Датчик фотоэлектрический рефлекторного типа

Рефлекторные датчики и отражатели

Оптические датчики с отражением от рефлектора являются одними из самых популярных типов фотоэлектрических сенсоров применяемых в автоматизации. Приемник и излучатель расположены в одном корпусе. При этом, свет, испускаемый излучателем, отражается от рефлектора и возвращается обратно в приемник датчика. Каждый раз, когда свет встречает препятствие, выходной сигнал сенсора изменяется. Таким образом, для функционирования подобного светового барьера, необходимо всего на всего расположить друг напротив друга рефлекторный датчик и отражатель .

-мой стандартный оптический датчик дает ложные срабатывания при прохождении между датчиком и рефлектором блестящих объектов, например, полированного металла или товара в стрейч- пленке. Можно ли решить эту проблему?

Типичная проблема с рефлекторными датчиками состоит в том, что объекты с глянцевой, высокоотражающей поверхностью не могут надежно детектироваться на практике. Решением этой проблемы является выбор рефлекторного датчика с поляризационным фильтром. Полифильтр отсекает ложный отраженный свет, когда блестящий предмет проходит перед датчиком. Поляризованные рефлекторные датчики должны использоваться с призматическим отражателем, чтобы точно возвращать свет приемнику.

-какой выбрать датчик для подсчета прозрачных бутылок на конвейере?

Поляризованные рефлекторные датчики с функцией детектирования прозрачных объектов будут лучшим вариантом для решения подобной задачи. Когда прозрачный предмет, к примеру, тара из PET или стекла, проходит между датчиком и рефлектором, датчик обнаруживает самые малые изменения света и коммутирует выходной сигнал. Некоторые модели датчиков позволяют точно регулировать величину этого изменения так, чтобы Вы могли использовать датчик так же на цветном стекле или полупрозрачных материалах. У рефлекторных датчиков для обнаружения прозрачных объектов нет мертвой зоны, поскольку используется автоколлимация, таким образом, Вы можете расположить отражатель максимально близко от датчика, при необходимости. Подобные рефлекторные датчики имеются в нашем каталоге от ведущих производителей: IFM Electronic, Banner, Pepperl+Fuchs, Leuze Electronic

-какой лучше выбрать отражатель для моего рефлекторного датчика?

Лучшим рефлектором для Вашего датчика будет тот, который указан в описании на датчик. Именного для него рассчитаны все технические характеристики сенсора и его указывает производитель для работы с датчиком на максимальном расстоянии. Все другие отражатели будут иметь меньший диапазон измерения. Для датчиков с поляризационным фильтром необходимо использовать призматические отражатели, поскольку они позволяют точно возвращать свет в приемник и сенсор легко детектирует отраженный свет от рефлектора, отсекая отражения от блестящих поверхностей. Еще один нюанс имеется с лазерными рефлекторными датчиками и датчиками для прозрачных объектов, для работы с ними на относительно небольших расстояниях рекомендуется использовать специальные рефлекторы с микроструктурой отражающей поверхности.

-из-за ограниченного пространства у меня нет возможности разместить призматический отражатель и я заменил его на отражающую пленку, однако датчик не видит пленку. Что я сделал неправильно?

Отражающая пленка для оптических датчиков является альтернативой пластиковым рефлекторам, в случаях, когда нет возможности применить полноценный отражатель. Однако, следует понимать, что у пленки нет тех же отражающих свойств. При использовании отражающей пленки, в рефлекторный датчик возвращается значительно меньше света, а значит, заявленный диапазон датчика уменьшается. Вы, вероятно, стали свидетелем 50% сокращения диапазона, указанного в технических характеристиках датчика.

-есть ли решения по отражению света в условиях высоких температур?

В нашем каталоге представлены высокотемпературные рефлекторы из специальных материалов, предназначенные для работы при температурах от +100 до 500 ⁰ C.

-есть ли решения по отражению света для пищевой промышленности и линий розлива?

Применение в подобных условиях подразумевает воздействие агрессивных моющих веществ, высокой влажности. Для данной эксплуатации имеются прямоугольные рефлекторы из специальных материалов, а так же модели с покрытиями, препятствующими запотеванию и даже с подогревом.

Источник

Фотоэлектрические датчики Autonics

Фотоэлектрические датчики производства компании Autonics серий BTF и BL предназначены, в первую очередь, для использования в составе систем промышленной автоматизации. Однако, благодаря своей универсальности, они также подходят для применения в промышленности, в автомобильном, железнодорожном и авиационном транспорте, на аэропортах, вокзалах, транспортных терминалах.

Датчики являются одними из наиболее часто используемых компонентов в современных системах промышленной автоматизации. Фотоэлектрические датчики относятся к одному из наиболее распространенных типов среди контрольных приборов.

Фотоэлектрическими датчиками называют устройства, реагирующие на изменение освещенности. Они известны также как оптические бесконтактные выключатели и фотодатчики. Эти небольшие по размерам электронные устройства способны под воздействием электромагнитного излучения в видимом, инфракрасном или ультрафиолетовом спектре подавать сигналы включения/выключения или последовательность сигналов на вход регистрирующей или управляющей схемы.

Фотодатчики являются разновидностью бесконтактных датчиков, потому что в них отсутствует механический контакт между чувствительным элементом датчика (фотосенсором) и объектом управления. Дальность действия у фотодатчиков намного больше, чем у других типов бесконтактных датчиков. Фотодатчики дискретного действия используются как своеобразные бесконтактные выключатели для подсчета, обнаружения, позиционирования, решения прочих задач на любой технологической линии.

Благодаря своим неоспоримым преимуществам фотоэлектрические датчики сегодня широко используются в различных применениях, где они позволяют решать целый ряд задач.

Классификация фотоэлектрических датчиков

В стандартных фотоэлектрических датчиках используется формируемый передатчиком направленный световой луч. Фотодатчики способны реагировать на непрозрачные и полупрозрачные объекты, а также на водяной пар, дым, аэрозоли. Все фотодатчики по принципу действия можно разделить на 3 основных вида:

• Фотодатчики на пересечение луча. Они реагируют на перекрытие регистрируемого светового потока при перемещении контролируемых объектов или при изменении их размеров. Как правило, имеют выполненные в отдельных корпусах передатчик и приемник. В таких датчиках источник света и оптическая система формируют узкий пучок света либо параллельный, равномерный световой поток.

Перекрытие светового луча фотодатчика дискретного типа приводит к срабатыванию выхода датчика – на выходе дискретный сигнал (как 0 или 1). В датчиках аналогового типа равномерный световой поток освещает объект. Таким образом можно контролировать, размеры объекта или заслонки, перекрывающую часть светового потока. По этому принципу работают датчики в фотоэлектрических микрометрах, датчики длины, площади, деформаций.

• Фотодатчики диффузного типа, у которых световой поток попадает на фотоэлемент после отражения от контролируемого объекта, выполнены, как правило, в одном корпусе. Количество отраженного света, попадающего на фотоэлемент, зависит от отражательной способности поверхности объекта (чистоты обработки, наличия отражающей поверхности и участков, покрытых краской). Такие фотодатчики могут использоваться также в измерителях чистоты поверхности, фотоэлектрических рефлектометрах, гигрометрах и так далее.

Среди работающих по этому принципу датчиков есть наиболее чутко реагирующие на отклонение уровня светового потока в сравнении с настройкой на объект. Например, возможно детектирование вздутой пробки на бутылке, неполное заполнение продуктами вакуумной упаковки и так далее. Для точности срабатывания в датчиках данного типа может использоваться функция подавления фона.

• Фотодатчики рефлекторного типа. Здесь световой поток попадает на фотоэлемент после отражения от специальной отражающей пластины (рефлектора). Такие датчики устроены так, что благодаря поляризационному фильтру они воспринимают отражение только от рефлектора. Эта особенность позволяет избежать ложного срабатывания при отражении света от объектов с зеркальной поверхностью, например, от жестяных банок. Есть рефлекторы, которые работают по принципу двойного отражения. Выбор подходящего рефлектора определяется требуемым расстоянием и монтажными возможностями.

• Еще есть фотодатчики специального назначения, но о них мы только упомянем, и подводить под нашу классификацию не будем.

Если у датчиков предыдущего типа приемник и передатчик, как правило, находятся в одном корпусе, то в фотодатчиках специального назначения нет передатчика, есть только приемник. Световой поток создается объектом управления (контроля) и содержит информацию о контролируемом параметре объекта. Подобные фотодатчики используются в фотоэлектрических измерителях температуры, дозиметрах лучистой энергии, приборах для эмиссионного спектрального анализа.

По международной классификации данному делению наиболее близко соответствует следующая маркировка в обозначении моделей:

• тип T – датчики на пересечение луча (прием луча от отдельно установленного излучателя);
• тип R – датчики рефлекторного типа (прием луча, отраженного рефлектором (катафотом));
• тип D – датчики диффузионного типа (прием рассеянного луча, отраженного от объекта).

Особенности фотодатчиков

Фотоэлектрические датчики могут различаться по типу используемого источника света и чувствительного фотоэлемента. В качестве источников света в современных датчиках массового применения, как правило, применяются светодиоды, а фоточувствительными элементами являются фотодиоды. Высокие технические характеристики, технологичность изготовления и доступная стоимость обеспечили им массовое применение.

Изначально в качестве источников света в фотодатчиках применялись лампы накаливания в специальном исполнении с увеличенным сроком службы. В качестве фотоэлементов ранее и сегодня в отдельных датчиках специального назначения можно встретить фототранзисторы, фоторезисторы, вакуумные и газонаполненные фотоэлементы, фотоумножители.

Достоинством фоторезисторов является высокая чувствительность, стабильность параметров, большая надежность и долговечность, возможность работы как на постоянном, так и на переменном токе. К их недостаткам следует отнести большую инерционность, сильное влияние окружающей температуры, нелинейность световой характеристики, большой разброс параметров даже у фоторезисторов одной партии.

Вакуумные и газонаполненные фотоэлементы обладают высокой линейностью световой характеристики (зависимость фототока от светового потока), высокой температурной стабильностью характеристик. Однако, ограничивает их применение в устройствах автоматического управления и контроля ряд существенных недостатков, включающий необходимость в повышенном напряжении питания (сотни и тысячи вольт), хрупкость стеклянного баллона и возможность деформации электродов при механических воздействиях, старение и утомляемость фотоэлементов (снижение чувствительности при высокой освещенности).

Фотодиоды наиболее широко применяются в современных фотодатчиках стандартного назначения. Они позволяют делать компактные датчики, имеют линейную световую характеристику, высокую чувствительность, малую инерционность (частота прерывания светового потока может доходить до нескольких килогерц).

В зависимости от схемы включения различают вентильный и фотодиодный режимы работы. В вентильном режиме фотодиод становится генератором фототока и не нуждается в источнике питания. Фототриод в вентильном режиме можно рассматривать как комбинированный электронный прибор – фотодиод (переход «база – эмиттер») и, собственно, триод, усиливающий фототок, который возникает в цепи «база–эмиттер» под действием светового потока. В вентильном режиме фотодиоды и фототриоды используются в фотодатчиках с пропорциональной световой характеристикой (измерение размеров, перемещений, температуры и так далее).

Вентильные фотоэлементы отличаются высокой надежностью, долговечностью и не нуждаются в источнике питания. Недостатками их являются: сильное влияние окружающей температуры, утомляемость в процессе длительной эксплуатации и высокая инерционность, ограничивающая применение при частоте прерывания светового потока в несколько десятков герц.

В фотодиодном режиме к переходу нужно приложить внешнее напряжение в обратном запирающем направлении. Фотодиодный режим используется в наиболее распространенных фотодатчиках с дискретной световой характеристикой. Они обеспечивают повышенную чувствительность в сравнении с вентильным режимом.

Оптические системы фотодатчиков служат для перераспределения потока лучистой энергии с целью повышения эффективности воздействия контролируемых объектов на параметры лучистого потока. К оптическим системам фотодатчиков относятся линзы, зеркала, призмы, диафрагмы, дифракционные решетки, светофильтры.

С целью повышения помехоустойчивости в фотодатчиках используется усилитель выходного сигнала фотоэлемента. Для этой цели в настоящее время, в основном, используют операционные усилители в интегральном исполнении.

Фотодатчики имеют индикатор рабочего состояния и, как правило, регулятор чувствительности, который дает возможность настроить срабатывание на объект, находящийся на неблагоприятном фоне.

По принципу кодирования информации фотодатчики можно разделить на две группы:

• фотодатчики с амплитудной модуляцией светового потока;
• фотодатчики с временной или частотной модуляцией.

У датчиков с амплитудной модуляцией значение фототока пропорционально световому потоку, зависящему от контролируемой неэлектрической характеристики объекта. Информация о контролируемом параметре кодируется в этих датчиках в виде числа, частоты или длительности импульсов. Гораздо более распространены датчики с временной или частотной модуляцией, у которых фототок изменяется дискретно за счет полного или частичного перекрытия светового потока.

В ассортименте продукции компании Autonics широко представлены разнообразные датчики и среди них есть многочисленный ряд приборов фотоэлектрического типа. К последним новинкам относится серия миниатюрных фотодатчиков BTF и серия датчиков BL для контроля наличия жидкости в трубопроводах.

Фотодатчики Autonics BTF

Фотодатчики Autonics из серии BTF (рисунок 1, таблица 1) позиционируются компанией как ультратонкие фотоэлектрические датчики со встроенным усилителем.

Таблица 1. Основные характеристики фотоэлектрических датчиков BTF

Рис. 1. Датчик Autonics BTF1M

Они выполнены на основе однокристальной электронной схемы, отличаются превосходными рабочими характеристиками и очень компактными размерами, за счет чего могут применяться в условиях ограниченного пространства. Наличие отдельного светодиода красного цвета (OPR) на срабатывание упрощает позиционирование луча датчика во время монтажа, а функция подавления фоновой засветки (BGS) обеспечивает повышенную стабильность обнаружения объектов.

Серия датчиков Autonics BTF включает ряд моделей, работающих в диапазоне расстояний до 1 м и различающихся по типу используемого выходного транзистора (NPN или PNP), принципу работы луча – на просвет или отражение (рисунок 2). Работающие на просвет датчики состоят из передатчика и приемника, которые выполнены, чаще всего, в отдельных корпусах. Датчики на пересечение луча из серии Autonics BTF1M способны обнаруживать микроскопические непрозрачные объекты с матовой поверхностью диаметром до 0,2 мм.

Использующие отраженный луч (диффузионные) фотодатчики выполнены в одном корпусе. Работающие на отражение в диапазоне расстояний 5…30 мм датчики серии BTF30 способны обнаруживать объекты размером до 0,2 мм на расстоянии 10 мм.

Датчики серии BTF15 отличаются от BTF30 наличием функции подавления фонового отражения (BGS), а также имеют меньший рабочий диапазон (1…15 мм) и обладают повышенной точностью за счет уменьшенного до 5% гистерезиса на включение и выключение, в номинальном диапазоне расстояний. У BTF30 гистерезис составляет 20%.

Рис. 2. Схема подключения датчиков Autonics BTF

Уровень допустимой внешней засветки приемника солнечным светом составляет 10000 лк, а от ламп накаливания – не более 3000 лк. В датчиках типа BTF15-BDхх используется технология подавления внешней фоновой засветки (BGS), которая позволяет устранять влияние окружающих объектов на работу датчика и обеспечивает высокую стабильность обнаружения объектов различных цветов, выполненных из различных материалов.

Датчики серии BTF могут питаться от источников напряжением 12…24 В с нестабильностью до 10%. Предусмотрена защита от ошибочного подключения полярности источников питания, а также от короткого замыкания в нагрузке.

Для подключения датчиков BTF используется трехпроводный кабель со стандартной расцветкой: коричневый провод присоединяется к плюсу источника питания, синий – к общему проводу. Нагрузка подключается между выходом датчика (черный провод) и общим проводом схемы в случае датчика с выходным транзистором типа PNP, либо между плюсом источника питания для транзистора типа NPN.

Датчики Autonics BTF могут работать в диапазоне температур -25…55°С при влажности 35…85%.

Все датчики серии BTF выполнены в прочном пластиковом корпусе со степенью защиты IP67. В комплекте с датчиками поставляется крепеж в виде Г-образной скобы и винтов.

Фотодатчики Autonics BL

Фотодатчики этой серии позиционируются компанией, как обладающие превосходными характеристиками по чувствительности и имеющие компактные размеры (рисунок 3).

Фотодатчики из серии Autonics BL (таблица 2) предназначены для контроля уровня жидкости. Они позволяют определять наличие или отсутствие жидкости в прозрачной трубе, диаметр которой может быть 6…13 мм, заявляемая производителем толщина стенки может составлять 1 мм. С помощью кнопочного переключателя выбирается один из двух режимов работы (срабатывание на свет или на затемнение), а светодиодные индикаторы (зеленый и красный) обеспечивают удобный контроль текущего рабочего состояния. Зеленый показывает выбранный режим работы. Когда он горит – выбран режим срабатывания на свет, когда не горит – на затемнение. Красный СИД отмечает срабатывание датчика.

Таблица 2. Основные характеристики фотоэлектрических датчиков BL

Рис. 4. Схема подключения датчиков BL

Датчики Autonics BL включают передатчик и приемник в одном корпусе, закрепляемые на трубе диаметром 6…13 мм и предназначенные для контроля наличия в ней жидкости. При отсутствии жидкости в трубе луч передатчика попадает в окно приемника, а при появлении в трубе жидкости он отклоняется за счет эффекта преломления на границе с жидкостью и поэтому на приемник не попадает (рисунок 4).

Датчики BL прочно крепятся к трубе двумя пластиковыми застежками и могут быть дополнительно защищены отдельно поставляемым бандажом, но он выпускается только под трубу диаметром 1/2 дюйма (12,7 мм) (рисунок 5). Компактные размеры (23х14х13 мм) приборов из серии BL позволяют экономить монтажное пространство.

Датчики серии BL могут питаться от источников напряжением 12…24 В с нестабильностью до 10%. Предусмотрена защита от ошибочного подключения полярности источников питания, а также от короткого замыкания в нагрузке.

Для подключения датчиков используется трехпроводный кабель со стандартной расцветкой: коричневый провод присоединяется к плюсу источника питания, а синий – к общему проводу. Нагрузка подключается между выходом датчика (черный провод) и общим проводом схемы для датчика с выходным транзистором типа PNP либо между плюсом источника питания для транзистора типа NPN.

Датчики Autonics BL могут работать в диапазоне температур 10…55°С при влажности 35…85%. Допустима внешняя засветка от солнца или ламп накаливания световым потоком не более 3000 лк.

Рис. 5. Принцип действия датчиков BL

Принципы действия датчиков BTF и BL

Рассмотрим подробнее работу фотоэлектрических датчиков серий BTF и BL. На рисунке 6 представлены временные диаграммы работы из руководства по эксплуатации датчиков серии BTF.

Рис. 6. Диаграмма работы датчиков BTF

На верхней диаграмме представлены уровни входного сигнала, а ниже – состояние зеленого индикатора стабильности входного сигнала, состояние красного индикатора срабатывания датчика и состояние выходного сигнала.

Вернемся к верхней диаграмме, которая определяет состояние всех остальных. Средняя, незатемненная зона уровня входного сигнала соответствует зоне нестабильной работы датчика. Работа его будет хаотичной, о чем может свидетельствовать прерывистое свечение зеленого индикатора. Вообще, нестабильным может быть нижний или верхний уровень входного сигнала, что отражено и на диаграмме. В верхней части находится зона нестабильности на включение датчика, а в нижней – на его выключение.

Отсутствие свечения зеленого светодиода свидетельствует о нештатной ситуации, когда показатель входного сигнала или не достигает верхнего уровня, или превышает порог нижнего.

Описанная процедура соответствует срабатывающему на свет датчику. Для срабатывающих на затемнение моделей становятся инверсными выходные уровни и включение красного светодиода.

Для датчиков типа BL диаграммы выглядят немного проще (рисунок 7), так как здесь нет отслеживания зоны нестабильности и ее контроля с помощью зеленого светодиода, который в данном случае используется для индикации режимов работы (на освещение или на затемнение), выбираемых с помощью отдельной кнопки на корпусе датчика. Для того чтобы предотвратить случайное переключение режимов работы в процессе эксплуатации, можно заблокировать используемый режим нажатием на кнопку в течение 3 и более секунд.

Рис. 7. Диаграмма работы датчиков BL

В процессе монтажа и эксплуатации датчиков Autonics BTF и BL необходимо соблюдать ряд требований и помнить о мерах по обеспечению эффективной работы.

После подачи напряжения питания датчики готовы к работе через 100 мс. В случае, если для питания датчиков и нагрузки используются разные источники, вначале должно подаваться напряжение питания на датчик.

Такие мощные источники света как солнце не должны быть направлены непосредственно на фотоэлемент датчика. Сбои в работе фотоэлектрического датчика может вызывать и свечение флуоресцентных ламп, поэтому используйте защитные кожухи и щитки. Установка датчика на плоской поверхности порой может вызвать сбои из повышенного уровня отражений от этой поверхности. Предусмотрите меры для защиты от такой засветки.

Укладка соединительного кабеля от датчика в непосредственной близости от линий высокого напряжения может привести к сбоям при эксплуатации.

При подключении к выходу датчиков реле или другой нагрузки индуктивного характера необходимо предусмотреть защиту для выходного транзистора датчика от выбросов напряжения в процессе отключения нагрузки.

Заключение

Фотоэлектрические датчики сегодня повсеместно используются в промышленности, в автомобильном, железнодорожном и авиационном транспорте, на аэропортах, вокзалах, транспортных терминалах, в космических кораблях и межпланетных станциях. Их можно найти практически в любом шлагбауме контрольно-пропускных пунктов, а также дома и в офисе, например, в компьютерной мышке. Фотоэлектрические датчики Autonics, включая модели серий BTF и BL, предназначены, в первую очередь, для использования в составе систем промышленной автоматизации.

В целом, оценивая фотодатчики, следует отметить их универсальность, отсутствие обратного воздействия на контролируемый объект. Однако следует учитывать их чувствительность к вибрациям и ударам, помнить о затруднениях в работе в условиях запыленной, загазованной и влажной среды, а также о восприимчивости к помехам от осветительных приборов.

Современные фотоэлектрические датчики общего назначения, разработанные с применением новейших технологий, широко применяются в различных областях промышленности благодаря их высокой эффективности, функциональной гибкости, надежности и доступной цене, а фотодатчики Autonics считаются одним из лучших предложений на рынке в этой области.

Литература

1. http://autonics.ru/products/products_detail.php?catecode=01/02/02&db_uid=1862;
2. http://autonics.ru/products/products_detail.php?catecode=01/02/07&db_uid=1908.

Новинка от Autonics: ультракомпактные фотоэлектрические датчики серии BTS

Компания Autonics, ведущий корейский разработчик, производитель и поставщик датчиков и контроллеров, представляет новую линейку ультракомпактных, тонких фотоэлектрических датчиков серии BTS.

Компактные фотоэлектрические датчики BTS со встроенным усилителем отлично подходят для использования в ограниченном пространстве. Имея ширину всего 7,2 мм, такие датчики являются идеальными для установки в ограниченных пространствах. Они способны легко обнаруживать миниатюрные объекты размером до 0,15 мм в диаметре (конвергентный отражательный тип), например, металлические проводники и полупроводниковые кристаллы. Благодаря степени защиты IP67 и крепежу из нержавеющей стали приборы подходят для разнообразных условий эксплуатации и способны длительно и надежно работать в различных средах. Датчики серии BTS сочетают в себе компактные размеры и превосходные рабочие характеристики.

• Ультратонкие (ширина всего 7,2 мм):
  • 7,2×18,6×9,5 мм (на пересечении луча);
  • 7,2×24,6×10,8 мм (отражение от рефлектора, конвергентный отражательный тип).
• Типы срабатывания и минимальный размер определяемого объекта:
  • на пересечении луча (BTS1M): ∅2 мм;
  • отражение от рефлектора (BTS200): ∅2 мм (на расстоянии 100 мм);
  • конвергентный отражательный тип (BTS15/BTS30): ∅0,15 мм (на расстоянии 10 мм).
• Расстояние, измеряемое датчиком, может изменяться в зависимости от факторов окружающей среды
• Наличие индикатора стабильности (зеленый светодиод) и индикатора срабатывания (красный светодиод)
• Крепление из нержавеющей стали (SUS304)
• Защита от переполюсовки и короткого замыкания выходной цепи
• Степень защиты: IP67 (стандарт IEC)

Датчики применяются, например, в составе оборудования для лазерной маркировки, обнаружения дисков фрикционных муфт.

Источник