- Название и терминология применительно к оптическим датчикам
- Группы устройств
- Работа оптических датчиков
- Подбор фотореле для освещения на улице
- Технические параметры – на что смотреть
- Важны ли дополнительные функции
- Фотодатчики Autonics BL
- IV. Фоторезистор.
- Различия по способу передачи света
- С раздельным приемником и передатчиком
- С рефлектором (рефлекторный)
- Диффузный
- Фотоэлектрические датчики: назначение и устройство. Принцип работы фотоэлектрических датчиков
- Различия по конструкции
- Использование различных фотоэффектов
- Конструкции
- Щелевые
- Прямоугольные
- В цилиндрическом корпусе
- Подключение и виды выходного сигнала
- Специфические датчики
- Световая решетка
- Световой барьер
- Лазерные
- Щелевые датчики
- Оптоволоконные, или волоконно-оптические
- Аналоговые
- Оптический датчик пламени
Название и терминология применительно к оптическим датчикам
Как следует из названия, в этих датчиках используется оптика, что означает световое излучение разных областей. Это датчик, реагирующий на свет. И, конечно же, какой-то сигнал, указывающий на обнаружение света. В английской терминологии оптические датчики часто называют PhotoCell Sensor, или Light Sensor, что означает фотодатчик, или датчик освещенности.
У нас же, помимо обычных «оптических», такие же устройства называют фотодатчиками, или фотоэлектрическими датчиками.
Самый простой и распространенный вариант такого датчика — датчик освещенности, незаметно реагирующий на уровень освещенности и дающий сигнал на включение освещения в сумерках (основное применение)
Придумано большое разнообразие фотосенсоров, и в своей статье я постараюсь популяризировать и классифицировать это разнообразие.
Группы устройств
В зависимости от используемого метода работы фотоэлектрические датчики принято делить на четыре группы:
- Работает по принципу пересечения луча. При этом излучатель и работающий с ним попарно приемник имеют два отдельных корпуса, так как этого требует технология эксплуатации. Два устройства устанавливаются друг напротив друга, и при их взаимодействии передатчик излучает луч, воспринимаемый приемником. Если объект пересекает этот луч, устройство немедленно посылает соответствующий сигнал.
- Датчики с принципом отражения от рефлектора. Такие устройства отличаются тем, что у них передатчик и приемник расположены в одном корпусе. В дополнение к этому устройству также используется специальный рефлектор, который устанавливается с противоположной стороны устройства. Во время работы прибор излучает луч, он отражается от рефлектора и воспринимается приемником. Специальный поляризационный фильтр позволяет настроить работу оборудования так, чтобы устройство воспринимало только отражение от рефлектора и ничего более. Рефлекторы бывают разные, поэтому их подбирают исходя из существующей ситуации – дистанции расстояния и особенностей установки. Если во время работы луч перестает отражаться и достигает приемника, значит, на линии появился объект, и прибор пересылает сигнал об этом.
- Устройства, отражающие свет от объекта. Для этих устройств приемник и передатчик, которые поставляются с ним, также размещены в одном корпусе. В этом случае работа построена таким образом, что рефлектор не нужен, так как его роль играют разные объекты — луч отражается от них, попадает на приемник, а датчик посылает нужный сигнал.
- Фиксированные датчики отражения. По сути, это улучшенная версия предыдущей версии оборудования. Приборы работают по тому же принципу, но более чувствительно фиксируют и определяют состояние объекта. Например, с помощью таких датчиков можно обнаружить вздувшиеся пакеты на линии или не полностью заполненный мешок.
Датчики также можно разделить не только по принципу действия, но и по назначению. Существуют общие и специализированные подразделения. Последние предназначены для выполнения более узких задач и решения конкретных задач. Например, они могут распознавать наличие этикетки, контрастного края и других подобных элементов. Все датчики выполняют задачу обнаружения объектов на расстоянии, и в зависимости от характеристик элемента это расстояние может существенно различаться.
Работа оптических датчиков
Активация. Вот ключевое слово, которое следует использовать при описании работы любых датчиков. В нашем случае активация (или деактивация, но об этом позже) происходит, когда свет, попадающий на вход датчика, имеет достаточную интенсивность.
Смотрите также: Система промышленного аварийного освещения
Логика работы такова, что когда свет беспрепятственно попадает на датчик, он срабатывает. А когда этот свет прерывается преградой (человеком, заготовкой, деталью машины), датчик деактивируется.
Обратите внимание на следующее! Не путайте! Активный — совсем не означает, что контакты замкнуты, а на выходе есть напряжение! Работа схемы светодетектора и выходного ключевого элемента может различаться! Возможно, что свет прерывается, и это служит только сигналом активности. Все зависит от конкретного приложения.
Оптические датчики (как и индуктивные датчики приближения) являются бесконтактными, то есть отсутствует механический контакт с наблюдаемым объектом (активатором). В отличие от (например) концевых выключателей и датчиков давления.
В большинстве случаев для повышения помехозащищенности используется не свет обычного спектра, а излучение лазерного источника света (обычно красного цвета). Такой источник прост в изготовлении, излучение легко фокусируется в тонкий пучок. А поскольку излучение находится в видимой части помещения, положение датчика легко регулировать в помещении.
А вот и один из редких датчиков с обычной лампочкой накаливания, который я нашел еще при жизни. Излучатель представляет собой лампу накаливания 6 В с линзой. Приемным элементом является фотодиод. Далее — усилитель и триггер Шмитта на транзисторах.
Оптический датчик с лампочкой и линзой. Внизу пятно света
Этот датчик находится на производственной линии с 1980 года, купленной за нефтедоллары в Швейцарии.
Современные сенсоры реагируют только на «свою» часть спектра, что позволяет четко работать в условиях помех и плохой видимости.
Помехами могут быть солнечный свет или искусственное освещение, пыль, дым.
В случае плохого ухода помехой может стать обычная пыль и грязь:
Грязный оптический датчик, кнопка регулировки чувствительности сбоку, излучающая часть смотрит вниз
На оптических датчиках в большинстве случаев есть переключатель «Темно/светло». Что это значит? Это переворачивает логику работы. При «Dark On» датчик срабатывает, когда в подъезд не попадает свет, т.е темнота в подъезде. При попадании света датчик деактивируется, т.е выход возвращается в нормальное состояние. В режиме «Light On» датчик активируется, когда вход горит.
Есть модели, где есть таймер — выходной сигнал появляется через какое-то время после включения (срабатывания).
Поскольку в датчике есть пороговый элемент, необходимо, чтобы он работал четко. При этом используется свойство гистерезиса, уменьшающее дребезг (частые изменения сигнала в «неустойчивой» зоне). Для облегчения настройки производители теперь устанавливают в корпус датчика не только индикатор включения, но и индикатор стабильного уровня сигнала. Если он горит, это означает, что обнаружение стабильно, с достаточной силой сигнала, а не на краю диапазона чувствительности.
Подбор фотореле для освещения на улице
Прежде чем идти в магазин покупать фотодатчик для настройки системы уличного освещения, следует определиться с количеством и типом подключаемых ламп. Для одной-двух ламп достаточно реле, которое освещает электрические приборы, подключенные непосредственно к нему.
Если лампочек много, фотореле не выдержит проходящий через него ток. В этом случае требуется оборудование с магнитным пускателем.
Здесь светочувствительный выключатель запускает специальное устройство, через которое уже осуществляется питание осветительного оборудования. Многое в выборе модели фотодатчика зависит от мощности цепи подключаемых к нему ламп.
Особого подхода и обязательного выполнения предварительных расчетов требует подбор фотореле для системы уличного освещения на солнечных батареях. Сила тока и количество подключаемых устройств напрямую зависят от среднегодового количества солнечных дней в регионе, а также от количества солнечных батарей в цепи.
Чем больше лампочек планируется подключить к фотореле, тем выше должны быть параметры коммутируемого тока — сейчас на рынке представлены устройства с током в диапазоне 6-63 Ампер, есть из чего выбрать
По типу подключения к электросети реле управления светом уличного освещения подразделяются на:
- однофазный (бытовой, под сеть 220 В);
- трехфазный (для сети 380 В).
Однако само коммутационное реле и вся схема с фотодатчиком питается от напряжения 12 В, которое поступает от понижающего трансформатора. Выбор в пользу однофазного или трехфазного прибора зависит исключительно от сети подключенных к нему лампочек и потребляемого им тока.
Для установки управляющего фотореле уличного освещения в частных домах лучше всего выбирать обычные бытовые модели на 220 В. Их будет более чем достаточно, особенно если к ним подключить экономичные светодиодные лампы.
Технические параметры – на что смотреть
Некоторые импортные электроприборы рассчитаны на сети 110 или 127 В. Редко, но их можно найти в магазинах светотехники. Просто так в российских сетях на 220 В они работать не смогут. Для них нужно установить дополнительный трансформатор. Лучше сразу брать оборудование, с подключением которого проблем будет меньше.
Первый и самый важный показатель – это степень защиты. Для наружной установки выбирайте модели с герметичным корпусом IP65 или выше. А для установки под крышей или в защищенном щите вполне подойдет устройство с IP44.
Второй параметр — порог срабатывания, который выражается в люксах. Обычно этот диапазон составляет от 2 до 50 люкс. Фотореле имеет регулировку этого показателя, чтобы пользователь мог настроить его под свои личные предпочтения. Покупать устройство с нерегулируемым порогом стоит только в крайнем случае.
Третий показатель – это тип подключаемых ламп. Зачастую фотореле рассчитано исключительно на работу с лампочками накаливания, создающими активную нагрузку.
Для подключения люминесцентных приборов с уже реактивной нагрузкой необходимо взять другой тип сумеречных выключателей. А для подключения ртутных или натриевых ламп необходимо оборудование с дополнительной схемой защиты, рассчитанной на пусковой ток.
При выборе реле с выносным фотоэлементом необходимо учитывать длину кабеля между ними — она имеет определенные ограничения, ее нельзя изменить на большую
И последние параметры – габариты и вес. Самой большой частью фотореле является блок питания с понижающим трансформатором внутри. Сам фотодатчик (светодиод) имеет очень маленькие размеры.
Гораздо больше места занимает контактор или магнитный пускатель, через которые подключаются осветительные приборы. Все это должно поместиться в электрощите или возле светильника.
Важны ли дополнительные функции
Многие модели реле управления освещением дополнены датчиком движения и таймером. Первый гарантирует включение освещения только при перемещении по контролируемой зоне человека, а второй позволяет полностью выключать прибор в течение дня вне зависимости от уровня естественного освещения.
На самом деле все фотодатчики настроены на заводе так, что просто не срабатывают при кратковременном свете фар проезжающей машины
Наиболее дорогими моделями являются фотореле с электронным дисплеем и программируемым контроллером. Эти устройства позволяют составить собственную рабочую программу для каждого времени года и случая.
Например, зимой освещение будет включаться раньше, а летом позже. Вы также можете обязательно выключить само реле вместе с уличными фонарями после часа ночи, чтобы они не сжигали энергию впустую.
Фотодатчики Autonics BL
Фотодатчики этой серии позиционируются компанией как имеющие отличные характеристики по чувствительности и компактные размеры (рис. 3).
Фотодатчики серии Autonics BL (табл. 2) предназначены для контроля уровня жидкости. Они позволяют определить наличие или отсутствие жидкости в прозрачной трубе, диаметр которой может быть 6…13 мм, заявленная производителем толщина стенки может составлять 1 мм. Кнопочный переключатель выбирает один из двух режимов работы (яркий или приглушенный), а светодиодные индикаторы (зеленый и красный) обеспечивают удобный контроль текущего рабочего состояния.
Зеленый указывает на выбранный режим работы. Когда он горит, выбирается режим работы на свет, когда не горит, на диммирование. Красный светодиод показывает, что датчик сработал.
Таблица 2. Основные характеристики фотоэлектрических датчиков BL
1000 В, 50/60 Гц в течение 1 минуты (между всеми клеммами и корпусом)
Имя | BL13-TDT (выход NPN) |
БЛ13-ТДТ-П (выход ПНП) | |
Принцип работы | На пересечении луча |
Трубка | Труба прозрачная диаметром 6…13 мм (толщина 1 мм), (ФЭП (фторопласт) или материал с такой же прозрачностью |
Объект | Жидкость в трубке |
Время отклика | Не более 2 мс |
Источник власти | 12…24 В постоянного тока ±10 % (пульсации менее 10%) |
Сегодняшнее потребление | Не более 30 мА |
Источник света/длина волны | Инфракрасный светодиод (950 нм) |
Режимы работы | Выбор (кнопочный переключатель): светлый/темный |
Выход управления | Выход с открытым коллектором NPN или PNP: |
Напряжение питания нагрузки не более 30 В; | |
Ток нагрузки не более 100 мА; | |
Остаточное напряжение не более 1 В | |
Электрическая защита | Защита от переполюсовки силовой цепи и короткого замыкания выходной цепи |
Индикаторы | Индикатор работы (красный светодиод), индикатор режима работы (зеленый светодиод) |
Изоляционное сопротивление | 20 МОм или более (при 500 В = мегомметр) |
Помехоустойчивость | Шум прямоугольной формы ±240 В (длительность импульса 1 мкс) от симулятора шума |
Диэлектрическая прочность | |
Наружное освещение | Солнечный свет/лампа накаливания — не более 3000 лк (освещенность приемника) |
Наружная температура, °С | 10…55; хранение: -25…65 |
Влажность, % | Относительная влажность при использовании и хранении: 35…85 |
Рис. 4. Схема подключения датчиков BL
Датчики Autonics BL включают в себя передатчик и приемник в одном корпусе, закреплены на трубе диаметром 6…13 мм и предназначены для проверки наличия в ней жидкости. При отсутствии жидкости в трубке луч передатчика попадает в окно приемника, а при появлении жидкости в трубке отклоняется за счет эффекта преломления на границе жидкости и поэтому не достигает приемника (рис. 4).
Датчики BL надежно прикреплены к трубе с помощью двух пластиковых зажимов и могут быть дополнительно закреплены с помощью отдельно поставляемой скобы, но она доступна только для трубы диаметром 1/2 дюйма (12,7 мм) (рис. 5). Компактные размеры (23x14x13 мм) блоков серии BL экономят место при установке.
Датчики серии BL могут питаться от источников 12…24 В с нестабильностью до 10%. Защита от неправильного подключения полярности источников питания, а также от коротких замыканий в нагрузке.
Для подключения датчиков используется трехжильный кабель стандартного цвета: коричневый провод подключается к плюсу источника питания, а синий – к общему проводу. Нагрузка подключается между выходом датчика (черный провод) и общим проводом цепи для датчика с выходным PNP-транзистором, либо между плюсом к источнику питания для NPN-транзистора.
Датчики Autonics BL могут работать в диапазоне температур 10…55°С при влажности 35…85%. Допускается наружное освещение от солнца или ламп накаливания со световым потоком не более 3000 лк.
Рис. 5. Принцип работы датчиков BL
IV. Фоторезистор.
Фоторезистор представляет собой фотогальваническое устройство, основанное на внутреннем фотоэффекте.
Под действием энергии излучения (видимого света, ультрафиолетового или инфракрасного излучения, рентгеновских лучей) связи в атомах в веществе освобождаются и электроны становятся свободными, что увеличивает электропроводность вещества. Этот тип фотоэффекта называется фоторезистивным эффектом.
Блок фоторезистора:
Фоторезистор представляет собой пластиковую пластину, на которую нанесен тонкий слой полупроводникового вещества (сернистых или селеновых соединений свинца, висмута или калия). С обеих сторон полупроводникового слоя выполнены выводы для подключения резистора к электрической цепи, а сам слой покрыт прозрачным слоем для защиты от влаги и механических воздействий.
В отсутствие падающего света фоторезистор является изолятором. При освещении фоторезистора за счет внутреннего фотоэффекта концентрация электронов в объеме фоторезистора увеличивается. Резистор становится проводником — сопротивление уменьшается пропорционально падающему световому потоку.
Фоторезисторы применяются в медицинской технике для измерения гемоглобина в крови, для определения степени насыщения крови кислородом.
Различия по способу передачи света
Это основные отличия, по которым классифицируются дискретные оптические датчики. Разница заключается в том, как свет «доставляется» на оптический вход датчика.
Самый надежный –
С раздельным приемником и передатчиком
Менеджеры по продажам называют такие датчики барьерными, или лучевыми пересечениями. Хотя я считаю это неправильным — все дискретные датчики работают с каким-то барьером, пересекающим луч.
Оптический датчик приемопередающего типа с отдельными частями
Это самый надежный тип датчика с точки зрения дальности действия и помехоустойчивости. Во всех остальных датчиках передатчик и приемник излучения находятся в одном корпусе, и в этом их можно разнести на десятки метров.
То есть передатчик устанавливается в одном месте, и на него подается питание. Светит без выполнения других функций и без настроек. И ресивер устанавливается удаленно, и там можно настроить чувствительность и другие параметры и функции.
Передатчик и приемник должны быть из одной пары (комплекта), хотя их можно приобрести и отдельно. Передатчики и приемники разных фирм не совпадают (но это не точно).
Такие датчики используются на производстве, где необходимо контролировать большое расстояние. Также — в контурах безопасности, в системах безопасности и там, где воздух может быть загрязнен (пыль, газ).
Есть вариант для домашнего использования — видел в лифте барьерные фотодатчики:
Оптический датчик в лифте
Пока какая-либо одежда или часть тела пересекают траекторию луча датчика, никто никуда не пойдет.
С рефлектором (рефлекторный)
Эти датчики объединяют в одном корпусе источник (передатчик) и приемник излучения.
Рефлективный оптический датчик с ретрорефлектором
Свет отражается от отражателя и возвращается обратно. Именно поэтому некоторые производители называют такие датчики световозвращающими (обратноотражающими).
Читайте также: УЗО: устройство, виды, подключение с заземлением и без, причины срабатывания
Отражающий оптический датчик
Кстати, на картинке виден переключатель Dark/Light On, регулятор чувствительности и индикаторы стабильности и отклика.
А вот хорошая картинка, видно оптику передатчика и приемника:
Рефлекторный датчик со стороны оптики, установленный на кронштейне
Такой датчик обязательно является системой. Например, конвейер и сенсорно-рефлекторная система контролируют прохождение заготовки:
Рефлекторный датчик на одной стороне конвейера
Рефлектор также может называться рефлектором, ретрорефлектором или рефлектором:
Отражатель для оптического датчика на другой стороне конвейера
Максимальное рабочее расстояние, обеспечивающее стабильную работу, составляет для различных моделей от 5 до 10 м. В теории можно и больше, но на практике обеспечить стабильную работу очень сложно — наименьшее смещение луча из-за вибрации или затухания света из-за пыли , вот и все.
Датчик загрязнен пылью, максимальная дальность уменьшается в этом случае примерно на 30%
Датчики рефлекторного типа чаще всего используются в производстве.
Диффузный
Этот тип датчика является отражающим.
Диффузный оптический датчик с отражением объекта
У него наименьший радиус действия (до полуметра), но есть важное свойство — при правильной настройке он определяет появление объектов в зоне действия. Ведь на каждую банку или бутылку светоотражатели не наклеишь!
Объект может находиться на оси датчика, на расстоянии. При его приближении срабатывает датчик, как пороговый элемент.
В простейшем случае есть только одна регулировка — чувствительность.
Крутые датчики имеют несколько кнопок или ручек, и их можно запрограммировать и изучить:
Диффузный датчик с обучением и множеством настроек
Читайте также: Фрезы для врезки замков: длинные и другие приспособления для установки замков в межкомнатные двери ручным фрезером
Фотоэлектрические датчики: назначение и устройство. Принцип работы фотоэлектрических датчиков
В промышленности активно используются специализированные устройства, такие как фотоэлектрические датчики, позволяющие максимально точно обнаруживать приближающийся объект без необходимости физического контакта. Они используются при установке разного оборудования, а также бывают разных видов и различаются по принципу действия. Вы можете выбрать подходящий прибор по его характеристикам, а также учесть ситуацию, в которой будет использоваться такой датчик.
Применение различных фотоэффектов
В процессе работы фотоэлектрические датчики используют три возможных фотоэффекта, которые зависят от того, как изменяются свойства объекта при наличии изменения уровня освещенности.
1. Эффекты внешние, когда электроны под действием полученной световой энергии вылетают из катода лампы.
2. Внутренние эффекты отличаются тем, что сопротивление полупроводника зависит от уровня освещенности.
3. Клапанный эффект возникает при наличии движущей силы, зависящей от освещения.
Типы устройств
Вы можете найти фотоэлектрические датчики аналогового или дискретного типа.
1. Для аналогового выхода сигнал может быть изменен пропорционально имеющемуся уровню освещенности. Обычно такие устройства используются для создания автоматически управляемых элементов освещения.
2. Дискретные устройства меняют значение диаметрально противоположного показателя при достижении определенного уровня освещенности. Они могут выполнять все виды задач на действующей производственной линии и широко используются в промышленности.
Оптический бесконтактный прибор регулирует изменение входящего светового потока в рабочей зоне и может работать на большом расстоянии, реагируя на изменение объектов, их отсутствие или присутствие. В конструкции этого устройства есть две части, отвечающие за его правильное функционирование – это приемник и передатчик. Их можно разместить как в подходящем здании, так и в разных.
Группы устройств
В зависимости от используемого метода работы фотоэлектрические датчики принято делить на четыре группы:
1. Работает по принципу пересечения лучей. При этом излучатель и работающий с ним попарно приемник имеют два отдельных корпуса, так как этого требует технология эксплуатации. Два устройства устанавливаются друг напротив друга, и при их взаимодействии передатчик излучает луч, воспринимаемый приемником. Если объект пересекает этот луч, устройство немедленно посылает соответствующий сигнал.
2. Датчики с принципом отражения от рефлектора. Такие устройства отличаются тем, что у них передатчик и приемник расположены в одном корпусе. В дополнение к этому устройству также используется специальный рефлектор, который устанавливается с противоположной стороны устройства. Во время работы прибор излучает луч, он отражается от рефлектора и воспринимается приемником.
Специальный поляризационный фильтр позволяет настроить работу оборудования так, чтобы устройство воспринимало только отражение от рефлектора и ничего более. Рефлекторы бывают разные, поэтому их подбирают исходя из существующей ситуации – дистанции расстояния и особенностей установки. Если во время работы луч перестает отражаться и достигает приемника, значит, на линии появился объект, и прибор пересылает сигнал об этом.
3. Приборы с отражением света от объекта. Для этих устройств приемник и передатчик, которые поставляются с ним, также размещены в одном корпусе. В этом случае работа построена таким образом, что отражатель не нужен, так как его роль играют разные объекты — луч отражается от них, попадает на приемник, а датчик посылает нужный сигнал.
4. Датчики с фиксированным отражением. По сути, это улучшенная версия предыдущей версии оборудования. Приборы работают по тому же принципу, но более чувствительно фиксируют и определяют состояние объекта. Например, с помощью таких датчиков можно обнаружить вздувшиеся пакеты на линии или не полностью заполненный мешок.
Датчики также можно разделить не только по принципу действия, но и по назначению. Существуют общие и специализированные подразделения. Последние предназначены для выполнения более узких задач и решения конкретных задач. Например, они могут распознавать наличие этикетки, контрастного края и других подобных элементов. Все датчики выполняют задачу обнаружения объектов на расстоянии, и в зависимости от характеристик элемента это расстояние может существенно различаться.
Характеристики датчика
Обычно производители сопровождают свои устройства специальными техническими паспортами, в которых точно описаны все необходимые характеристики, помогающие правильно выбрать датчик. Это очень удобно, так как покупателю не нужно производить никаких точных расчетов для выбора подходящего устройства, а достаточно лишь соотнести параметры с особенностями места установки и конкретной ситуацией, в которой будет использоваться устройство.
1. Практическая способность обнаружения является основной характеристикой таких элементов, так как она означает, при каких условиях датчик сможет выполнять свою работу, на этот показатель также влияет наполнение угла обзора, он может быть полным или неполным.
2. Дальность действия — еще один важный параметр, он означает, на каком расстоянии может работать устройство. Так как у всех датчиков она может быть разной, есть варианты, работающие на расстоянии в несколько сантиметров или устройства, рассчитанные на диапазон в метрах.
3. Важную роль играет и ширина прицельного луча, так как от нее напрямую зависит разрешающая способность датчика и с какими объектами он может работать.
4. Время отклика также важно при работе, оно учитывает скорость, с которой сенсор будет обрабатывать объекты, а также время его включения и выключения. Это необходимо, чтобы устройство успевало охватить все входящие объекты, успевало за их движением по линии.
5. При выборе учитывается напряжение питания, так как введение датчиков в систему не должно серьезно сказаться на производительности, если устройства слишком мощные, их следует заменить альтернативными, потребляющими меньше энергии, чтобы они могли работают эффективно и выполняют свои функции, не нарушая общей деятельности производственной линии.
6. При выборе также стоит учитывать углы наведения датчика, особенности подключения и установки, габариты и вес, уровень безопасности — все это также имеет значение при эксплуатации устройства.
При выборе фотодатчика лучше обратить внимание на известных производителей, уже завоевавших определенную репутацию на рынке. Необходимо, чтобы устройство было максимально защищено и имело простой в управлении интерфейс – это сделает работу с ним комфортной и удобной. Кроме того, корпус датчика должен быть хорошо защищен от пыли и влаги — это продлит срок его службы. Точка подключения должна быть стандартной, чтобы не возникло проблем с установкой.
Фотоэлектрические датчики
фотоэлектрический датчик — это специальный датчик, способный реагировать на изменение освещения.
В специальных фотоэлектрических датчиках могут использоваться 3 типа фотоэффектов:
1. Внешний фотоэффект. Он заключается в том, что под действием световой энергии с катода электронной лампы будут вылетать электроны. Величина эмиссионного тока будет зависеть от освещенности катода.
2. Внутренний фотоэффект. Он будет заключаться в том, что активное сопротивление полупроводника зависит от его освещенности.
3. Клапанный фотоэффект. Он заключается в том, что между слоями освещенного проводника и неосвещенного полупроводника возникнет электродвижущая сила, величина которой будет зависеть от освещенности.
Это важно знать! Фотоэлементы, обладающие внешним фотоэффектом, представляют собой вакуумную или газонаполненную лампу с катодом из светочувствительного слоя.
Анод и катод специального фотоэлемента заключены в стеклянную емкость, из которой будет откачиваться воздух. Когда световой ток попадает на катод, часть энергии излучения передается электронам, и электроны вылетают из катода. Это явление можно назвать фотоэлектронной эмиссией. Для его использования между фотокатодом и анодом будет создано электрическое поле, которое направит электроны к положительно заряженному аноду. Когда действие света прекращается, ток постепенно исчезает. Фотоэлементы промышленного типа будут включать в себя:
· ЦГ (кислородно-цезиевый газонаполненный).
· СЦВ (сурьмяно-цезиевый вакуум).
Поведение каждого элемента будет определяться рядом свойств. В данной статье мы постарались рассмотреть лишь некоторые из них.
Различия по конструкции
Здесь легко. Если не рассматривать датчики специальной конструкции (например, щелевые), то оптические датчики могут быть двух типов — в прямоугольном и в цилиндрическом корпусе.
Я привел достаточно фотографий прямоугольных, но цилиндрических:
Оптические датчики в цилиндрическом корпусе с отражателем. Контроль несущей
Использование различных фотоэффектов
В процессе работы фотоэлектрические датчики используют три возможных фотоэффекта, которые зависят от того, как изменяются свойства объекта при наличии изменения уровня освещенности.
- Эффекты внешние, когда электроны вылетают из катода лампы под действием полученной световой энергии.
- Внутренние эффекты отличаются тем, что сопротивление полупроводника зависит от уровня освещенности.
- Эффект ворот появляется, когда есть движущая сила, зависящая от освещения.
Конструкции
Оптические датчики, как правило, имеют компактный форм-фактор. В зависимости от назначения и используемой технологии устройства могут иметь внешние модули. Производители рекомендуют использовать совместимое внешнее оборудование. Основными сенсорными модулями являются передатчик и приемник.
Щелевые
Он состоит из пары противоположно расположенных приемников и передатчиков на одной платформе. Корпус датчика имеет U-образную форму. Устройство реализует принцип барьерной работы. При попадании объекта в зону контроля событие отменяется и фиксируется. Гусеничные или вилочные машины выполняют подсчет объектов, движущихся с высокой скоростью. Конструкция датчиков позволяет экономить свободное пространство, прокладывая всего один силовой кабель.
Прямоугольные
Специальное расположение основных модулей исключает чувствительность к радиационному фону. Высокое качество используемой в оборудовании оптики обеспечивает точный и быстрый пересчет объектов.
Установки могут быть оснащены защитными экранами или системой охлаждения, благодаря чему функционал установок может быть расширен для работы с нагретыми объектами. Кроме того, форм-фактор прямоугольных датчиков обеспечивает их стабильную работу в дорожной инфраструктуре.
В цилиндрическом корпусе
Внешне устройство напоминает свечу зажигания. Приемник и передатчик размещены в цилиндрическом корпусе. Датчик срабатывает каждый раз при попадании контролируемых объектов с последующим преломлением светового потока. Поставляется с аксессуарами для легкой установки на месте — монтажными пластинами, зажимным блоком и уголками.
Подключение и виды выходного сигнала
Вот основная путаница. Иногда бывает трудно понять, что такое нормально открытый (НО) и что такое нормально закрытый (НЗ) выход датчика. Те, кто читал мои предыдущие статьи (ссылки в начале), прекрасно знают, что это такое. А вот в отношении оптических сенсоров стоит повторить.
Нам нужно связать три события:
- бьет светом с нужной интенсивностью,
- включить индикатор активности
- заменить выходной элемент (транзистор или реле)
Путаница возникает, когда под действием (операцией) понимается легкое попадание, или удар предмета. А что произойдет в этом случае, зависит от переключателя Dark/Light и типа выхода — NO или NC.
В датчиках NC индикатор может гореть при замыкании контакта, а может и при срабатывании датчика (это разные события!). Зависит от производителя.
У меня есть статья по подключению датчиков (ссылка в начале), вот еще одна. Как правило, схема подключения изображена на корпусе:
Схема подключения на корпусе датчика. Выключатели, регуляторы, индикаторы и клеммы — под герметичной полупрозрачной крышкой
В общем, надо внимательно прочитать инструкцию и проверить все на практике.
Специфические датчики
Световая решетка
Это две линейки, расположенные ровно напротив. На одном светодиоды, на другом фотодиоды. Таким образом, анализируя перекрытие пар свет/фотодиод, можно измерить геометрические данные объекта с определенной погрешностью. Например, высота или ширина объекта.
Световой барьер — линейка для измерения геометрии объектов
Сеть подключается к специализированному контроллеру, который выдает данные на основной контроллер.
Световой барьер
Он в основном используется для обеспечения безопасности, чтобы не допустить попадания людей или объектов неправильной формы в контролируемую зону.
Чтобы быть в безопасности, прочитайте мой блог. А также в журнале Электротехника марки.
Пара картинок, чтобы вы имели представление о чем я говорю:
Защитный барьер — через конвейерную ленту проходит только то, что нужно, и только тогда, когда это необходимо!
Барьер в системе датчиков
Это достаточно сложная система, включающая в себя еще как минимум 2 рефлекторных датчика (на фото 4) и собственный контроллер.
Лазерные
Это оптические датчики, с помощью которых можно измерить расстояние до объекта.
Оптический лазерный датчик
Лазерный оптический датчик с отображением расстояния
Лазерный оптический датчик с измерением расстояния
Принцип действия заключается в измерении времени прохождения луча. Как в радаре.
Щелевые датчики
Отдельным типом датчиков с приемником и передатчиком являются датчики слежения (вилкообразные). Удобны они тем, что хоть передатчик и приемник и отдельные, но фактически находятся в одном корпусе, в конструкции которого есть щель.
Оптические датчики с дорожками. Два датчика, одно кольцо с прорезью.
При попадании активатора (объекта) в зазор между передатчиком и приемником происходит срабатывание датчика. Датчики зазора практичны, когда объект, движение которого обнаруживается, имеет небольшую фиксированную толщину. Эта конструкция очень похожа на принцип работы инкрементного энкодера.
Оптоволоконные, или волоконно-оптические
Я встречал такие датчики в диффузном исполнении, и с приемником + передатчиком.
Дело в том, что оптические элементы и электронная схема разнесены в пространстве, а свет посылается по оптоволокну (пластиковому волокну).
Чувствительный элемент оптоволоконный датчик
Видите красную точку? Это выходной сигнал оптоволоконного датчика.
Вдалеке, на расстоянии 4 метров, вот такие блоки с оптоволоконными усилителями (на три датчика):
Волоконно-оптические усилители для датчиков
Ставится такая система там, где очень тесно (как она устроена?) и там, где электроника не любит работать — вибрации, влага, велик риск поломки.
Еще несколько фотографий датчиков с оптоволоконным кабелем:
Два трансивера с оптоволоконными кабелями к электронному блоку. Вы видите ущерб? Это следы индуктивных датчиков, которые постоянно ломались из-за механических несовершенств…
Электронное устройство (оптоволоконный усилитель)
Оптическая часть оптоволоконного датчика. Даже сфотографировать проблематично, что уж говорить о настройке!
Электронные устройства — оптоволоконные усилители для оптоволоконных датчиков на картинке выше.
Аналоговые
Эти датчики являются аналоговыми по типу выходного сигнала. Принцип работы может быть как у лазера, или просто измеряется интенсивность отраженного сигнала.
Аналоговый датчик
При этом на аналоговый вход контроллера (АЦП) поступает аналоговый сигнал, соответствующий расстоянию до поверхности катушки. А контроллер вычисляет диаметр катушки.
Оптический датчик, измеряющий расстояние до объекта. Красная точка справа показывает место измерения. Корпус датчика защищен от ударов крепежным элементом
Этот же датчик приведен в самом начале статьи. Он также имеет дискретный выход, который можно запрограммировать на стрельбу на определенном расстоянии.
Оптический датчик пламени
Этот датчик отличается — он воспринимает свет от пламени горючего газа или другого топлива. Применяется в промышленных котельных, где требуется повышенная безопасность.
Я вспомнил. Моя статья про модернизацию котельной, где вместо контакторов я установил УПП.
Вот такая модель:
Датчик пламени для котельных с дискретным выходом
Или вот так:
Датчик газового пламени
Принцип работы как у радиолампы.
Эй, кто-нибудь еще помнит, что были аналоговые ламповые телевизоры?! Статья о том, как я включил старый ламповый телевизор.