Optické bezdotykové spínače

Optické bezdotykové spínače (senzory) jsou dnes široce používány v mnoha průmyslových odvětvích, kde se zařízení používají pro polohování, počítání a jednoduchou detekci různých objektů. Použití kódování v obvodech senzorů umožňuje vyhnout se vnějšímu vlivu světelných zdrojů na ně a tím chránit před falešnými poplachy. Snímače v tepelných pouzdrech jsou určeny pro provoz při nízkých teplotách.

Tato zařízení jsou elektronické obvody, které reagují na změnu světelného toku dopadajícího na přijímač, díky čemuž je zaznamenávána přítomnost nebo nepřítomnost objektu v určité oblasti prostoru. Kódování světla vyzařovaného zdrojem (prostorový výběr a modulace) zlepšuje účinnost a, jak bylo uvedeno výše, neguje účinky rušení.

Konstrukčně obsahuje senzorový systém dva hlavní funkční bloky — zdroj záření a jeho přijímač. Mohou to být dvě samostatná pouzdra, nebo jedno pouzdro pro oba bloky, v závislosti na principu činnosti konkrétního snímače (spínače).

Zdroj nebo emitor se skládá z následujících částí: generátor, emitor, indikátor, optický systém a pouzdro, uvnitř kterého je obvod chráněný spojem, a venku - vše potřebné pro upevnění. Úkolem generátoru je generovat sekvenci signálních impulsů pro vysílač.

Samotný emitor je LED. Obrazec vyzařování LED je tvořen optickým systémem. Indikátor ukazuje přítomnost nebo nepřítomnost napájení senzoru. Pouzdro chrání před vnějšími mechanickými vlivy a slouží k pohodlné instalaci v místě aplikace snímače.

Přijímač má zase také optický systém, který tvoří směrový vzor přijímače a poskytuje výběr. Fotodetektor, který slouží fototranzistorkterý snímá záření a převádí ho na elektrický signál; zesilovací obvod s prahovým prvkem pro zajištění spolehlivé strmosti s hysterezí; elektronický spínač pro spínání zátěže a regulátor pro nastavení citlivosti přijímače tak, aby byly objekty zřetelně zaznamenány proti okolnímu pozadí.

Jsou zde dva indikátory: první ukazuje stav výstupu, druhý ukazuje kvalitu přijímaného signálu a umožňuje určit funkční rezervu pro sledovaný objekt.

Funkční rezerva v tomto případě charakterizuje poměr světelného toku přijatého přijímačem z emitoru k jeho minimální hodnotě, která již způsobí provoz. Funkční rezerva kompenzuje útlum signálu v důsledku znečištění optiky nebo rušivých aerosolových částic v okolí.

Například:

• indikátor se rozsvítí červeně, což znamená, že sledovaný objekt je přítomen ve spouštěcí zóně;
• žluté světlo — intenzita přijímaného světelného toku je snížena;
• zelená — intenzita přijímaného světelného toku je minimální;
• vypnuto — předmět není v pracovní oblasti senzoru.

Podle principu činnosti jsou optické senzory tří typů:

Bariéra (typ T)

Optické spínače bariérového typu pracují na přímém paprsku a obsahují dvě samostatné části, vysílač a přijímač, které musí být umístěny koaxiálně proti sobě, aby tok záření emitovaný emitorem (vysílačem) směřoval a přesně dopadal na přijímač.

Když je paprsek přerušen nějakým předmětem, spínač se spustí. Senzory tohoto typu mohou pracovat ve vzdálenosti desítek metrů mezi vysílačem a přijímačem, navíc mají dobrou zvukovou izolaci, nebojí se prachu, ani kapky kapaliny atd.

Ale jsou tu i nevýhody:

• někdy je nutné položit napájecí vodiče odděleně ke každé ze dvou částí na velké vzdálenosti;
• vysoce reflexní předměty mohou způsobit falešné poplachy;
• průhledné předměty nemusí paprsek dostatečně oslabit, s tím je třeba počítat.

K přijatelnému odstranění těchto nedostatků slouží regulátor citlivosti. A samozřejmě minimální velikost detekovaného objektu by neměla být menší než průměr paprsku.

Difuzní (typ D)

Difuzní senzory využívají paprsek odražený od objektu, zrcadlový odraz. Přijímač a vysílač jsou v jednom pouzdře. Zářič směruje tok k předmětu, paprsek se od jeho povrchu odráží v různých směrech, v závislosti na optických vlastnostech předmětu. Část toku se vrací zpět, kde je zachycena přijímačem a je aktivován spínač.

Zde je důležité vzít v úvahu, že falešné poplachy mohou být způsobeny reflexními předměty umístěnými za pracovním prostorem instalace, za ovládaným objektem. K odstranění takového rušení se používají spínače s funkcí potlačení pozadí.

Chcete-li standardizovat vzdálenost, při které se difuzní senzor spustí, vezměte bílý list papíru (10 x 10 cm pro vzdálenosti do 40 cm nebo 20 x 20 cm pro detekční vzdálenosti nad 40 cm) nebo ocelový plech válcovaný za tepla a otestujte to za podobných podmínek... Obecně platí, že v různých odvětvích — různými způsoby.

Pro přesnější normalizaci se vzdálenost přepočítává podle speciální tabulky, která odráží odrazové vlastnosti různých materiálů, a proto se přidává korekční faktor. Například senzor má hodnotu 100 mm, ale chcete monitorovat řekněme předměty z nerezové oceli.

Korekční faktor bude 7,5, což znamená, že bezpečná spouštěcí vzdálenost bude 7,5krát větší, konkrétně 750 mm. Nejmenší velikost objektu je dána jeho reflexními vlastnostmi, kontrastem a funkční rezervou.

Reflexní (typ R)

Zde se využívá světlo odražené reflektorem. Přijímač s vysílačem v jednom pouzdře, paprsek dopadající na reflektor se odráží, dopadá na přijímač a je spuštěn. Když objekt opustí pracovní oblast, dojde k dalšímu spuštění. Senzory tohoto typu mohou pracovat na vzdálenost až 10 metrů a používají se k fixaci průsvitných předmětů.