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.

Оптический датчик

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.

Оптический датчик 2

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.

Помехи

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.

Чистый датчик

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.

Устройство

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.

Излучатель

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.

Барьерный тип оптического датчика

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

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.

Параметры регулировки:

  • 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

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

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

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

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.

Подключение

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.

Чистка

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.

Видео по теме

Хорошая реклама
 

Ссылка на основную публикацию