Диффузный оптический датчик: принцип работы
Содержание:
В системах промышленной автоматизации ключевую роль играет точное и своевременное позиционирование деталей на конвейере. Среди бесконтактных приборов контроля большой популярностью пользуется диффузный оптический датчик. Его главное достоинство — максимальная простота интеграции, для его работы не требуется отдельный отражатель или ответная часть.
Что такое датчик диффузного отражения
Стандартный датчик диффузного отражения объединяет оптический передающий и принимающий узлы в одном компактном корпусе, в качестве отражателя выступает непосредственно поверхность контролируемого предмета.
В датчике установлен полупроводниковый источник света (обычно светодиод видимого красного или инфракрасного спектра), формирующий направленное излучение. Рядом с ним размещен фотоэлектронный приемник, улавливающий отраженные фотоны.
Когда деталь попадает в рабочую зону диффузного датчика, сфокусированный световой луч рассеивается во все стороны. Часть этого рассеянного потока возвращается назад в линзу, электронная схема обрабатывает аналоговую величину и формирует дискретный выходной сигнал для контроллера. Диффузный датчик представляет собой удобный и практичный тип первичного преобразователя для большинства поточных линий.
Физический принцип работы
Принцип действия оборудования можно основывать на явлении рассеянного (диффузного) отражения света от шероховатых и матовых поверхностей.
Диффузный оптический датчик работает по следующему алгоритму:
- Генератор диффузного датчика подает импульсы высокой частоты на светодиодный излучатель.
- Луч проходит через фокусирующую линзу и направляется в зону контроля.
- При отсутствии объекта луч уходит в пространство и рассеивается без возврата. Выходной ключ закрыт.
- При появлении детали на ее поверхности происходит рассеяние света.
- Часть отраженного потока улавливается входной линзой датчика и падает на чувствительный фотодиод.
- Внутренний компаратор сравнивает уровень освещенности с заданным порогом чувствительности. Если порог превышен, транзисторный каскад переключается.
В зависимости от технологической задачи диффузный датчик настраивается на замыкание при появлении объекта (режим Light-ON) или на размыкание (Dark-ON).
Схемы построения и разновидности
Схемы диффузионного оптического датчика делятся на три базовые категории:
- Энергетический диффузный датчик. Наиболее распространенная схема, где измеряется лишь общая амплитуда вернувшегося света. Такой диффузный датчик сильно зависит от цвета детали: светлые объекты фиксируются на большей дистанции, чем темные.
- Диффузный датчик с подавлением заднего фона (BGS). Оптическая система построена на триангуляционном методе. Оптический датчик измеряет угол падения отраженного луча на многоэлементную матрицу, благодаря чему уверенно видит темные детали даже на фоне близко расположенной светлой стены или металлической станины.
- Специализированные диффузные датчики для прозрачных объектов. Стеклянные флаконы, ампулы и ПЭТ-тара практически не рассеивают свет, а пропускают его сквозь себя. Особый диффузный датчик с узким спектром излучения и ультрачувствительным пороговым каскадом позволяет фиксировать микроскопические переотражения от стенок стекла или пластика.
При выборе датчика важно помнить, что номинальная дистанция срабатывания в паспорте всегда указывается для эталонного белого листа бумаги. Если контролируемый объект имеет черный матовый цвет, реальная дистанция работы диффузного оптического датчика уменьшится в 2–4 раза. Регулировка чувствительности потенциометром или кнопкой самообучения решает эту проблему при наладке.