1. Оптичні (фотоелектричні) датчики
Розрізняютьаналоговітадискретніоптичні датчики. У аналогових датчиків вихідний сигнал змінюється пропорційно до зовнішнього освітлення. Основна сфера застосування – автоматизовані системи управління освітленням.
Датчики дискретного типу змінюють вихідний стан на протилежний при досягненні заданого значення освітленості.
Фотоелектричні датчики можуть бути застосовані практично у всіх галузях промисловості. Датчики дискретної дії використовуються як своєрідні безконтактні вимикачі для підрахунку, виявлення, позиціонування та інших завдань будь-якої технологічної лінії.
Оптичний безконтактний датчик, реєструє зміну світлового потоку в контрольованій області, пов'язане зі зміною положення в просторі будь-яких рухомих частин механізмів і машин, відсутності або присутності об'єктів. Завдяки великим відстаням спрацьовуванняоптичні безконтактні датчики знайшли широке застосування у промисловості і не тільки.
Оптичний безконтактний датчик складається з двох функціональних вузлів, приймача та випромінювача. Дані вузли можуть бути виконані як в одному корпусі, так і різних корпусах.
За методом виявлення об'єкта фотоелектричні датчики поділяються на 4 групи:
1) перетин променя - у цьому методі передавач та приймач розділені по різних корпусах, що дозволяє встановлювати їх навпроти один одного на робочій відстані. Принцип роботи заснований на тому, що передавач постійно посилає світловий промінь, який приймає приймач. Якщо світловий сигнал датчика припиняється, через перекриття стороннім об'єктом, приймач негайно реагує змінюючи стан виходу.
2) відображення від рефлектора - у цьому методі приймач іпередавачі датчика знаходяться в одному корпусі. Навпроти датчика встановлюється рефлектор (відбивач). Датчики з рефлектором влаштовані так, що завдяки поляризаційному фільтру вони сприймають відображення лише від рефлектора. Це рефлектори, які працюють за принципом подвійного відбиття. Вибір відповідного рефлектора визначається необхідною відстанню та монтажними можливостями.
Світловий сигнал, що посилається передавачем, відбиваючись від рефлектора потрапляє в приймач датчика. Якщо світловий сигнал припиняється, приймач негайно реагує змінюючи стан виходу.
3) відбиток від об'єкта - у цьому методі приймач і передавач датчика перебувають у одному корпусі. Під час робочого стану датчика всі об'єкти, що потрапляють до його робочої зони, стають своєрідними рефлекторами. Як тільки світловий промінь, відбившись від об'єкта, потрапляє на приймач датчика, той негайно реагує, змінюючи стан виходу.
4) фіксоване відображення від об'єкта -принцип дії датчика такий же як і у "відображення від об'єкта" але більш чуйно реагує на відхилення від налаштування на об'єкт. Наприклад, можливе детектування здутого затору на пляшці з кефіром, неповне наповнення вакуумної упаковки з продуктами і т.д [7].
За своїм призначенням фотодатчики поділяються на дві основні групи: датчики загального застосування та спеціальні датчики. До спеціальних відносяться типи датчиків, призначені для вирішення вужчого кола завдань. Наприклад, виявлення кольорової мітки на об'єкті, виявлення контрастної межі, наявність етикетки на прозорій упаковці тощо.
Завдання датчика виявити об'єкт з відривом. Ця відстань варіюється в межах 0,3мм-50м, залежно від обраного типу датчика та методу виявлення.
Фотоелектричні датчики відрізняються своїмитехнічними характеристиками та призначенням, але принцип дії цих приладів той самий: датчик випромінює світло, а фотоприймач сприймає відбиті від об'єкта промені світла.
Найбільші виробники сенсорної техніки випускають фотоелектричні датчики з відображенням від об'єкта або рефлектора, з перетином променя, з волоконно-оптичним кабелем, а також з придушенням переднього та заднього фону. Використання мікропроцесорів дозволило наділити фотоелектричні датчики новими функціями, наприклад, програмованістю та адаптивністю.
Фотоелектричні датчики знаходять застосування в пакувальному обладнанні, системах автоматичного відкриття-закриття дверей, у робототехніці, на конвеєрах складальних і автоматизованих технологічних процесах.
Фотоелектричні датчики використовують у багатьох галузях промисловості задля забезпечення точного виявлення об'єктів без фізичного контакту.
У більшості основних форм фотоелектричний датчик може розглядатися як пристрій типу кінцевого перемикача, в якому функцію механічного приводу або важеля плеча виконує промінь або світло. Фотоелектричні датчики працюють, виявляючи зміни в інтенсивності світла, яке або відбивається, або затримується об'єктом, що виявляється (мішенню). Зміни інтенсивності світла можуть бути результатом присутності або відсутності мішені або результатом зміни розміру, форми, коефіцієнта відображення або кольору мішені.
Фотоелектричний датчик може бути використаний для виявлення мішеней на відстані від менших, ніж 5 мм (0,2 in) до більших 250 м (820 ft). Успішне виявлення за допомогою фотоелектричного датчика вимагає, щоб об'єкт (мішень), що виявляється, викликав значну зміну рівня інтенсивності світла, що приймаєтьсядатчиком, і щоб користувач мав ясне розуміння вимог виявлення.
Існує безліч фотоелектричних датчиків, які можна вибрати. Кожен пропонує унікальну комбінацію продуктивності виявлення, вихідних характеристик та монтажних засобів. Багато датчиків пропонують також унікальну вбудовану логіку та мережеві можливості.
Фотоелектричні датчики можна використовувати практично у всіх галузях промисловості як своєрідні безконтактні вимикачі для підрахунку, виявлення, позиціонування та інших завдань на будь-якій технологічній лінії. Велике поширення фотодатчики набули не тільки у виробничій галузі, а й у побутовому господарстві. Таким чином, вони знаходять своє застосування скрізь, де потрібне автоматичне керування.
Компанія SICK AG розпочинала свою діяльність з фотоелектричних датчиків і в даний час є світовим лідером у цій галузі. В асортименті виробів слід виділити такі класи:
• фотоелектричні датчики з відображенням від об'єкта (proximity photoelectric switches);
• фотоелектричні датчики з відбиттям від рефлектора (reflex photoelectric switches);
• фотоелектричні датчики на основі перетину променя (through-beam photoelectric switches);
• фотоелектричні датчики з придушенням переднього фону (proximity photoelectric switches with fore-ground suppression);
• фотоелектричні датчики з придушенням заднього фону (proximity photoelectric switches with background suppression);
• фотоелектричні датчики з оптоволоконним кабелем (fiber-optic photoelectric switches).
На ринку досить багато фірм, які випускають такий вид виробу. На перший погляд, вироби однієї фірмитрохи відрізняються від продукції інший. Однак сучасні фотоелектричні датчики є складними пристроями. Вони інженери втілили сучасні технології та останні досягнення науки. Наприклад, датчики фірми SICK AG завжди відрізняються високою надійністю та високоякісною німецькою оптикою. Щодо останніх розробок у цій галузі, то фірма SICK втілила їх у третьому поколінні фотоелектричних датчиків Connect 3. Серед відмінних властивостей даних датчиків слід зазначити:
• найкраще зараз придушення розсіяного світла від різних джерел освітлення;
• електронне придушення небажаних відбиття променя від дзеркальних об'єктів; • нечутливість до сильних електромагнітних випромінювань;
• робочий діапазон температур від -40 до 60 ° С;
• високу надійність роботи навіть за сильних перепадів температури;
• високий рівень захисту IP67, хімічно стійкий корпус;
нечутливість до вібрацій та ударів;
• повністю електронний вимір дистанції (відсутність поворотних лінз); • дуже тонкий світловий пучок (дозволяє відстежувати надмалі об'єкти); • надточне придушення заднього фону;
• виявлення проблемних об'єктів: прозорих та з високою відбивною здатністю; світлих та темних; на близькій та великій відстані;
• високу частоту роботи, дуже швидкий час відгуку;
• можливість встановлення в дуже тісних просторах та проведення налаштування через шину.
Зупинимося на класі фотоелектричних датчиків, які працюють за принципом відбиття від об'єкта (рис. 1). Це найдешевші фотоелектричні датчики, чутливість яких змінюється з допомогою потенциометра[5].