Какая от меня

ПОЛЬЗА?

Поиск
Свежие комментарии
СамЭлектрик ВКонтакте

Интересно? Хочешь знать больше? Вступай в группу ВК!

Подписывайтесь!
Будет интересно.

Оптические и фотодатчики. Разновидности и принципы работы


Электронные компоненты и комплектующие

Электронные компоненты и комплектующие

Посмотрите, что есть интересного на АлиЭкспресс:

Большой выбор электронных компонентов — разнообразные радиодетали, начиная от резисторов, а также готовые электронные устройства!

Читайте подробнее про ремонт датчиков движения!

А также — про ремонт прожекторов, диммеров и светодиодных люстр!


Оптический бесконтактный фотодатчик

Оптический фотодатчик – вид на оптику

Привет, друзья! Сегодня настало время рассказать про широкий круг электронных датчиков, которые используются в промышленной автоматике. Это – оптические датчики.

Постараюсь популяризировать эти электронные устройства по порядку. Теория, классификация, практика, реальные модели датчиков и производители. На эту тему у меня есть несколько статей, вот основные – разновидности датчиков и схемы включения датчиков. Другие ссылки буду давать по ходу.

Будет много фотографий, которые делал я сам. И фактов, которые знаю только я.

Для начала, чтобы понимать, о чём речь, и в какой области знаний мы сейчас очутились –

 

Название и терминология применительно к оптическим датчикам.

Как видно сразу из названия, в этих датчиках используется оптика, а значит – световое излучение различных диапазонов. То есть датчик, реагирующий на свет. И, разумеется, выдающий на факт обнаружения света какой-то сигнал. В английской терминологии оптические датчики часто называют PhotoCell Sensor, или Light Sensor, что означает фотодатчик, или световой датчик.

У нас тоже, кроме распространенного “оптического“, те же устройства называют фотодатчиками, или фотоэлектрическими датчиками.

Простейший и самый распространенный вариант такого датчика – датчик освещенности, который дискретно реагирует на уровень освещенности, и выдает сигнал на включение освещения с наступлением сумерек (основное применение)

Фотодатчиков придумано великое множество, и я попробую в своей статье популяризовать и классифицировать это многообразие.

Работа оптических датчиков

Активация. Вот ключевое слово, которое должно использоваться при описании работы любых датчиков. В нашем случае активация (или деактивация, но об этом позже) происходит, когда свет, попадающий на вход датчика, обладает достаточной интенсивностью.

Логика работы такова, что когда свет попадает в датчик беспрепятственно, он будет активирован. А когда этот свет прерывается барьером (человек, заготовка, деталь станка) – датчик деактивируется.

Внимание! Не путайте! Активен – совсем не значит, что у него контакты замкнуты, и есть напряжение на выходе! Работа схемы обнаружения света и выходного ключевого элемента могут различаться! Возможно, что свет прерывается, и это как раз и служит сигналом активности. Всё зависит от конкретного применения.

Оптические датчики (так же, как и индуктивные датчики приближения) являются бесконтактными, то есть механического контакта с наблюдаемым объектом (активатором) не происходит. В отличии от (например) концевых выключателей и датчиков давления.

В большинстве случаев для повышения помехоустойчивости используют свет не обычного спектра, а излучение лазерного источника света (как правило, красного цвета). Такой источник прост в изготовлении, излучение легко фокусируется в тонкий луч. А благодаря тому, что излучение в видимой части диапазона, положение датчика просто настроить в пространстве.

А вот один из раритетных датчиков с обычной лампочкой накаливания, который я застал при жизни. Излучатель – лампочка накаливания на 6 В с линзой. Приемный элемент – фотодиод. Далее – усилитель и триггер Шмитта на транзисторах.

Оптический датчик с лампочкой

Оптический датчик с лампочкой накаливания и линзой. Внизу видно световое пятно

Этот датчик стоит в производственной линии 1980 года, купленной за нефтедоллары в Швейцарии.

Современные датчики реагируют только на “свой” участок спектра, что позволяет им чётко работать в условиях помех и плохой видимости.

Помехой может быть солнечный свет или искусственное освещение, пыль, дым.

В случае плохого ухода помехой может быть обыкновенная пыль и грязь:

Загрязненный оптический датчик, вид сбоку

Загрязненный оптический датчик, сбоку – регулятор настройки чувствительности, излучающая часть смотрит вниз

На оптических датчиках в большинстве случаев существует переключатель “Dark On / Light On”. Что он означает? Он инвертирует логику работы. При “Dark On” датчик активируется тогда, когда на его вход свет не попадает, то есть на входе – темнота. При попадании света датчик деактивируется, то есть его выход приходит в нормальное состояние. В режиме “Light On” датчик активируется тогда, когда его вход засвечивается.

Есть модели, где присутствует таймер – выходной сигнал появляется через время после активации (срабатывания).


А что там свежего в группе ВК СамЭлектрик.ру?


Подписывайся, и читай статью дальше:

Поскольку в датчике присутствует пороговый элемент, нужно, чтобы он срабатывал чётко. Чтобы облегчить настройку, сейчас производители в корпусе датчика устанавливают не только индикатор активации но и индикатор стабильного уровня сигнала. Если он горит, то это указывает, что обнаружение происходит стабильно, с достаточным уровнем сигнала, а не на краю диапазона чувствительности.

 

Различия по способу передачи света

Это – основные различия, по которым классифицируются дискретные оптические датчики. Различие – в способе “доставке” света на входной оптический элемент датчика.

Самый надежный –

С раздельным приемником и передатчиком

Такие датчики менеджеры по продажам называют барьерными, или с пересечением луча. Хотя, я это считаю некорректным – все дискретные датчики работают с пересечением луча каким-то барьером.

Оптический датчик типа передатчик-приемник

Оптический датчик типа передатчик-приемник с раздельными частями

Это самый надежный тип датчика в смысле дальности и помехоустойчивости. Во всех остальных датчиках передатчик и приемник излучения находятся в одном корпусе, а в этом могут быть разнесены на десятки метров.

То есть, передатчик установлен в одном месте, и к нему подведено питание. Он излучает, не выполняя больше никаких функций и не имея настроек. А приемник установлен на отдалении, и там может регулироваться чувствительность и другие параметры и функции.

Излучатель и приемник должны быть из одной пары (комплекта), хотя могут приобретаться отдельно. Есть данные, что передатчики и приемники разных фирм не подходят друг к другу.

Такие датчики на производстве практически не применяются, т.к нет таких расстояний. А применяются они в основном в охранных системах и там, где воздух может быть загрязнен (пыль, газ).

Отдельный вид таких датчиков – щелевые (вилкообразные). Они удобны тем, что хоть передатчик и приемник разнесены, но расположены фактически в одном корпусе. Когда в щель между излучателем и приемником попадает активатор (предмет), датчик срабатывает.

 

С рефлектором (рефлекторный)

Эти датчики совмещают источник (передатчик) и приемник излучения в одном корпусе.

Рефлекторный датчик

Рефлекторный оптический датчик со световозвращателем

Свет отражается от рефлектора, и попадает обратно. Поэтому некоторые производители называют такие датчики ретрорефлекторными (обратное отражение).

Оптический датчик с отражением

Оптический датчик с отражением от рефлектора

Кстати, на фото видны переключатель Dark / Light On, регулятор чувствительности, и индикаторы стабильности и срабатывания.

А вот хорошее фото, видна оптика передатчика и приемника:

Датчик рефлекторный со стороны оптики

Датчик рефлекторный со стороны оптики, закреплен на кронштейне

Такой датчик – это обязательно система. Для примера – конвейер, и система датчик – отражатель контролирует прохождение заготовки:

Датчик рефлекторный

Датчик рефлекторный по одну сторону конвейера

Рефлектор может также называться отражателем, световозвращателем или катафотом:

Рефлектор для датчика

Рефлектор для оптического датчика с другой стороны конвейера

Максимальное рабочее расстояние, на котором обеспечивается стабильная работа – у разных моделей от 5 до 10 м. Теоретически можно и больше, но практически очень трудно обеспечить стабильную работу – малейшее смещение луча из-за вибрации, или ослабление света из-за пыли, и всё.

Датчик загрязнен пылью

Датчик загрязнен пылью, предельная дальность падает примерно на 30%

Датчики рефлекторного типа на производстве используются чаще всего.

 

Диффузный

Этот тип датчика – с отражением от объекта.

Диффузный оптический датчик

Диффузный оптический датчик с отражением от объекта

У него самая малая дальность действия (до полуметра), зато есть важное свойство – при должной настройке он детектирует появление объектов в зоне действия. Ведь на каждую коробку или бутылку катафот не поставишь!

Объект может быть на оси действия датчика, на расстоянии. По мере приближения датчик, как пороговый элемент, срабатывает.

В простейшем случае регулировка одна – чувствительность.

В крутых датчиках несколько кнопок или регуляторов, и его можно программировать и обучать:

Диффузный датчик с обучением

Диффузный датчик с обучением и множеством настроек

 

 

Различия по конструкции

Тут просто. Если не рассматривать датчики специального исполнения (например, щелевые), то то оптические датчики могут быть двух типов – в прямоугольном и в цилиндрическом корпусе.

Фото прямоугольных я привёл достаточно, а вот цилиндрические:

Оптические датчики в цилиндрическом корпусе

Оптические датчики в цилиндрическом корпусе с отражателем. Контроль прохождения по конвейеру

 

 

Подключение и виды выходного сигнала

Здесь главная путаница. Иногда трудно понять, что такое Нормально Открытый (НО), а что такое Нормально Закрытый (НЗ) выход датчика. Те  кто читал мои предыдущие статьи (ссылки в начале), тот прекрасно знает, что это. Но применительно к оптическим датчикам нелишне повториться.

Надо увязать три события:

  1. попадание света нужной интенсивности,
  2. включение индикатора  активности
  3. переключение выходного элемента (транзистор или реле)

Путаница возникает, когда под активностью (срабатыванием) понимают попадание света, либо попадание объекта. И что при этом происходит – зависит от переключателя Dark / Light и типа выхода – НО или НЗ.

По подключению датчиков статья у меня есть (ссылка в начале), вот ещё. Как правило, схема подключения приведена на корпусе:

Схема

Схема подключения на корпусе датчика. Переключатели, регуляторы, индикаторы и клеммы – под герметичной полупрозрачной крышкой

В общем, нужно внимательно читать инструкцию, и всё проверять на практике.

 

Специфические датчики

Световая решетка

Это две линейки, расположенные точно напротив. На одной расположены светодиоды, на другой – фотодиоды. таким образом, анализируя перекрытие пар свето/фотодиод, можно измерить с некоторой погрешностью геометрические данные объекта.

Световая решетка подключается к специализированному контроллеру, которые дает данные на главный контроллер.

 

Световой барьер

Он используется в основном для безопасности, для недопущения людей, или неправильной формы предметов в контролируемую зону.

По безопасности читайте мою статью на блоге. А также в журнале Электротехнический рынок.

Пара фоток, чтоб было понятно, о чем речь:

Барьер безопасности

Барьер безопасности – по конвейеру проходит только то, что нужно, и только тогда, когда нужно!

Барьер безопасности

Барьер в системе с датчиками

Это довольно сложная система, в которую кроме того ещё входят минимум 2 рефлекторных датчика (на фото – 4) и свой контроллер.

 

Лазерные

Это оптические датчики, в которых есть возможность измерения расстояния до объекта.

Лазерный оптический

Лазерный оптический датчик

Лазерный оптический датчик

Лазерный оптический датчик с отображением расстояния

Лазерный оптический датчик

Лазерный оптический датчик с измерением расстояния

Принцип действия – измерение времени прохождения луча. Как в радиолокации.

 

Оптоволоконные

Мне встречались такие датчики в диффузном исполнении, и с приемником+передатчиком.

Смысл в том, что оптические элементы и электронная схема разнесены в пространстве, а свет передается посредством оптоволокна (пластиковый фибер)

Чувствительный элемент

Чувствительный элемент оптоволоконного датчика

Видите красную точку? То-то и оно!

В отдалении на расстоянии 4 метра стоят такие блоки оптоволоконных усилителей (для трех датчиков):

Оптоволоконные усилители

Оптоволоконные усилители для датчиков

Такую систему ставят там, где очень стесненное пространство (как настраивать?) и там, где электроника работать не любит – вибрация, влажность, высок риск повреждения.

 

Аналоговые

Аналоговыми эти датчики являются по виду выходного сигнала. Принцип работы может быть как у лазерного, или просто измеряется интенсивность отраженного сигнала.

Аналоговый датчик измерения расстояния

Аналоговый датчик

В данном случае – аналоговый сигнал, соответствующий расстоянию до поверхности разматываемой катушки, подается на аналоговый вход контроллера (АЦП). И контроллер рассчитывает диаметр катушки.

Оптический датчик, измеряющий расстояние до объекта

Оптический датчик, измеряющий расстояние до объекта. Красная точка справа показывает место измерения. Корпус датчика защищен от ударов элементом крепления

Этот же датчик приведен в самом начале статьи. У него также есть и дискретный выход, который можно запрограммировать, и он сработает при определенном расстоянии.

 

Оптический датчик пламени

Этот датчик стоит особняком – он воспринимает свет от пламени сгораемого газа либо другого топлива. Используется в промышленных котельных.

 

Уход за оптическими датчиками

Так же как и оптика зеркальных фотоаппаратов – нужна чистка, аккуратная протирка и проверка механической целостности.

Я для чистки оптики использую салфетки, смоченные в воде с добавлением ничтожного количества нейтрального моющего средства. Например, для посуды. Потом вытираю сухой салфеткой. Главное – чтобы не попал абразив.

 

Всё в статью не вместилось, ещё много фото и интересных историй, но статья не резиновая)))

Поэтому задавайте вопросы и делитесь опытом в комментариях, буду рад!

А ещё буду рад увеличению количества подписчиков и активности в моей группе ВК! Заходите, там самая оперативная информация, которая иногда даже не появляется на блоге.


Рекомендую ещё:


Статья понравилась?
Добавьте её в свою соц.сеть и дайте оценку!

Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5
(3 оценок, среднее: 3,67 из 5)
Загрузка...


Если статья оказалось полезной или появились вопросы -
пожалуйста, оставьте комментарий.


9 комментариев
на “Оптические и фотодатчики. Разновидности и принципы работы”

  • АндрейNo Gravatar:

    Мне понравилось! Простота и доступность без научных слов,более понятно

    Ответить
  • АлексейNo Gravatar:

    Статья как коллекция разных видов датчиков😊, интересно и познавательно. Все оборудование буржуйское, обидно, что у нас мозги разработчиков не востребованы.

    Ответить
    • Александр/СамЭлектрикNo Gravatar:

      Да, обещанного импортозамещения нет…
      Из наших оптических датчиков, насколько знаю, есть ТЕКО и ОВЕН.
      Но, к сожалению, они проигрывают импортным по цене/качеству.

      Ответить
  • АлексейNo Gravatar:

    Для полноты коллекции можно добавить, оптические датчики применяются не только на производстве, но и в быту. На пример: у меня дома для включения подсветки в шкафу я использовал оптические датчики. Работает просто, есть препятствие (дверь) луч инфракрасного светодиода отражается, свет гаснет. Для помехоустоичивости и энергосбережения светодиод излучает импульсы определенного сигнала, которые детектирует фотодиод, внешняя засветка (помеха) на работу не влияет.
    Еще один датчик включает свет над рабочей зоной на кухне. Тут алгоритм немного другой, чем в шкафу – поднес руку на 5÷20 см, свет включился, поднес второй раз – выключился, удобно, так как не нужно касаться, для кухни это актуально, руки могут быть грязными

    Ответить
    • Александр/СамЭлектрикNo Gravatar:

      Да, встречал ещё светильник для шкафа в Икее, там оптика работает на включение освещения при открытии двери.

      Ответить
      • АлексейNo Gravatar:

        Вот еще для коллекции, есть сантехника с оптическим датчиком приближения
        http://savephoto.ru/f/11lribtdhwlvl25

        Ответить
        • Александр/СамЭлектрикNo Gravatar:

          Да, оптический датчик реагирует на руки или другие части тела)))

          Ответить
        • АлексейNo Gravatar:

          Есть еще один датчик – датчик дыма для пожарной сигнализации. Он построен на основе оптического датчика.
          Для энергосбережения,схема формирует короткие импульсы, которые подаются на светодиод установленный в камеру для обнаружения дыма. Фотодиод расположен так, что излучение от светодиода на него не попадает в нормальных условиях, но как только появиться дым, то луч рассеивается и часть света попадает на фотодиод и он выдает сигнал тревоги.

          Ответить
  • KipovetsNo Gravatar:

    Спасибо за статью, давно не было нового на сайте. Пришлось поработать с данными датчиками на линиях розлива(все три основных типа). Тема очень интересная, есть много нюансов, как по типу выхода( транзисторный или релейный), так и по логике срабатывания и настройке. Вы правы, если все описывать, то получится целый научный трактат) Ждем следующих статей!

    Ответить

Оставить комментарий

Отправляя комментарий, Вы соглашаетесь с Правилами комментирования.


Статьи от SamElectric.ru
Введите e-mail, чтобы получать новые статьи

Количество читателей

127 запросов. 0,470 секунд.