датчика посторонними источниками света
• Правильно выбрать тип выходного сигнала (PNP/NPN) и схему подключения
• Настроить чувствительность и задержку срабатывания датчика
• Периодически проверять юстировку и очищать оптику датчика

Соблюдение этих правил обеспечит стабильную и долговременную работу фотоэлектрических датчиков в системах промышленной автоматизации.

Распознавание направления движения:фотоэлектрические датчики

Опубликовано в номере: Control Engineering Россия апрель 2020

PDF версия

В различных приложениях промышленной автоматики чаще всего используются два типа датчиков: фотоэлектрические и индуктивные (приближения). Оба варианта имеют свои плюсы и минусы, которые определяют особенности их использования датчиков. Например, в то время как индуктивный датчик может обнаруживать металлические объекты, спрятанные за непрозрачным неметаллическим препятствием, эта возможность недоступна для фотоэлектрического датчика, который должен «видеть» объект в определенном диапазоне света. С другой стороны, если использовать в таком датчике лазерный свет, его дальность обнаружения может быть очень большой, до нескольких десятков метров. Индуктивные датчики не могут похвастаться таким диапазоном.

Фотоэлектрический датчик работает по принципу измерения интенсивности света луча, испускаемого передатчиком и падающего на светочувствительный элемент приемника. В зависимости от назначения датчика используют разные типы света, из которого модулируют луч. Чаще всего выбирают инфракрасный свет, невидимый для человеческого глаза. Благодаря этому обнаружение объекта может быть выполнено таким образом, чтобы не привлекать внимание, но это решение имеет и свои недостатки, в чем мог убедиться каждый, кто устанавливал, например, в воротах датчик, который должен предотвращать их закрытие, когда в них стоит транспортное средство. Именно из-за этого при выполнении монтажных работ в качестве дополнительного аксессуара часто используются лазерные указатели, облегчающие взаимное позиционирование передатчика и приемника.

Многие фотоэлектрические датчики оснащены диодами, сигнализирующими о правильности выполнения их работы, в том числе
о взаимодействии передатчика и приемника. Наблюдение за этими диодами и цветами их свечения облегчает правильную установку датчиков и определение состояния выхода или правильности реакции на объект, что особенно важно, когда чувствительность регулируется.

Почти каждый разработчик электроники, инженер по автоматизации или интегратор (именно они чаще всего используют фотоэлектрические датчики) сможет легко оценить требования целевого приложения и выбрать правильный тип датчика. Безусловно, важными критериями будут рабочая среда датчика, температура окружающей среды, механическое сопротивление (все перечисленные факторы будут влиять на выбор материала корпуса, степени его герметичности и способа крепления), тип освещения в окружающей среде, назначение датчика и требуемый диапазон обнаружения, а также доступное напряжение питания или тип выхода. В некоторых областях применения большое значение может иметь время отклика датчика, хотя вряд ли можно ожидать быстрой реакции от датчиков дальнего действия. Чрезвычайно важным критерием также будет тип обнаруживаемого объекта или объектов. Некоторые датчики реагируют уже в тот момент, когда на пути луча между передатчиком и приемником появляется тонкая прозрачная пленка. Другие требуют, чтобы объект был почти полностью непрозрачным. Третьи оснащены потенциометром для регулировки чувствительности, благодаря которому можно точно установить порог срабатывания.

При выборе датчика также стоит руководствоваться маркой. Для промышленных применений или других устройств, где важна надежная работа датчика, лучше подобрать проверенные продукты известных производителей — не только ради безопасности пользователей, но и для удобства использования. Например, если изготовителем датчика является компания Panasonic, можно предположить, что был проведен тщательный контроль качества датчиков и они будут работать надежно и стабильно.

Рассмотрим, как можно на практике настроить фотоэлектрический датчик для работы с любым ПЛК. Хотя образец программы был сделан для Siemens LOGO! v8, благодаря читаемости языка FBD его без особых усилий можно адаптировать для использования на другой платформе.

С помощью одного фотоэлектрического датчика очень сложно распознать направление движения объекта. Чтобы сделать это, нужно модулировать луч света и использовать эффект Доплера или измерять время между сериями импульсов, посылаемыми в сторону объекта. Однако эти методы сложно реализовать на практике: они достаточно дороги и не каждый может с ними справиться. Гораздо проще установить рядом два датчика и определить порядок их срабатывания.

На рис. 1 показано, как работает такое решение. Если мы используем два датчика — пронумеруем их условно «1» и «2», — то срабатывание «1», а затем «2» может означать условное направление движения вправо, а в обратном порядке — влево. Однако чтобы наш алгоритм работал надежно и его можно было бы использовать не только для определения направления движения, но и, например, для подсчета объектов, нам все же необходимо ввести некоторые ограничения. Прежде всего, объект должен двигаться перед датчиками, заставляя их срабатывать, — это достаточно очевидно. Во-вторых, максимальное расстояние между датчиками не может быть больше, чем наименьшие размеры объекта. В связи с этим наши датчики будут работать по порядку, например: оба неактивны → «1» включен → «1» и «2» включены → «2» включен → оба неактивны. В-третьих, случайные перемещения проверяемого объекта между датчиками не должны вызывать ошибочного действия установки. Конечно, это программа, и невозможно исключить все логические ошибки, но в любом случае необходимо тщательно проверить ее с помощью симулятора или модельной установки, тестируя алгоритм в различных ситуациях, которые могут произойти в реальности.

Рис. 1. Принцип работы детектора, определяющего направление движения:
а) состояние покоя — объект приближается к датчикам слева;
б) активен датчик «1»;
в) активны датчики «1» и «2»;
г) активен датчик «2»;
д) состояние покоя

На рис. 2 показан пример программы на языке FBD, написанный в бесплатной среде LOGO! Soft Comfort. Если бы мы использовали контроллер LOGO!, то к его входам I1 и I2 следовало бы подать напряжение, представляющее логическую «1». Если бы это был LOGO! 24RC, это должно было быть напряжение в диапазоне 18–24 В DC. Если бы мы использовали версию с питанием от переменного тока 230 В AC, то в этом случае логическая «1» представляла бы собой гораздо более высокое напряжение, но тогда следовало бы обратить внимание на тип и параметры выхода датчика.

Рис. 2. Пример программы, написанной на языке FBD для контроллера LOGO! v8

Итак, напряжение от контактов датчика должно подаваться на входы I1 (от датчика «1») и I2 (от датчика «2»). Программа написана таким образом, что направление движения от I1 до I2 генерирует импульс на выходе затвора B020, а от I2 до I1 — на выходе затвора B006.

Чтобы продемонстрировать удобство использования приложения, приведенного в примере, к выходам обоих затворов мы подключим двунаправленный счетчик (B023) и логическую схему (B021 — затвор XOR, B022 — RS-триггер). Задача логической схемы состоит в том, чтобы установить вход направления подсчета, если поступают «положительные» импульсы (от затвора B020), и сбросить, если они отрицательные (от затвора B006), а также выработать синхроимпульс, передаваемый на счетный вход. Путем установки и сброса входа направления счета счетчик считает вверх (вход установлен) или вниз (вход сброшен).

Рис. 3. Окно свойств блока счетчика Up/Down Counter

У блока счетчика Up/Down Counter в LOGO! есть выход, устанавливаемый и сбрасываемый в соответствии с условиями, заданными в окне свойств счетчика. Если, как на рис. 3, мы вводим «1» в поле «On», а «0» остается в поле «Off», выход будет устанавливаться, когда показание счетчика больше 0, и сбрасываться, когда оно равно 0. Если теперь мы подключим к этому выходу функциональный блок Output, например Q1, то выходное реле «1» контроллера LOGO! 24RC закроет контакты, когда показание счетчика будет больше 0. Таким образом, мы можем быстро и легко сконструировать устройство, которое будет автоматически включать и выключать свет, считая людей, входящих в данное помещение или выходящих из него. Свет должен включаться, если кто-то входит, и выключаться, если все помещение покидают.

По материалам компании ТМЕ.

Фотоэлектрические датчики: назначение, устройство, области применения

Главная Исследования, разработки, полезная информация Фотоэлектрические датчики

15.03.2021

Фотоэлектрические датчики применяются в закрытых помещениях для автоматизации различных видов технологических процессов в промышленности и на производстве, а также для выполнения широкого перечня других задач. Основной функцией устройства является бесконтактное получение информации о состоянии находящегося перед ним объекта: определение соответствия заданным параметрам скорости его перемещения, размеров, степени прозрачности и других данных. Полученные при помощи отраженного светового пучка данные преобразуются в электрический сигнал, который поступает на контроллер. В зависимости от принципа кодирования светового сигнала, примененного в конкретной модели датчика (амплитудной, временной или частотной модуляции), требуемый параметр отображается в виде частоты, продолжительности или количества световых импульсов.

Особенности конструкции

Основными элементами конструкции любого фотоэлектрического датчика являются:

• Излучатель (источник светового луча). В качестве этого элемента применяют светодиод – полупроводник, излучающий свет с определенной длиной волн или цветом при прохождении через него электрического тока. Применяются инфракрасные светодиоды, позволяющие отслеживать направление луча, создающие больше света и выделяющие меньше тепла по сравнению с другими типами, а также желтые, синие и красные, оптимальные для применения в ситуациях, когда необходимо отслеживать цвет или оттенок наблюдаемого объекта. Конструкция излучателей отличается прочностью, устойчивостью к механическим повреждениям и позволяет выполнять работы в широком температурном диапазоне окружающей среды.
• Приемник светового сигнала (фотодетектор). Фототранзистор или фотодиод чувствительный к длине волн света и его интенсивности. В зависимости от типа получаемых воздействий изменяет параметры проходящего через него тока.
• Линза – предназначена для ограничения области принимаемого света, а также увеличения расстояния обнаружения исследуемого объекта.
• Выходное устройство с дискретным или аналоговым выходом, осуществляющее переключение в пользовательской цепи. Применяются несколько типов таких устройств (электромеханическое реле, полевой транзистор, симистор и другие), каждое из которых имеет свои преимущества, недостатки и, соответственно, сферу применения.

Особенности конструкции определяются сферой применения и требованиями к прибору. Так, датчики, предназначенные для определения температуры или освещенности (например, датчики, управляющие автоматическим включением и отключением осветительных приборов), могут не оснащаться световым излучателем, а некоторые упрощенные модели не имеют линз.

В большинство датчиков для обеспечения искусственного светового потока применяются лампы накаливания, с целью обеспечения более долгого срока службы работающие на напряжении 70-80% от номинального. В качестве альтернативы допускается применение более экономичных и эффективных газоразрядных ламп, однако, в силу больших габаритов и меньшего ассортимента применение такого источника света не настолько популярно.

Для предотвращения искажения сигнала в результате воздействия помех в некоторых моделях устройств размещается микроэлектронный операционный усилитель выходного сигнала.

Основные разновидности фотодатчиков

В зависимости от способа передачи воздействия светового луча на фотодетектор фотодатчики подразделяют на несколько видов.

• Фотоэлектрические датчики, воспринимающие изменение характеристик светового потока при передвижении исследуемого объекта, а также при изменении его формы или размеров. Конструкция таких устройств предусматривает создание параллельного и равномерного светового излучения при помощи излучателя и линзы.
  Исследуемый объект или связанная с ним механическим способом заслонка размещаются в световом потоке. В случае изменения размера или месторасположения наблюдаемого элемента, а также при изменении положения заслонки изменяется количество света, попадающего на приемник светового сигнала (фотодетектор). Для получения более точных данных о происходящих изменениях перед попаданием на фотодетектор световой поток предварительно проходит через оптическую систему. Такой тип устройств оптимален при необходимости выполнения работ связанных с измерением геометрических параметров наблюдаемого объекта (длины, ширины, площади, высоты), а также частоты вращения детали и при считывании информации с перфолент или перфокарт.

• Фотоэлектрические датчики, работающие по принципу анализа изменений отраженного от наблюдаемого объекта светового луча. Сформированный светодиодом луч, проходя через оптическую систему, сужается и попадает на поверхность объекта. Отраженный свет проходит через фокусирующую линзу и поступает на приемник светового сигнала. Количество поступившего света зависит от особенностей поверхности исследуемого объекта: качества и вида обработки, отражающей способности, наличия защитных или декоративных покрытий и других факторов. Такие устройства применяются для определения особенностей поверхности объекта, а также считывания и шифрования графической информации (текстов, изображений) с бумажных и других носителей.

• Фотодатчики, принимающие световой поток, создаваемый самим исследуемым объектом. Излучаемый поток света фокусируется линзой и поступает на датчик. Применяются для определения характеристик излучения, создаваемого контрольно-измерительными приборами (оптико-электронными измерителями температуры, атомно-эмиссионными спектральными анализаторами и другими).

Виды фотоэлементов и принцип их работы

• Фотоэлементы с внешним фотоэффектом (фотоэлектронной эмиссией) преобразовывают энергию светового излучения в электрический сигнал при помощи вакуумных или наполненных газом стеклянных колб с напылением на части внутренней поверхности тонкого металлического слоя, выполняющего функцию катода и предназначенного для получения электрического тока малой мощности. В роли анода выступает размещенная внутри колбы проволочная петля или металлический диск, предназначенный для улавливания фотоэлектронов. К катоду и аноду подключается внешний источник электрического тока. При воздействии излучения на катод часть электронов получает дополнительную энергию, после чего они попадают в вакуумную среду колбы и, благодаря возникшему в результате подключения к электродам источника питания электрическому полю, направляются к аноду. Величина возникающего фототока прямо пропорциональна силе светового потока. К недостаткам таких устройств относится невысокая прочность стеклянной колбы, вероятность повреждения электродов и снижение чувствительности фотоэлементов при длительной эксплуатации.

• Вентильные фотоэлементы (с запорным слоем) состоят из нижнего металлического электрода, электронных и запирающего слоев, а также верхнего полупрозрачного металлического электрода. Все элементы помещены в пластиковый корпус с отверстием, пропускающим световой поток. При прохождении светового потока и попадании его на фотослой проводник и полупроводник приобретают разноименные заряды. Основными преимуществами таких элементов является устойчивость к механическим повреждениям, высокая чувствительность и отсутствие потребности в источнике питания. К недостаткам относится инерционность, чувствительность к температуре окружающей среды и относительно невысокий срок службы.

• Фотодиоды – полупроводниковые диоды, способные изменять свои свойства под воздействием светового потока. При отсутствии воздействия света диод обладает стандартными характеристиками. В зависимости от схемы расположения в электрической цепи фотодиод может выполнять различные функции. При работе в вентильном режиме потребность в дополнительном источнике питания отсутствует, а сам диод совмещает функции фотодиода и триода, являясь усилителем фототока, возникающего под воздействием светового излучения. Такой режим применяется для выполнения измерений размеров исследуемого объекта, его перемещений и температуры. Для работы в фотодиодном режиме требуется применение внешнего источника питания, при этом диод приобретает большую чувствительность, что делает возможным его применение для считывания информации с перфокарт, перфолент и других носителей.

• Фоторезисторы – при воздействии светового потока на фотоэлемент возрастает их проводимость и увеличивается сила тока в цепи. Такие элементы компактны, прочны, высокочувствительны, а также могут работать и на переменном, и на постоянном токе. В то же время они достаточно инерционны и подвержены температурным воздействиям.

Возможные ограничения и область применения

В процессе монтажа, настройки и эксплуатации датчиков следует придерживаться ряда требований и рекомендаций:

• Обеспечить защиту места установки датчика от воздействия лучей ярких источников света, а также люминесцентных ламп.
• Во избежание возникновения помех использовать кабель минимально возможной для конкретных условий установки длины.
• При установке учитывать, что расстояние срабатывания датчика зависит от материала, формы поверхности и габаритов объекта.
• В процессе монтажа датчиков соблюдать необходимое расстояние от поверхности установки, исключающее возможность отражение света от поверхности.
• Избегать прокладки кабеля датчика в одном канале с высоковольтным кабелем.
• Очищать оптический элемент сухой тканью, не применяя щелочей и кислот.

Помимо промышленного производства фотоэлектрические датчики применяют и для выполнения широкого перечня других задач:

• Управления производственным оборудованием и станками.
• В качестве одного из основных элементов пропускной системы метрополитена.
• Контроля площади лекал и других заготовок сложной геометрической формы.
• В процессе плазменной резки металла для считывания заданной программы с перфокарты.
• При выполнении ряда процессов в типографии – подсчет листов, контроль правильности резки и укладки, а также управление работой станка.

Также фотоэлектрические датчики используются в современных наукоемких отраслях (робототехнике и других).

Основные характеристики фотоэлектрических датчиков

При выборе устройства для конкретных целей и условий эксплуатации следует руководствоваться прилагаемой производителем документацией, в которой указаны все необходимые характеристики прибора:

1. Практическая способность обнаружения наблюдаемых объектов – одна из основных характеристик, определяющая условия, в которых устройство сможет полноценно выполнять свои функции.
2. Максимальное и минимальное расстояние до объекта. В зависимости от характеристик конкретной модели этот показатель может составлять от 5 мм до 250 м. Подбирается в зависимости от специфики применения.
3. Ширина луча, влияющая на разрешение датчика и определяющая параметры объектов контроля.
4. Время реагирования, скорость включения, выключения и обработки объекта. Особенно такой параметр важен при использовании датчиков на конвейерных линиях с большой скоростью движения и количеством обрабатываемых объектов.
5. Энергопотребление датчиков. Работа устройств не должна оказывать чрезмерной нагрузки на систему электроснабжения и влиять на работу другого применяемого на предприятии оборудования.

Также стоит обратить внимание на размеры и вес устройств (подойдут ли они для эксплуатации в конкретных условиях или потребуют выполнения дополнительных работ при установке), сложность монтажа, требования к температурному режиму и влажности в помещении и другие факторы.

Что такое фотоэлектрический датчик?

В этой статье мы поговорим о трех основных типах фотоэлектрических датчиков: на пересечение луча, на отражение и на рассеяние.

Фотоэлектрический датчик — это устройство, использующее свет для определения наличия или отсутствия объекта.

Применение фотоэлектрических датчиков

Фотоэлектрические датчики можно использовать во многих сферах и отраслях. Например, их можно использовать для обнаружения объектов или ориентации объекта на производственной линии, их можно использовать для подсчета, а также для остановки автоматически закрывающейся двери.

Фотоэлектрические датчики используются в автомобильной, пищевой, транспортной и погрузочно-разгрузочной отраслях.

Их можно использовать для обнаружения большинства материалов, таких как металл, пластик и дерево. Они могут даже обнаруживать прозрачные предметы, такие как стекло, пластик и жидкости, в зависимости от типа датчика.

Принцип работы фотоэлектрического датчика

Основная работа фотоэлектрического датчика заключается в том, что датчик посылает световой луч из части датчика, называемой излучателем, и этот световой луч проходит к той части датчика, которая собирает свет, называемый приемником.

Типы фотоэлектрических датчиков

В зависимости от типа датчика свет может проходить непосредственно к приемнику датчика или может проходить к отражателю или объекту, а затем обратно к приемнику. Мы рассмотрим это более подробно, когда будем объяснять каждый из типов фотоэлектрических датчиков.

1) Фотоэлектрический датчик на пересечение луча

Сначала мы поговорим о типе фотоэлектрического датчика на пересечение луча. Датчики на пересечение луча имеют излучатель и приемник в отдельном компоненте.

Для работы датчика на пересечение луча излучатель и приемник должны быть направлены друг на друга и выровнены.

Когда они выровнены и ничто не блокирует свет, выход датчика будет включен.

Если вы поместите что-то между излучателем и приемником, чтобы заблокировать свет, выход датчика отключится.

Выход датчика — это сигнал от датчика к ПЛК. В зависимости от датчика выходной сигнал может быть положительным или отрицательным.

Тип выходного сигнала датчика, который вы будете использовать, зависит от типа платы ввода ПЛК, к которой подключен датчик.

Например,

— Если датчик имеет номер PNP , что означает, что он имеет положительный выходной сигнал, выходной провод датчика должен быть подключен к входной плате с приемником .

— Если датчик NPN , выходной сигнал отрицательный, и выходной провод необходимо подключить к входной плате с источником .

Если вам нужна дополнительная информация о приемнике, источнике, PNP и NPN, ознакомьтесь с нашей статьей под названием Прием и источник входных данных ПЛК | В чем разница? .

Режим «свет/темнота»

Некоторые фотоэлектрические датчики имеют переключатель режимов «свет/темнота». С помощью этого переключателя вы можете изменить время включения и выключения выхода датчика.

— В режиме с включенным освещением выход датчика будет включен, когда свет может достичь приемника, и выключен, когда свет заблокирован и не достигает приемника.

— В режиме dark-on выход датчика будет включен, когда свет заблокирован и не достигает приемника, и выключен, когда свет достигает приемника.

Дальность обнаружения

Фотоэлектрические датчики на пересечение луча имеют большую дальность обнаружения, чем светоотражающие и рассеивающие фотоэлектрические датчики. Это связано с тем, что свет должен двигаться только в одном направлении, чтобы попасть от излучателя к приемнику.

Некоторые недостатки использования датчика пересечения луча по сравнению с использованием датчика обратного отражения или рассеянного света заключаются в том, что они стоят немного дороже, требуют больше места для правильной установки и плохо обнаруживают тонкие прозрачные объекты.

Датчики на пересечение луча стоят дороже, потому что они состоят из двух компонентов, для которых требуются два кабеля и два крепления, поэтому они занимают больше места.

Они не обнаруживают тонкие прозрачные объекты, поскольку свет может проходить прямо через объект к приемнику.

2) Световозвращающий фотоэлектрический датчик

Световозвращающий фотоэлектрический датчик Излучатель и приемник объединены в одном компоненте.

Для работы световозвращающего датчика излучатель датчика необходимо направить на отражатель и выровнять, чтобы свет проходил от излучателя датчика к отражателю, а затем отражался обратно к приемнику датчика.

Выход датчика обратного отражения работает так же, как выход датчика пересечения луча. Выход включен, если свет не заблокирован, и выключен, если свет заблокирован.

Световозвращающие датчики также могут иметь селекторный переключатель режима включения/выключения, который можно переключать при включении выхода датчика.

Рефлекторные датчики имеют более короткий диапазон обнаружения по сравнению с датчиками на пересечение луча. Это связано с тем, что свет должен пройти к отражателю, а затем обратно к датчику, а не просто идти прямо к приемнику.

Некоторые недостатки использования рефлекторного датчика: вы должны установить датчик с отражателем, если объект блестящий, он может включить выход датчика вместо отражателя, и световой луч не так сфокусирован, как сквозной луч световой луч датчика.

Если объект блестит, попробуйте отрегулировать угол датчика и отражателя по отношению к объекту.

3) Рассеивающий фотоэлектрический датчик

Рассеянный фотоэлектрический датчик В одном компоненте излучатель и приемник находятся вместе.

Для работы датчика рассеянного света излучатель датчика должен быть направлен на объект, чтобы свет шел от излучателя датчика к объекту, а затем отражался обратно к приемнику датчика.

Выход датчика «Рассеянный» работает так же, как выход датчика на пересечение луча и обратного отражения.

Рассеянные датчики также могут иметь селекторный переключатель режима включения/выключения, который можно переключать при включении выхода датчика.

Основным недостатком использования диффузного датчика является то, что он имеет самую короткую дальность обнаружения из трех датчиков. Потому что в зависимости от формы, размера и цвета объекта он может не очень хорошо отражать свет обратно к приемнику датчика.

Резюме

В обзоре, прочитав эту статью, вы узнали о трех основных типах фотоэлектрических датчиков:

– на пересечение луча,

– на отражение,

– на рассеянное.

Вы узнали, что все три датчика используют свет для обнаружения объектов, и все три датчика имеют выходные сигналы, которые запускают вход ПЛК.

Вы также узнали о различных диапазонах чувствительности и некоторых недостатках каждого датчика.

Как уже упоминалось, мы рекомендуем просмотреть следующую связанную статью, если вы еще этого не сделали, чтобы лучше понять Фотоэлектрический Выходной сигнал датчиков :

Прием и получение входов ПЛК | В чем разница?

Пожалуйста, дайте нам знать, если у вас есть какие-либо вопросы о трех основных типах фотоэлектрических датчиков в комментариях ниже, и мы свяжемся с вами менее чем через 24 часа.

У вас есть друг, клиент или коллега, которым может пригодиться эта информация? Пожалуйста, поделитесь этой статьей.

Основы фотоэлектрических датчиков

Резюме

Основы фотоэлектрических датчиков

Поскольку производственный мир становится все более и более автоматизированным, промышленные датчики стали ключом к повышению как производительности, так и безопасности.

Промышленные датчики — это глаза и уши нового производственного цеха, и они бывают всех размеров, форм и технологий. Наиболее распространенными технологиями являются индукционные, емкостные, фотоэлектрические, магнитные и ультразвуковые. Каждая технология имеет уникальные сильные и слабые стороны, поэтому требования самого приложения будут определять, какую технологию следует использовать. Эта статья посвящена фотоэлектрическим датчикам и определяет, что они из себя представляют, их преимущества и некоторые основные режимы работы.

Фотоэлектрические датчики легко присутствуют в повседневной жизни. Они помогают безопасно управлять открытием и закрытием ворот гаража, включать краны в раковине взмахом руки, управлять лифтами, открывать двери продуктового магазина, обнаруживать автомобиль-победитель в гонках и многое другое.

Фотоэлектрический датчик — это устройство, определяющее изменение интенсивности света. Как правило, это означает либо необнаружение, либо обнаружение источника света, излучаемого датчиком. Тип света и способ обнаружения цели различаются в зависимости от датчика.

Фотоэлектрические датчики состоят из источника света (светодиода), приемника (фототранзистора), преобразователя сигнала и усилителя. Фототранзистор анализирует входящий свет, проверяет, исходит ли он от светодиода, и соответствующим образом запускает выходной сигнал.

Фотоэлектрические датчики предлагают множество преимуществ по сравнению с другими технологиями. Диапазоны чувствительности фотоэлектрических датчиков намного превосходят индуктивные, емкостные, магнитные и ультразвуковые технологии. Их небольшой размер по сравнению с диапазоном чувствительности и уникальное разнообразие корпусов делают их идеальными практически для любого применения. Наконец, благодаря постоянному развитию технологий фотоэлектрические датчики конкурентоспособны по цене с другими сенсорными технологиями.

Режимы обнаружения
Фотоэлектрические датчики обеспечивают три основных метода обнаружения целей: рассеянный, рефлекторный и сквозной, с вариациями каждого из них.

Рассеянный режим
В рассеянном режиме измерения, иногда называемом бесконтактным режимом, передатчик и приемник находятся в одном корпусе. Свет от передатчика попадает на цель, которая отражает свет под произвольными углами. Часть отраженного света возвращается к приемнику, и цель обнаруживается. Поскольку большая часть передаваемой энергии теряется из-за угла цели и способности отражать свет, рассеянный режим приводит к более коротким дальностям обнаружения, чем достижимые в режимах отражения и сквозного луча.

Преимущество в том, что дополнительное устройство, такое как отражатель или отдельный приемник, не требуется. Факторы, влияющие на дальность обнаружения в рассеянном режиме, включают цвет, размер и отделку цели, поскольку они напрямую влияют на ее отражательную способность и, следовательно, на ее способность отражать свет обратно к приемнику датчика. В приведенной ниже таблице показано влияние цели на диапазон обнаружения для обнаружения в рассеянном режиме.

ТАБЛИЦА ОТРАЖАЮЩЕЙ КОЭФФИЦИЕНТНОСТИ ДЛЯ РАССЕЯННОГО МОДА

 

* Значения в этой таблице предназначены только для справки, поскольку точный диапазон чувствительности в приложении зависит от множества факторов.

Режим рассеянного сходящегося луча
Режим сходящегося луча является более эффективным методом обнаружения диффузного режима. В режиме сходящегося луча линза передатчика фокусируется в точной точке перед датчиком, а линза приемника фокусируется в той же точке. Диапазон чувствительности фиксирован и определяется как точка фокусировки. Затем датчик может обнаружить объект в этой фокусной точке плюс-минус некоторое расстояние, известное как «сенсорное окно». Объекты перед или за этим сенсорным окном игнорируются. Окно восприятия зависит от отражательной способности цели и настройки чувствительности. Поскольку вся излучаемая энергия фокусируется в одной точке, доступно большое избыточное усиление, которое позволяет датчику легко обнаруживать узкие цели или цели с низкой отражательной способностью.

Рассеянный режим с подавлением фона
Зондирование в рассеянном режиме с подавлением фона обнаруживает цели только до определенного «граничного» расстояния, но игнорирует объекты за пределами этого расстояния. Этот режим также минимизирует чувствительность к цвету цели среди вариаций рассеянного режима. Одним из основных преимуществ рассеянного режима с подавлением фона является возможность игнорировать фоновый объект, который может быть ошибочно идентифицирован как цель стандартным фотоэлектрическим датчиком рассеянного режима.

Рассеянный режим с подавлением фона может работать на фиксированном расстоянии или на переменном расстоянии. Подавление фона технически можно осуществить двумя способами: механическим или электронным.

Рассеянный режим с механическим подавлением фона
Для механического подавления фона в фотоэлектрическом датчике имеется два приемных элемента, один из которых принимает свет от цели, а другой — от фона. Когда отраженный свет на целевом приемнике больше, чем на фоновом приемнике, цель обнаруживается и активируется выход. Когда отраженный свет на фоновом приемнике больше, чем на целевом приемнике, цель не обнаруживается и выход не меняет своего состояния. Фокусная точка может быть механически отрегулирована для датчиков с переменным расстоянием.

Рассеянный режим с электронным подавлением фона
При электронном подавлении фона внутри датчика вместо механических частей используется позиционно-чувствительное устройство (PSD). Передатчик испускает световой луч, который отражается обратно в две разные точки PSD как от мишени, так и от фонового материала. Датчик оценивает свет, падающий на эти две точки на PSD, и сравнивает этот сигнал с предварительно установленным значением, чтобы определить, изменяется ли состояние выхода.

Световозвращающий режим
Световозвращающий режим является вторым основным режимом фотоэлектрического зондирования. Как и при диффузном измерении, передатчик и приемник находятся в одном корпусе, но для отражения света от передатчика обратно к приемнику используется отражатель. Цель обнаруживается, когда она блокирует луч от фотоэлектрического датчика к отражателю. Режим обратного отражения обычно обеспечивает большую дальность обнаружения, чем режим рассеяния, из-за повышенной эффективности отражателя по сравнению с отражательной способностью большинства целей. Целевой цвет и отделка не влияют на дальность действия в световозвращающем режиме, как в рассеянном режиме.

Фотоэлектрические датчики с обратным отражением доступны с поляризационными фильтрами или без них. Поляризационный фильтр пропускает свет только с определенным фазовым углом обратно к приемнику, что позволяет датчику видеть блестящий объект как цель, а не как отражатель. Это связано с тем, что свет, отраженный от отражателей, сдвигает фазу света, а свет, отраженный от блестящей мишени, — нет. Поляризованный фотоэлектрический датчик с обратным отражением должен использоваться с угловым отражателем, который представляет собой тип отражателя, способного точно возвращать световую энергию по параллельной оси обратно к приемнику. Поляризованные рефлекторные датчики рекомендуются для любого применения с отражающими целями.

Неполяризованные фотоэлектрические датчики с обратным отражением обычно обеспечивают больший диапазон обнаружения, чем поляризованные версии, но могут ложно идентифицировать блестящую цель как отражатель.

Режим отражения для четкого обнаружения объектов
Обнаружение четких объектов может быть достигнуто с помощью рефлекторного режима для фотоэлектрического датчика обнаружения четких объектов. В этих датчиках используется схема с низким гистерезисом для обнаружения небольших изменений света, которые обычно возникают при обнаружении прозрачных объектов. Датчик режима ясного объекта использует поляризованные фильтры как на передатчике датчика, так и на приемнике, чтобы уменьшить ложные срабатывания, вызванные отражениями от цели.

Световозвращающий режим с подавлением переднего плана
Датчики обратного отражения с подавлением переднего плана не будут ложно идентифицировать глянцевые цели как отражатель, когда они находятся на определенном расстоянии или в мертвой зоне. Этот режим подходит для обнаружения поддонов, упакованных в термоусадочную пленку, поскольку датчик стандартного рефлекторного режима может принять глянцевое покрытие за отражатель и не изменить свое состояние. Оптические отверстия перед элементами передатчика и приемника в корпусе датчика создают зону для исключения ошибочного обнаружения отражающего материала.

Режим прямого луча
Режим сквозного луча, также называемый встречным режимом, является третьим и последним основным методом обнаружения для фотоэлектрических датчиков. В этом режиме используются два отдельных корпуса, один для передатчика и один для приемника. Свет от передатчика направлен на приемник, и когда цель прерывает этот световой луч, активируется выход на приемнике. Этот режим является наиболее эффективным из трех и обеспечивает максимально возможный диапазон чувствительности фотоэлектрических датчиков.

Датчики режима сквозного луча доступны в различных стилях. Наиболее распространенные включают один корпус передатчика, один корпус приемника и один световой луч между двумя корпусами. Другим типом являются «щелевые» или «вилочные» фотоэлектрические датчики, которые объединяют и передатчик, и приемник в одном корпусе без необходимости выравнивания. Световые решетки представляют собой массивы из множества разных передатчиков в одном корпусе и множества разных приемников в другом корпусе, которые при наведении друг на друга создают виртуальный «лист» световых лучей.

Волоконно-оптический датчик
Волоконные датчики направляют свет от передатчика по пластиковым или стеклянным кабелям, называемым оптоволоконными кабелями. В приложениях с небольшими целями или неблагоприятными условиями оптимальным решением могут быть волоконно-оптические кабели. Волоконно-оптические кабели позволяют проводить измерения либо в рассеянном режиме, либо в режиме сквозного луча.

Волоконно-оптические кабели из стекловолокна изготавливаются из крошечных нитей стекла, которые связаны вместе внутри специальной оболочки. Оптоволоконные кабели из стекловолокна, как правило, более прочные, чем пластиковые версии, более эффективны в передаче света, что приводит к увеличению дальности обнаружения, и хорошо работают как с видимым красным, так и с инфракрасным светом.

Пластиковые оптоволоконные кабели изготавливаются из светопроводящего пластикового моноволокна и помещаются в защитную оболочку из ПВХ. Пластиковые оптоволоконные кабели, как правило, более гибкие и экономичные, чем стеклянные версии, их можно обрезать по длине и они работают только с видимым светом.

Боковая панель/коробка
Специальные фотоэлектрические датчики
В дополнение к стандартным режимам работы фотоэлектрических датчиков также существует несколько датчиков для конкретных приложений. Эти датчики используются для решения многих нетрадиционных фотоэлектрических задач, таких как обнаружение изменений цвета цели, пористых целей и невидимой маркировки на продуктах.

Примеры датчиков для конкретных приложений:

Цвет  — Цветовые датчики доступны в самых разных стилях и вариантах. Самые простые датчики цвета представляют собой одноканальные устройства, которые можно запрограммировать на обнаружение одного цвета. Более продвинутые устройства могут обнаруживать до десяти или более уникальных цветов и позволяют запрограммировать несколько оттенков на одном канале. Типичные приложения включают контроль качества, когда на продукте отмечаются разные цвета по мере завершения этапа производства. Другим возможным применением может быть программирование нескольких оттенков цвета на одном и том же канале. Эти цвета могут указывать производителям на приемлемый диапазон цветовых отклонений для готового продукта при окрашивании или литье под давлением.

Контрастность   – датчики контрастности используются для определения разницы между двумя цветами или носителями. Сначала датчик обучается двум различным условиям. Затем он оценивает текущие условия, и если отраженный свет текущей цели ближе к первому условию, выход останется выключенным. Если отраженный свет текущей цели ближе ко второму условию, выход изменит состояние. Типичное применение для обнаружения контраста — обнаружение приводных меток перед резкой или преобразованием бумаги в упаковочной промышленности.

Люминесценция  — Датчики люминесценции используются для обнаружения чернил, жиров, клеев, красок, мела и других материалов с люминесцентными свойствами. Метки на неровном фоне, а также четкие или невидимые маркировки легко обнаруживаются с помощью источника ультрафиолетового света. Типичными приложениями для люминесцентных датчиков являются обнаружение прозрачных герметичных пломб на бутылочках с лекарствами или обнаружение дефектного продукта, отмеченного мелом (например, сучок на куске дерева).

Световые сетки  – Световые сетки используются для создания сетки или листа света. Есть много вариантов, размеров и приложений для световых решеток. Миниатюрные световые сетки с высоким разрешением можно использовать для подсчета мелких деталей. Можно использовать сетки большего размера, чтобы обеспечить выброс детали из пресса перед следующим циклом прессования. Световые решетки безопасности используются для создания безопасного «периметра» вокруг машины, чтобы операторы были защищены от потенциально опасных частей машины.

Пассивный инфракрасный порт  – Пассивные инфракрасные датчики используются для обнаружения движения объекта в пределах определенной области или зоны обнаружения. Термин «пассивный» используется потому, что датчик не излучает никакого света, а вместо этого обнаруживает инфракрасное излучение объекта, температура которого отличается от температуры окружающей среды. Типичным применением пассивных инфракрасных датчиков является управление автоматическими дверями или освещением.

Сканеры зон  – Как и пассивные инфракрасные датчики, сканеры зон используются для обнаружения присутствия или движения объекта в пределах определенной области или зоны обнаружения. Основное отличие состоит в том, что активные инфракрасные датчики излучают свет и способны обнаруживать движение объекта в зоне, когда невозможно определить температуру цели. Типичным применением может быть обнаружение транспортных средств, приближающихся к верхней двери на складе, поскольку невозможно определить ни температуру транспортного средства, ни температуру окружающей среды.