Фотоэлектрические датчики положения — принцип работы и применение

Фотоэлектрические датчики положения являются ключевыми компонентами в системах автоматизации и контроля, обеспечивая точное обнаружение объектов без физического контакта. В «ВЭЛТЭКС» широкий ассортимент таких детекторов, включая модели с барьером отраженного света, представленные в нашем каталоге.

Что такое фотоэлектрический датчик?

Это устройство, принцип работы которого заключается в использовании света для обнаружения присутствия или отсутствия объекта, а также для измерения расстояния до него. Он состоит из источника света (излучателя) и приёмника, который регистрирует отраженный или прерванный световой сигнал. Устройства применяются в промышленной автоматизации благодаря своей высокой скорости реакции и надежности.

Фотоэлектрические датчики — принцип функционирования

Принцип устройства в том, что оно работает на основе взаимодействия света с объектами, что позволяет фиксировать присутствие или изменение положения объекта в зоне действия прибора. Основным элементом работы таких сенсоров является световой луч, который испускает излучатель, и его взаимодействие с объектом. От этого взаимодействия приёмник регистрирует изменения в сигнале, что позволяет системе обнаружить наличие или изменения в объекте.

Свойства света

Основа деятельности фотоэлектрических детекторов — использование света, обычно в видимом или инфракрасном спектре. Свет представляет собой электромагнитное излучение, которое может быть как видимым (от 380 до 750 нм), так и невидимым, например, инфракрасным (обычно в диапазоне от 700 нм до 1 мм). Световой луч, испускаемый датчиком, может быть поглощен, отражен или преломлен объектом. В зависимости от того, как объект взаимодействует со светом, приёмник фиксирует изменения, и сенсор реагирует на это.

При этом свойствами света считаются:

• Интенсивность: количество света, которое возвращается к прибору, зависит от поверхности объекта и его способности отражать или поглощать свет.
• Частота и длина волны: эти характеристики влияют на проникающую способность света и чувствительность устройства.
• Направление распространения: важный фактор для определения точного положения объекта и его размеров.

Источники света

Для создания светового потока в фотоэлектрических сенсорах используются разные источники света. Выбор конкретного типа зависит от требований к дальности обнаружения, точности и условий эксплуатации:

• Светодиоды (LED). Наиболее распространенный источник света для фотоэлектрических датчиков. Светодиоды обеспечивают стабильное излучение и высокую энергоэффективность. Они часто используются для службы в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне. Светодиоды могут иметь разные углы излучения, что позволяет гибко настроить устройство.
• Лазеры. Лазеры используются для высокоточных приёмников с большой дальностью обнаружения. Принцип работы в том, что излучаемый лазерный луч узкий и когерентный, что помогает получать высокую точность измерений, особенно в системах, использующих метод триангуляции. Лазеры часто применяются в автоматизированных системах, где важна высокая точность действия на больших расстояниях.
• Инфракрасные излучатели. Инфракрасные излучатели нужны для службы в невидимом спектре, что делает их нужными для использования в ночное время или в условиях низкой освещенности. Они не создают помех для человеческого восприятия и обеспечивают более дальнее и стабильное обнаружение, особенно в темных помещениях или на улице.

Триангуляция

Метод триангуляции используется в некоторых фотоэлектрических датчиках для точного определения расстояния до объекта. Принцип основан на измерении угла отраженного света. Когда световой луч сталкивается с устройством и отражается, угол между исходящим и отраженным лучом изменяется в зависимости от расстояния до места.

Метод триангуляции используется в лазерных дальномерах и в системах, требующих высокой точности, например, в робототехнике или в автоматизированных складах, где важно точно позиционировать элементы.

Классификация датчиков по методу зондирования

Фотоэлектрические детекторы могут быть классифицированы в зависимости от метода зондирования, который определяет принцип деятельности и область применения каждого типа устройства. Методы зондирования включают:

• Барьерные (черезлучевые). В этом типе излучатель и приёмник расположены напротив друг друга, образуя барьер для света. Объект обнаруживается, когда он прерывает световой луч, направленный от излучателя к приёмнику. Барьерные датчики обычно используют для контроля за прохождением объектов через определенную зону или для мониторинга больших объектов, таких как упаковки на конвейере или транспортные средства.
• Отражательные. В них излучатель и приёмник находятся в одном корпусе. Принцип в том, что свет, излучаемый датчиком, отражается от места и возвращается обратно к приёмнику. Этот тип часто используется для обнаружения вещей, которые находятся на расстоянии от устройства, и когда объект обладает достаточно отражающей поверхностью.
• Диффузные. Их принцип в том, что они используют рассеяние света, которое происходит, когда световой поток сталкивается с местом и рассевается в разных направлениях. Когда рассеянный свет возвращается к приёмнику, детектор регистрирует это и сообщает о наличии объекта. Особенно эффективны при обнаружении мест, которые имеют различные поверхности, включая матовые и сложные формы, которые не могут эффективно отражать свет. Полезны, когда объект может менять свою ориентацию или позицию, так как они не зависят от точного положения объекта.

Точки выбора по методу зондирования

Выбор метода зондирования зависит от многих факторов: расстояние до объекта, его поверхность и особенности применения. Рассмотрим, в каких ситуациях каждый метод может быть наиболее эффективен:

• Барьерные. Подходят для применения, где требуется обнаружение объектов на больших расстояниях, а также в ситуациях, когда важно, чтобы предмет явно прерывал световой луч. Например, они часто используются в автоматических дверях, системах охраны или на конвейерах для контроля за движением больших или тяжелых устройств.
• Отражательные. Эффективны, когда нужно обнаружить объекты с хорошей отражающей поверхностью, например, металлические или пластиковые детали, принцип которых отражать свет. Их часто используют в приложениях, где важна высокая точность срабатывания, а также когда необходимо исключить влияние внешних факторов (например, для избежания ложных срабатываний в окружающей среде).
• Диффузные. Работают с устройствами, имеющими сложную или матовую поверхность, которые не способны отражать свет. Они подходят для обнаружения объектов с низкой или нерегулярной отражающей способностью: текстиль, бумага или грязные поверхности. Полезны, когда объект может менять свою ориентацию или позицию, так как они не зависят от точного положения объекта.

Классификация датчиков по конфигурации

Фотоэлектрические измерители также классифицируются по конфигурации корпуса и способу монтажа, что позволяет выбирать решение в зависимости от условий установки и оборудования:

• Цилиндрические. Имеют форму цилиндра и обычно поставляются с резьбовой частью, что упрощает их установку в заранее подготовленные отверстия. Отличаются универсальностью и удобны для монтажа в ограниченных или труднодоступных местах. Такие детекторы широко применяются в промышленной автоматике, например, на конвейерах и в сборочных линиях.
• Прямоугольные (или кубические). Дают стабильное крепление на плоских поверхностях, легко интегрируются в оборудование без необходимости сверления круглых отверстий. Подходят для монтажа на стенки корпусов, панелей и других ровных оснований. Их форма позволяет точно ориентировать зону срабатывания, что важно для точного позиционирования объектов.
• Миниатюрные. Обладают компактными размерами и нужны для установки в устройствах с ограниченным пространством, таких как автоматизированные системы, медицинское оборудование или компактные роботизированные комплексы. Несмотря на малый размер, обеспечивают высокую точность и надежность.
• Угловые. Их принцип в том, что они спроектированы для службы в местах с ограниченным доступом и позволяют изменять направление излучения. Часто используются в сложных конструкциях, где невозможно прямое размещение сенсора по оси объекта.
• Плоские. Имеют малую толщину и подходят для встраивания в панели или тонкие механизмы. Обеспечивают невидимую или почти незаметную интеграцию, сохраняя эстетику и компактность оборудования.

Такая классификация позволяет более точно подобрать детектор в зависимости от принципов эксплуатации, требований к монтажу и доступного пространства.

В чем разница между датчиками приближения и фотоэлектрическими?

Принцип работы датчиков приближения в том, что они обычно реагируют на изменение электрического или магнитного поля при приближении объекта, тогда как фотоэлектрические используют свет для обнаружения объектов. Измерители обладают преимуществом в виде большей дальности обнаружения и способности взаимодействовать с разными материалами, включая прозрачные и неметаллические объекты.

Где используются фотоэлектрические детекторы?

Измерители находят применение в разных отраслях:

• Промышленная автоматизация: контроль наличия объектов на конвейерах, определение положения деталей.
• Логистика и складирование: обнаружение и подсчет товаров, управление автоматическими дверями.
• Пищевая промышленность: контроль уровня наполнения упаковок, проверка наличия этикеток.
• Робототехника: определение положения и ориентации объектов для захвата и перемещения.

Как настроить фотоэлектрический датчик?

Настройка сенсора включает следующие шаги:

1. Установка: правильное размещение излучателя и приёмника с учетом типа устройства и условий эксплуатации.
2. Калибровка: регулировка чувствительности и дальности обнаружения для обеспечения надежной службы.
3. Тестирование: проверка работы измерителя с реальными объектами для подтверждения корректности настройки.

Компания «ВЭЛТЭКС» предоставляет консультации и техническую поддержку по выбору и настройке измерителей. Ознакомиться с нашим ассортиментом и получить дополнительную информацию о принципах работы устройств можно на нашей странице.