Оптические датчики

 

Содержание

 

введение…………………………………………….……………………………………..2

принцип действия и основые типы датчиков…………………………..3

устройство оптических датчиков……………………………………………...7

схемы подключения оптических датчиков……………………………….9

применение оптических датчиков…………………………………………..10

Описание и область применения оптических датчиков

третьего поколения компании SICK AG…………………………………...11

заключение……………………………………………………………………………....14

список литературы………………………………………………………………….…15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Сенсоризация производственной деятельности, т. е. замена органов чувств человека на датчики, должна рассматриваться  в качестве третьей промышленной революции вслед за первыми двумя  — машинно-энергетической и информационно-компьютерной. Потребность в датчиках стремительно растет в связи с бурным развитием  автоматизированных систем контроля и  управления, внедрением новых технологических  процессов, переходом к гибким автоматизированным производствам. Помимо высоких метрологических  характеристик датчики должны обладать высокой надежностью, долговечностью, стабильностью, малыми габаритами, массой и энергопотреблением, совместимостью с микроэлектронными устройствами обработки информации при низкой трудоемкости изготовления и небольшой  стоимости. Этим требованиям в максимальной степени удовлетворяют оптические датчики.

 Оптические датчики - небольшие по размерам электронные устройства, способные под воздействием электромагнитного излучения в видимом, инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах подавать единичный или совокупность сигналов на вход регистрирующей или управляющей системы. Оптические датчики реагируют на непрозрачные и полупрозрачные предметы, водяной пар, дым, аэрозоли.

Оптические датчики являются разновидностью бесконтатных датчиков, так как механический контакт между чувствительной областью датчика (сенсором) и воздействующим объектом отсутствует. Данное свойство оптических датчиков обуславливает  их широкое применение в автоматических системах управления. Дальность действия оптических датчиков намного больше, чем у других типов бесконтактных  датчиков.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Принцип действия и основные типы датчиков

 

Важнейшими функциональными  отличиями оптических датчиков являются

бесконтактный принцип и  цифровой (переключаемый логический) выход, что используется для создания бесконтактных фотоэлектрических  переключателей, решающих многие задачи на любой технологической линии  с предоставлением выходной информации в цифровой форме: подсчет, обнаружение  и.т.д.

 Фотодатчики могут  излучать свет в инфракрасном, красном или зеленом цветовом  диапазоне видимого спектра. Выходной  управляющий сигнал датчика представляет  собой логическое «да» или  «нет». Задача датчика—

обнаружить объект на расстоянии, варьируемом в пределах рабочего диапазона, в зависимости от выбранного типа датчика и типа оптической системы. В зависимости от типа выхода различают  транзисторные, тиристорные или  релейные датчики.

Различают три основных разновидности  оптических схем фотоэлектрических  датчиков:

•  на основе перекрытия луча;

•  по принципу отражения  от рефлектора;

•  на основе отражения  от объекта.

Знание принципов работы каждой из оптических систем позволяет  правильно выбрать датчик для  решения поставленной задачи.

• Фотоэлектрические датчики на основе перекрытия (прерывания) луча .

 В этом случае приемник  и излучатель располагаются напротив  друг друга таким образом, чтобы  световой поток излучателя попадал  непосредственно в приемник. Объект  определяется, когда он перекрывает  путь луча от излучателя к  приемнику. Настройка взаимного  расположения излучателя и приемника  заключается в том, чтобы обеспечить  попадание в приемник максимального  количества светового потока  в отсутствие объекта, и минимальное—при  наличии такового.

   Под рабочим диапазоном  датчиков данного типа понимается  максимальное расстояние между  излучателем и приемником, допускающее  функциональную работоспособность  датчика.

Рис.1 Принцип работы датчика  на основе пересечения луча

 

• Фотоэлектрические датчики с отражением от рефлектора.

Фотоэлектрические датчики данного  типа содержат излучатель и приемник

в одном корпусе. Световой луч распространяется от излучателя до рефлектора-цели и  затем, отражаясь, попадает в приемник. Так же,как и в предыдущем случае, объект обнаруживается, если он прерывает  световой луч. Рабочий диапазон расстояния от датчика до рефлектора (отражателя) называется диапазоном расстояний датчика. Эффективный луч, достигающий приемника (часть луча,необходимая для обеспечения  функциональной работоспособности  датчика), представляет собой усеченный  конус, одно из оснований которого сформировано линзами датчика, а второе представляет собой фигуру,образованную при отражении  от рефлектора конического светового  пучка излучателя. Довольно часто  используются специальные

отражатели, позволяющие отражать световой поток от рефлектора к датчику  в том же направлении, что и  первоначальное направление пути светового  потока от излучателя к рефлектору. Значительный размер диаметров оснований эффективного луча стандартных фотоэлектрических датчиков не позволяет обнаруживать с высокой точностью малые объекты, которые не способны перекрыть световой луч от излучателя.Поскольку отраженный от рефлектора лучне сфокусирован, датчики, работающие на обратное отражение, обычно применяются для обнаружения только достаточно больших объектов.

 

Рис.2 Принцип работы датчика  с отражением от рефлектора

 

• Фотоэлектрические датчики с отражением от объекта.

Они  обнаруживают объект,расположенный  перед датчиком, по отраженному от объекта излучению. Свет от излучателя падает на поверхность и отражается под самыми разными углами, но некоторая  доля

рассеянного от поверхности объекта  излучения попадает в приемник датчика. Схема с рассеянным отражением не столь эффективна, поскольку только малая часть света от излучателя достигает приемника. К тому же подобные датчики не защищены от ложных срабатываний при отражении от блестящих поверхностей. Очевидно также, что цвет объекта  играет значительную роль: рабочий  диапазон датчика при обнаружении  яркого

белого объекта будет значительно  больше,чем при детектировании черного.

Интересной разновидностью данного  типа датчиков являются фотоэлектрические  датчики с подавлением заднего  фона ,которые определяют объекты  в пределах на страиваемой области сканирования. Все объекты, расположенные за пределами указанной области, не влияют на результаты измерений.

 

Рис.3 Принцип работы датчика  с отражением от объекта.

 

Рис.4 Принцип работы датчика  с подавлением заднего фона.

 

 

 

 

 

 

 

 

Устройство  оптического датчика.

 

 Оптические бесконтактные выключатели  состоят из 2-х функционально законченных  блоков(Рис.5) - источника излучения  и приемника этого излучения,  Источник излучения (передатчик);

1. Генератор вырабатывает последовательность  электрических импульсов поступающих  на излучатель.

2. Излучатель этo светодиод инфракрасного  или оптического (красного) диапазона,  создающий излучение.

3. Индикатор показывает наличие  напряжения питания на излучателе.

4. Фотоприемник (фототранзистор) - воспринимает  излучение и преобразует его  в электрический сигнал,

5. Триггер обеспечивает необходимую  крутизну фронта сигнала переключения  и значение гистерезиса. 

6. Усилитель увеличивает амплитуду  выходного сигнала до необходимого  значения, В качестве коммутационных  элементов используются мощные  транзисторы.

7. Светодиодный индикатор показывает  включенное/выключенное состояние  выключателя, обеспечивает контроль  работоспособности, оперативность  настройки и ремонта оборудования.

8. Компаунд обеспечивает необходимую  степень защиты от проникновения  твердых частиц и воды.

  9. Корпус обеспечивает монтаж  выключателя, защищает от механических  воздействий. Выполняется из полиамида,  комплектуется метизными  изделиями.

Рис.5 Устройство оптического  датчика

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Схемы подключения  оптических датчиков

Выходной транзистор РNР-типа(или  NPN-типа) с открытым коллектором. Нагрузка подключается между выходом и общим, минусовым, проводом. Выполняется функция замыкающего контакта (в исходном состоянии нагрузка отключена). Выпускаются две модификации: кабельное соединение и разъемное соединение.

                                                                      Выходной транзистор РNР-типа(илиNPN-типа) с открытым коллектором. Нагрузка подключается между выходом и общим, минусовым, проводом. Выполняется функция размыкающего контакта (в исходном состоянии нагрузка подключена), Выпускаются две модификации: кабельное соединение и разъемное соединение.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Применение  оптических датчиков

 

Оптические датчики как составная  часть автоматизированных систем управления широко применяются для определения  наличия и количества предметов, присутствия на их поверхности наклеек, надписей, этикеток или меток, позиционирования и сортировки предметов. С помощью  оптических датчиков можно контролировать расстояние, габариты, уровень, цвет и  степень прозрачности. Их устанавливают  в системы автоматического управления освещением, приборы дистанционного управления, используют в охранных системах.

   По своему назначению фотодатчики делятся на две основные группы: датчики общего применения и специальные датчики. К специальным, относятся типы датчиков, предназначенные для решения более узкого круга задач. К примеру, обнаружение цветной метки на объекте, обнаружение контрастной границы, наличие этикетки на прозрачной упаковке и т.д.

   Задача датчика обнаружить  объект на расстоянии. Это расстояние  варьируется в пределах 0,3мм-50м,  в зависимости от выбранного  типа датчика и метода обнаружения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Описание  и область применения оптических датчиков третьего поколения компании SICK AG.

 

   На предприятии,где я  работаю,на оборудовании используются  оптические датчики третьего  поколения,которые производит немецкая  компания SICK AG.

Эти датчики предназначены для  решения самых сложных задач  в самых различных промышленных сферах— от пищевой и упаковочной  промышленности до автомобильной и  полупроводниковой индустрии.                                                                Датчики нового поколения соответствуют  новым стандартам, работающим

на рынке, в отношении надежности, эффективности и универсальности:

•надежность: датчики работают в  жестких условиях эксплуатации—  при температуре от –40 до +60 °С, устойчивы  к внешним источниками света  и агрессивным средам(от горюче-смазочных  материалов до моющих химических средств) и сильным электромагнитным помехам;

•функциональность: высокоточное детектирование как прозрачных объектов, так и  объектов с зеркальной поверхностью, детектирование объектов любого цвета,при  любых условиях освещенности, а так-же удаленных на различные расстояния;

• эффективность: сокращение времени  обработки информации, автоматизация  промышленных процессов, бесперебойность

работы промышленного оборудования,легкость монтажа и подключения к сетевой  шине, удобство настройки, минимальное  время ввода в эксплуатацию;

•универсальность: соответствие стандартам европейского союза и UL, а также  ГОСТ.

Фотоэлектрические датчики представлены тремя сериями:

1. W 4-3— датчики в портативном корпусе для жестких условий эксплуатации;

2. W 18-3— датчики для упаковочной промышленности с высоконадежным детектированием, невосприимчивые к помехам;

3. W 27-3— датчики для конвейерного оборудования, допускающие большое расстояние сканирования и предполагающие легкость монтажа.

    Представляют интерес  датчики, предназначенные для  решения ряда специальных задач.Датчики  серии WTV4-3 V-optic с конусообразным  источником света уверенно обнаруживают блестящие зеркальные поверхности,например, блестящие кофейные пакеты,

оцинкованные металлические листы, CD и DVD диски, а также прозрачные объекты,например, оконные стекла, массивы прозрачных компакт-дисков, пластиковую пленку и прозрачную упаковку.Для обнаружения  перфорированной бумаги и перфорированной  металлической ленты, электронных  плат с отверстиями и пазами, а  также материалов с сетчатой структурой предназначена серия WTB4-3 Line.