Типы оптических датчиков

На сегодняшний день существует большое количество различных исполнений фотоэлектрических датчиков, и порой разделение их по типам достаточно затруднительно. Рассмотрим наиболее распространенные исполнения и категории, встречающиеся у современных производителей:

Диффузные датчики, хотя некоторые производители, например Balluff, называют их оптическими щупами. В этой категории представлены как самые простые варианты, Диффузные оптические датчикиимеющие фиксированную дальность срабатывания и позволяющие избежать необходимости настройки при монтаже. Так и значительно более сложные компоненты, включающие в себя системы механической либо электромеханической подстройки угла между оптическими осями излучателя и приёмника для точной юстировки дальности до объекта. Как и классические индуктивные датчики, диффузионные зачастую изготавливаются в цилиндрических резьбовых и безрезьбовых корпусах типоразмеров D3…D6.5, М8, М12, М18, М30 из латуни, стали либо пластика. Это позволяет обеспечить быстрый монтаж и при необходимости подгонку датчика по месту установки смещением его в креплении дальше либо ближе от объекта. Кроме того, для применения в ограниченных монтажных пространствах распространение получили датчики в стандартных цилиндрических корпусах с установленной под углом в 90° оптикой, что достигается за счёт системы зеркал. Благодаря этому можно монтировать датчики в местах, где нет возможности установить их на одной оси с линией контроля наличия объекта. Подобные исполнения также имеют свои аналоги в следующих двух категориях. Однако малое расстояние между осями приёмника и излучателя в подобных исполнениях уменьшают их применимость на больших расстояниях, поэтому основная масса таких датчиков изготавливается в блочных корпусах различных размеров из пластика, цинка, алюминия. Больший размер позволяет также разместить в корпусе датчика более сложную электронику, в том числе компоненты для самодиагностики, а также устройства индикации вплоть до визуализации качества отраженного сигнала цветом светодиода.

Рефлекторные датчикиОтражательные датчики зачастую имеют много общего по своей конструкции с диффузными, и отличить их друг от друга без ознакомления с документацией может быть попросту невозможно. Однако, в отличие от них, датчики данного типа часто оснащаются поляризационным фильтром, который делает практически невозможным его срабатывание на отраженный даже от зеркальной поверхности объекта свет. Отражатель (катафот) датчика не требует электрического подключения, что делает датчики данного типа более удобными в использовании, нежели барьерные. Подстройка дальности действия, как и регулировка угла между оптическими осями приёмника и излучателя, в данной категории датчиков встречается реже, а необходимость точного подбора дальности срабатывания для конкретного применения становится менее актуальной, поскольку независимо от дальности до отражателя (в пределах определенной производителем и конструкцией) датчик отрабатывает с одинаковой стабильностью.


Однонаправленные датчики или световые барьеры, также изготавливаются в типовых корпусах – цилиндрических и блочных. Однако в данном случае уже проще отличить один компонент от другого – обычно явно видна одиночная линза как на приёмнике, так и на излучателе. Многие подобные датчики поставляются сразу в паре, что исключает возможность некорректного подбора, а стандартизированные значения длин волн рабочего излучения позволяют без проблем в случае необходимости заменить только один компонент из пары. В случае, если приёмник и излучатель поставляются отдельно, техническая документация обычно указывает допустимые варианты парных компонентов; либо же можно просто опираться на длину волны и тип излучения датчика. Инфракрасный приёмник не сработает на лазерный излучатель, и наоборот.

Лазерные (оптические) датчики расстояния наследуют принцип действия оптических щупов, изредка используясь вместе с отражателями. Их основная функция, однако -

Оптический датчик расстояния определение расстояния до объекта на основании данных либо о времени между излучением света и попаданием на приёмник отраженного света, либо об угле отражения (триангуляция). Данные датчики обычно используют лазер в качестве излучателя, поскольку точность измерения расстояния требует минимального размера светового пятна.

Лазерные дальномеры разделяются на две категории по принципу действия:

Оптические датчики расстояния со светодиодом в качестве источника света в основном используют принцип триангуляции, производя анализ угла отражения света от объекта на основании данных о наиболее освещённой точке на поверхности фотодиода. Подобные датчики обычно отличаются значительно меньшим, нежели лазерные, дальностью действия, а также меньшей стоимостью.

Конечно же, все подобные модели оснащаются аналоговым либо цифровым выходом, значение которого изменяется в соответствии с расстоянием до объекта; при этом дискретный выход порой отсутствует. Датчики данного типа крайне редко изготавливаются в цилиндрических корпусах, поскольку для них важно достаточное расстояние между приёмником и излучателем. Размер корпуса, а точнее, блока приёмника и излучателя, напрямую влияет на предельную дальность действия: с увеличением максимального измеряемого расстояния растут и габариты датчика.

Специализированные оптические датчики
Традиционные исполнения оптических датчиков позволяют применять их для решения широкого спектра задач. Однако нередки случаи, когда традиционных исполнений становится недостаточно, либо их применение попросту не представляется возможным. На помощь приходят специализированные версии диффузных, отражательных и барьерных датчиков. Компактность или устойчивость к электромагнитным помехам, различие цветов или контрастности – на все вопросы отвечает своя категория. Постараемся разобраться.

Датчики цвета – особый подраздел диффузных датчиков, которые используют белый свет и производят анализ характеристик отраженного от поверхности света, на основании которых формируются данные о цвете поверхности. Данные датчики уже граничат по функционалу с системами технического зрения, а их комплекс электроники занимает немало места, в силу чего они зачастую весьма громоздки. Для расширения применимости датчики данного типа нередко изготавливаются в формате базовых устройств волоконной оптики, а головка соответствующего оптоволоконного кабеля всегда представляет собой единый элемент, как для диффузного оптоволокна. Номинальная дальность действия подобных связок невелика, однако установка на головку оптоволоконного кабеля комплексов линз позволяет увеличить её до 400 мм и выше. Вместе с тем, надёжность определения цвета с увеличением расстояния падает, а кроме того, подобные датчики достаточно уязвимы для внешнего освещения, которое может внести серьёзные изменения в регистрируемые датчиком показания отраженного света.

Датчик цвета Autonics BC15-LDT-C-P

Поскольку градация цветов велика, и её практически невозможно привязать к линейной зависимости, которую можно было бы сконвертировать в аналоговый выходной сигнал, подобные датчики обычно имеют цифровой интерфейс, по которому в управляющую систему попадает информация о фактическом цвете объекта. Кроме того, нередко подобные датчики оснащаются дискретными выходами – обычно в количестве 3 шт. PNP/NPN, - которые позволяют регистрировать ряд основных сочетаний цветов на основании совокупности наличия либо отсутствия сигналов на этих выходах.

Датчики контрастных меток также являются специализированным вариантом диффузных датчиков, поскольку они предназначены для работы на отражение от объекта. Датчики контрастных метокОднако, их особым свойством является точная настройка на характеристику отражения по двум значениям – фон и объект, в данном случае метка, которая нанесена на поверхность. В отличие от диффузных датчиков, принципиального значения разница расстояний до фона и объекта не играет особой роли; датчик срабатывает при обнаружении в поле зрения объекта, контрастного по отношению к фону. В дополнение, подобные датчики отрабатывают одинаково эффективно как в случае, когда отражающие свойства метки лучше, чем у объекта, так и наоборот. Конечно, в редких случаях подобная задача может с известной надёжностью решаться обычным диффузным датчиком, но датчик контрастных меток, сочетая в себе не только точную электронную подстройку, но и эффективное подавление внешних засветок, решает эту задачу значительно лучше.

Однако, за надёжность подобные датчики расплачиваются сверхмалой дальностью действия – стандартное расстояние составляет 17…21 мм. Датчик контрастных меток можно легко опознать по сравнительно большой линзе или системе линз, нередко вынесенной за пределы металлического или блочного корпуса. В редких случаях датчиком контрастных меток может быть прошедший сверхточную калибровку и оснащённый улучшенной оптикой и электроникой диффузный датчик классического вида.

Люминесцентные датчики используют ультрафиолетовый диапазон излучения и предназначаются для определения наличия на поверхности объекта меток, нанесенных специальными чернилами, которые светятся в этом спектре. Подобные датчики применяются крайне редко, однако их несомненным достоинством является полное игнорирование внешних засветок и независимость от отражающих свойств поверхности, равно как её цвета. Помимо прочего, дальность действия таких датчиков может достигать 300 мм.

По всем вопросам обращайтесь по телефонам или e-mail.

вернуться к началу

Типы оптических датчиков ул. Девятая Рота дом 7а Россия, Москва +7 (495) 150-48-00 +7 (800) 333-13-53