Лекция Оптические датчики положения

Оптические датчики положения  Оптический датчик положения представляет собой электронное устройство, реагирующее   на   изменение   принимаемого   светового   потока.   Оптические датчики   положения   используются   для   определения   наличия   (отсутствия) объекта в заданном  пространстве, поскольку наличие (отсутствие) объекта приводит к изменению параметров светового потока, принимаемого датчиком. Для   повышения   эффективности   работы   оптических   датчиков   положения  и улучшения   их   характеристик   производится   модуляция   и   пространственная селекция светового излучения.    Эти меры позволяют устранять влияние посторонних световых засветок и помехи от других оптических датчиков.  Принцип работы оптических датчиков положения   Оптические датчики положения состоят из 2­х функционально законченных узлов   ­   источника   оптического   излучения   и   приемника   этого   излучения. Источник   оптического   излучения   (передатчик)   и   приемник   могут   быть   в одном корпусе или в разных корпусах.         Рис.109. Оптический датчик  Источник: http://www.straus­com.ru/fstore/vb1.jpg     Передатчик  Генератор  вырабатывает   последовательность   электрических   импульсов   на излучатель оптического датчика положения  Излучатель ­ светодиод, создающий излучение оптического диапазона.  Индикатор   показывает   наличие   напряжения   питания   на   передатчике оптического датчика положения.  Оптическая система формирует диаграмму направленности излучения и при необходимости его поляризацию.  Компаунд  обеспечивает   необходимую   степень   защиты   от   проникновения твердых частиц и воды. Корпус обеспечивает монтаж выключателя, защищает от   механических   воздействий.   Выполняется   из   латуни   или   полиамида, комплектуется метизными изделиями.   Приемник излучения Оптическая   система   формирует   диаграмму   направленности   приемника излучения и при необходимости производит поляризационную селекцию.  Фотоприемник   воспринимает   оптическое   излучение   и   преобразует   его   в электрический сигнал.  Усилитель усиливает входной сигнал до необходимого значения.  Пороговый элемент обеспечивает необходимую крутизну фронта выходного сигнала и величину гистерезиса.  Электронный   ключ   обеспечивает  коммутацию   выходного   тока   датчика, определяет   схему   подключения   нагрузки,   имеет   защиту   от   перегрузки   и короткого замыкания.  Светодиодный   цветной   индикатор  показывает   состояние   датчика, позволяет   определить   функциональный   резерв   по   выбранному   объекту, обеспечивает контроль работоспособности, оперативность настройки.  Регулятор   чувствительности   позволяет   производить   настройку   датчика   по фактической контрастности объекта на фоне окружающих предметов.    Функциональный   резерв   определяется   как   отношение   светового   потока, полученного приемником, к минимальному световому потоку, вызывающему срабатывание   выключателя.   Функциональный   резерв   позволяет компенсировать   ослабление   сигнала   в   результате   загрязнения   оптики   и наличия аэрозольных компонентов в окружающем пространстве.   Цветной светодиодный индикатор работает следующим образом:  при отсутствии сигнала на входе приемника индикатор не светится при   появлении   сигнала   с   уровнем,   при   котором   происходит   срабатывание выключателя, индикатор светится зеленым цветом при дальнейшем увеличении уровня сигнала зеленый цвет плавно изменяется через желтый ­ оранжевый до красного   Контрастность   объекта   определяется   его   собственным   коэффициентом отражения и величиной отраженного света от окружающего фона.  Принцип работы оптических датчиков положения на прямом луче (Тип T)   Оптические датчики, работающие на прямом луче, состоят из приемника и передатчика,   выполненных   в   отдельных   корпусах.   При   эксплуатации   они располагаются   соосно   дуг   против   друга.   Поток   излучения   от   излучателя передатчика   направлен   на   приемник.   Срабатывание   происходит   при прерывании луча объектом. Датчики использующие принцип прерывания луча, отличаются большой дальностью действия ­ до нескольких десятков метров и большой помехозащищенностью от воздействия посторонних факторов (пыль, капли воды и других жидкостей)   Основными недостатками таких датчиков является наличие двух отдельных изделий, что не всегда удобно при их монтаже и прокладке проводов питания к ним.   Необходимо иметь в виду, что: посторонние   предметы   с   высоким   коэффициентом   отражения,   подобные рефлектору, находящиеся в области перекрытия диаграмм направленностей приемника и передатчика, могут вызвать ложное срабатывание;  прозрачные и полупрозрачные объекты недостаточно ослабят луч до порога срабатывания.    Для   уменьшения   или   полного   устранения   вышеперечисленных   эффектов оптические выключатели снабжены регуляторами чувствительности.    Диаметр   прямого   луча   определяет   минимальный   размер   регистрируемого объекта.  Принцип работы оптических датчиков положения на отраженном луче (Тип D) В   оптических   датчиках,   использующих   эффект   диффузного   и   зеркального отражения потока излучения от объекта, приемник и излучатель выполнены в одном корпусе. Поток  излучения  от  передатчика  попадает  на поверхность объекта, от которого происходит его отражение в различных направлениях. Распределение   отраженного   потока   определяется   оптическими   свойствами объекта.   Часть   потока   возвращается   обратно   в   приемник,   вызывая   его срабатывание.    Преимущество данного вида датчиков заключается в простоте применения, при котором не требуется никаких дополнительных приборов.    При   использовании   датчиков   данного   типа   необходимо   учитывать возможность   появления   ложных   срабатываний   в   случае   появления   за контролируемым   объектом   предметов   с   гораздо   большей   отражательной способностью.   В   этих   случаях   следует   применять   диффузные   оптические датчики с подавлением фона.    Поскольку   различные   материалы   отражают   падающий   на   них   поток излучения по­разному, то для нормирования расстояния срабатывания выбран стандартный объект воздействия ­ лист белой бумаги с размерами 100x100мм для выключателей с расстоянием срабатывания до 400мм и лист белой бумаги с размерами 200x200мм для выключателей с расстоянием срабатывания более 400мм.  Принцип   работы   оптических   датчиков   положения   на   отраженном   от рефлектора луче (Тип R)  Излучение светодиода имеет круговую поляризацию, т.е. представляет собой совокупность множества плоскополяризованных пространственных световых колебаний (волн) с различными плоскостями поляризации.   Если на пути луча установить оптический поляризационный фильтр, то через него пройдут только те волны, плоскость поляризации которых совпадает с плоскостью поляризации фильтра. Таким образом, поляризационный фильтр формирует луч с плоской поляризацией.    При отражении поляризованного луча от различных предметов плоскости поляризации падающего и отраженного луча, как правило, совпадают. Плоскость   поляризации   изменяется   на   90   град.   при   отражении   от специальных световозвращателей (уголковых отражателей или рефлекторов).   Если на пути поляризованного луча расположить еще один поляризационный фильтр с плоскостью поляризации, развернутой на 90град. по отношению к первому, то луч через него не пройдет. Таким образом, данный фильтр будет для него барьером.                                                                                    Принцип   работы   оптических   датчиков   положения   на отраженном от            рефлектора луче (Тип R)