Оптический фотоэлектрический прибор питания и блок управления что это такое

Обновлено: 31.10.2024

Фотоэлектрические датчики используют луч света для определения наличия или отсутствия объекта. Эта технология является идеальной альтернативой индуктивным бесконтактным датчикам, когда вам требуются большие расстояния обнаружения или когда объект, который вы хотите обнаружить, не является металлом. Наши фотоэлектрические датчики подходят для многих отраслей промышленности, таких как погрузочно-разгрузочные работы, упаковка, пищевая промышленность и транспорт. Для ваших специализированных приложений, требующих нестандартного разъема или кабеля, мы можем настроить подключение датчиков.

Подавление фона

Наши фотоэлектрические датчики с подавлением фона предназначены для приложений, требующих, чтобы датчик видел цель очень близко к отражающему фону. Это подавление фона особенно эффективно, когда цель и фон имеют одинаковую отражательную способность (например, свет, возвращаемый датчику от цели, примерно равен свету, отраженному от фона) или когда темные цели должны обнаруживаться на фоне более светлого, более светоотражающий фон.

Отключить обнаружение объектов

Наши фотоэлектрические датчики ClearSight™ Clear Object Detection решают три самые серьезные проблемы: контрастность, изменение формы и влажная среда. Наши датчики обеспечивают надежное обнаружение прозрачных материалов, таких как стеклянные и пластиковые бутылки или пленки.

Цвет и контрастность

Мы предлагаем различные фотоэлектрические датчики цвета и контраста. От датчиков распознавания истинного цвета RGB, предназначенных для промышленного использования, до датчиков для обнаружения меток совмещения и широкого спектра фоновых цветов, включая сложные пастельные тона, мы производим датчики цвета/контрастности для удовлетворения ваших потребностей.

Волоконно-оптические кабели

Наши волоконно-оптические кабели представляют собой световые трубы, которые подключаются к оптоволоконному датчику. Свет, излучаемый датчиком, проходит через прозрачные волокна в кабелях и выходит на конце волокна. Переданный или отраженный луч возвращается к приемнику по разным волокнам. Наши оптоволоконные кабели идеально подходят для обнаружения небольших объектов и устанавливаются в местах, недоступных для фотоэлектрических датчиков.

Волоконно-оптические датчики

Наши волоконно-оптические датчики подходят для упаковки, где требуется обнаружение очень маленьких объектов, проверка деталей в труднодоступных местах, регистрация цветовых меток и многое другое. Наши датчики состоят из блока усиления света и оптоволоконного кабеля, который можно установить в зоне обнаружения, что позволяет дистанционно регулировать чувствительность.

Оптические вилочные датчики

Наши оптические вилочные фотоэлектрические датчики — это простой в применении и экономичный метод обнаружения и подсчета мелких деталей в самых разных отраслях промышленности. Они устраняют проблемы выравнивания и настройки, связанные с другими решениями для измерения проходящего луча. Выбирайте пластиковые и металлические модели.

Фотоэлектрические датчики общего назначения

Наши фотоэлектрические датчики общего назначения обеспечивают надежную работу и отвечают потребностям большинства основных приложений во многих отраслях, таких как обработка материалов, упаковка, пищевая промышленность и транспорт.

Датчики опасных мест

Наши датчики опасных зон серии 5000 состоят из двух основных компонентов: фотоголовки и блока питания. Фотоголовку, в которой находится большая часть электроники, можно быстро снять с базы питания, повернув всего один винт. Эти датчики предназначены для классов I, II и III; Раздел 1 и 2, группы A, B, C, D, E, F и G опасные зоны.

Датчики этикеток

Наши датчики этикеток разработаны специально для обнаружения переднего и заднего края этикеток на полотне. Они используют фотоэлектрические или емкостные датчики для решения задач упаковки и маркировки, которые другие датчики просто не могут выполнить.

Лазерные датчики

Наши лазерные датчики точно обнаруживают небольшие объекты, такие как сварные гайки и монтажные зажимы. Их дальность действия гораздо больше, чем у датчиков, использующих стандартный видимый красный или инфракрасный свет.

Датчики массива света

Наши световые матричные датчики объединяют несколько элементов излучателя или приемника в одном корпусе, чтобы создать чувствительное поле вместо одного чувствительного луча. Следовательно, эти датчики могут обнаруживать цели в более широкой области. Это делает массивы идеальными для обнаружения деталей необычной формы, продуктов с зазорами или промежутками, а также непоследовательно расположенных целей за небольшую часть стоимости использования нескольких пар датчиков.

Датчики люминесценции

Наши люминесцентные датчики Bulletin 45LUM обнаруживают присутствие люминесцентных/флуоресцентных частиц и материалов, невидимых человеческому глазу. Этот автономный датчик в корпусе IP 67 может обнаруживать клей, чернила, прозрачные этикетки, масла, смазки, краски, моющие средства и мелки.

Фотоэлектрические датчики обнаруживают фотооптические детали. Компания OMRON предлагает множество разновидностей датчиков, в том числе датчики с диффузным отражением, датчики с пересечением луча, датчики с обратным отражением и датчики с регулируемым расстоянием, а также датчики со встроенными или отдельными усилителями и волоконно-оптическими модулями.

Введение	Возможности
Принципы	Классификация
Технические данные	Дополнительная информация
Объяснение терминов	Устранение неполадок

Что такое фотоэлектрический датчик?

Фотоэлектрические датчики обнаруживают объекты, изменения состояния поверхности и другие объекты с помощью различных оптических свойств.
Фотоэлектрический датчик состоит в основном из излучателя для излучения света и приемника для приема света. Когда излучаемый свет прерывается или отражается чувствительным объектом, количество света, попадающего на приемник, меняется. Приемник обнаруживает это изменение и преобразует его в электрический выходной сигнал. Источником света для большинства фотоэлектрических датчиков является инфракрасный или видимый свет (обычно красный или зеленый/синий для определения цветов).
Фотоэлектрические датчики классифицируются, как показано на рисунке ниже. (См. Классификацию.)

Датчики на пересечение луча

Сенсоры на отражение

Датчики диффузного отражения

Возможности

<р>1. Большое расстояние обнаружения

Например, датчик на пересечение луча может обнаруживать объекты на расстоянии более 10 м. Это невозможно при использовании магнитных, ультразвуковых или других методов обнаружения.

<р>2. Практически нет ограничений по объектам обнаружения

Эти датчики работают по тому принципу, что объект прерывает или отражает свет, поэтому они не ограничены, как датчики приближения, обнаружением металлических объектов. Это означает, что их можно использовать для обнаружения практически любых объектов, включая стекло, пластик, дерево и жидкость.

<р>3. Быстрое время отклика

Время отклика чрезвычайно мало, поскольку свет распространяется с высокой скоростью, а датчик не выполняет никаких механических операций, поскольку все схемы состоят из электронных компонентов.

<р>4. Высокое разрешение

Невероятно высокое разрешение, достигнутое с помощью этих датчиков, является результатом передовых технологий проектирования, которые позволили получить очень маленький точечный луч и уникальную оптическую систему для приема света. Эти разработки позволяют обнаруживать очень маленькие объекты, а также определять точное положение.

<р>5. Бесконтактное обнаружение

Вероятность повреждения чувствительных объектов или датчиков невелика, поскольку объекты можно обнаружить без физического контакта.
Это гарантирует долгие годы службы датчиков.

<р>6. Идентификация цвета

Скорость, с которой объект отражает или поглощает свет, зависит как от длины волны излучаемого света, так и от цвета объекта. Это свойство можно использовать для обнаружения цветов.

<р>7. Простая настройка

Расположение луча на объекте упрощается с моделями, которые излучают видимый свет, потому что луч виден.

Принципы работы

(1) Свойства света

Прямолинейное распространение

Когда свет проходит через воздух или воду, он всегда движется по прямой. Прорезь на внешней стороне датчика пересечения луча, которая используется для обнаружения мелких объектов, является примером того, как этот принцип применяется на практике.

Преломление

Преломление – это явление, когда свет отклоняется при прохождении под углом через границу между двумя средами с разными показателями преломления.

Отражение
(обычное отражение, обратное отражение, диффузное отражение)

Плоская поверхность, например стекло или зеркало, отражает свет под углом, равным углу падения света. Такой вид отражения называется регулярным отражением. Угловой куб использует этот принцип, располагая три плоские поверхности перпендикулярно друг другу. Свет, излучаемый в направлении углового куба, неоднократно распространяется в виде регулярных отражений, и отраженный свет в конечном итоге движется прямо обратно к излучаемому свету. Это называется ретрорефлексией.
Большинство световозвращателей состоят из угловых кубов размером в несколько квадратных миллиметров, расположенных в точной конфигурации.
Матовые поверхности, такие как белая бумага, отражают свет во всех направлениях. Это рассеяние света называется диффузным отражением.
Этот принцип является методом измерения, используемым датчиками диффузного отражения.

Поляризация света

Свет можно представить в виде волны, которая колеблется горизонтально и вертикально. Фотоэлектрические датчики почти всегда используют светодиоды в качестве источника света. Свет, излучаемый светодиодами, колеблется в вертикальном и горизонтальном направлениях и называется неполяризованным светом. Существуют оптические фильтры, ограничивающие колебания неполяризованного света только в одном направлении. Они известны как поляризационные фильтры. Свет от светодиода, проходящий через поляризационный фильтр, колеблется только в одном направлении и называется поляризованным светом (точнее, линейно поляризованным светом). Поляризованный свет, колеблющийся в одном направлении (скажем, в вертикальном направлении), не может пройти через поляризационный фильтр, ограничивающий колебания в перпендикулярном направлении (например, в горизонтальном направлении). На этом принципе работает функция MSR для датчиков с обратным отражением и фильтр взаимной защиты от помех для датчиков на пересечение луча.

(2) Источники света

Генерация света
Импульсно-модулированный свет

Большинство фотоэлектрических датчиков используют импульсно-модулированный свет, который в основном излучает свет повторно через фиксированные интервалы.
Они могут обнаруживать объекты, расположенные на некотором расстоянии, поскольку с помощью этой системы легко устраняются эффекты внешних световых помех. В моделях, оборудованных защитой от взаимных помех, цикл излучения варьируется в заданном диапазоне для работы с когерентным светом и внешними световыми помехами.

Немодулированный свет — это непрерывный луч света определенной интенсивности, который используется с определенными типами датчиков, например датчиками меток. Хотя эти датчики имеют быстрое время отклика, их недостатки включают короткое расстояние срабатывания и восприимчивость к внешним световым помехам.

Цвет и тип источника света

(3) Триангуляция

Датчики с установкой расстояния обычно работают по принципу триангуляции. Этот принцип проиллюстрирован на следующей диаграмме.
Свет излучателя падает на чувствительный объект и отражает рассеянный свет. Линза приемника концентрирует отраженный свет на детекторе положения (полупроводник, который выдает сигнал в зависимости от того, где на него падает свет). Когда воспринимающий объект находится в точке А рядом с оптической системой, свет концентрируется в точке а на детекторе положения. Когда воспринимающий объект находится в точке B вдали от оптической системы, свет концентрируется в точке b на детекторе положения.

Классификация

(1) Классификация по методу обнаружения

<р>1. Датчики на пересечение луча
Метод обнаружения

Излучатель и приемник устанавливаются напротив друг друга, чтобы свет от излучателя мог попасть в приемник. Когда чувствительный объект, проходящий между излучателем и приемником, прерывает испускаемый свет, это уменьшает количество света, попадающего в приемник. Это уменьшение интенсивности света используется для обнаружения объекта.

Метод обнаружения идентичен методу датчиков на пересечение луча, а некоторые модели, называемые щелевыми датчиками, оснащены встроенными излучателем и приемником.

Возможности

Стабильная работа и большие расстояния срабатывания от нескольких сантиметров до нескольких десятков метров.

Положение обнаружения не зависит от изменения траектории объекта обнаружения.

На работу не сильно влияет распознавание блеска, цвета или наклона объекта.

<р>2. Датчики диффузного отражения

Метод обнаружения

Излучатель и приемник установлены в одном корпусе, и свет обычно не возвращается к приемнику. Когда свет от излучателя попадает на чувствительный объект, объект отражает свет, и он попадает в приемник, где интенсивность света увеличивается. Это увеличение интенсивности света используется для обнаружения объекта.

Возможности

Расстояние срабатывания от нескольких сантиметров до нескольких метров.

Простая регулировка крепления.

Интенсивность отраженного света, стабильность работы и расстояние обнаружения зависят от условий (например, цвета и гладкости) на поверхности объекта обнаружения.

<р>3. Световозвращающие датчики

Метод обнаружения

Излучатель и приемник установлены в одном корпусе, и свет от излучателя обычно отражается обратно к приемнику с помощью отражателя, установленного на противоположной стороне. Когда чувствительный объект прерывает свет, он уменьшает количество получаемого света. Это уменьшение интенсивности света используется для обнаружения объекта.

Возможности

Расстояние срабатывания варьируется от нескольких сантиметров до нескольких метров.

Простая регулировка проводки и оптической оси (экономия труда).

На работу не сильно влияет цвет или угол расположения чувствительных объектов.

Свет проходит через чувствительный объект дважды, что делает эти датчики пригодными для обнаружения прозрачных объектов.

Чувствующие объекты с зеркальной отделкой могут не обнаруживаться, потому что количество света, отраженного обратно к приемнику от таких блестящих поверхностей, создает впечатление отсутствия воспринимающего объекта. Эту проблему можно решить с помощью функции MSR.

У светоотражающих датчиков есть мертвая зона на близких расстояниях.

<р>4. Датчики с регулируемым расстоянием

Метод обнаружения

Приемник в датчике представляет собой двухкомпонентный фотодиод или датчик положения. Свет, отраженный от чувствительного объекта, концентрируется на приемнике. Обнаружение основано на принципе триангуляции, который гласит, что место концентрации луча зависит от расстояния до объекта обнаружения.
На следующем рисунке показана система обнаружения, в которой используется двухкомпонентный фотодиод. Ближайший к корпусу конец фотодиода называется N (ближним) концом, а другой конец называется F (дальним) концом. Когда чувствительный объект достигает заданного положения, отраженный свет концентрируется посередине между концом N и концом F, и фотодиоды на обоих концах получают одинаковое количество света. Если воспринимающий объект находится ближе к датчику, то отраженный свет концентрируется на N-конце. И наоборот, отраженный свет концентрируется на F-конце, когда воспринимаемый объект находится дальше заданного расстояния. Датчик вычисляет разницу между интенсивностью света на концах N и F, чтобы определить положение чувствительного объекта.

Возможности

Операция не сильно зависит от состояния поверхности или цвета объекта.

Фон не сильно влияет на работу.

BGS (подавление фона) и FGS (подавление переднего плана)

При использовании E3Z-LS61, E3Z-LS66, E3Z-LS81 или E3Z-LS86 выберите функцию BGS или FGS для обнаружения объектов на конвейерной ленте.
Функция BGS предотвращает появление любых фоновых объектов (т. е. , конвейер) за пределами установленного расстояния от обнаружения.
Функция FGS предотвращает обнаружение объектов, находящихся ближе, чем установленное расстояние, или объектов, которые отражают меньше, чем заданное количество света, к приемнику.
Объекты, которые отражают меньше определенного количества света:
(1) Объекты с очень низким коэффициентом отражения и объекты, которые темнее черной бумаги.
(2) Такие объекты, как зеркала, которые возвращают практически весь свет обратно в Излучатель.
(3) Неровные, глянцевые поверхности, которые отражают много света, но рассеивают свет в случайных направлениях.
Отраженный свет может на мгновение вернуться к приемнику для пункта (3) из-за движения объекта . В этом случае может потребоваться использование таймера задержки выключения или других средств для предотвращения дребезга.

Возможности

Могут быть обнаружены небольшие различия в высоте (BGS и FGS).

Влияние восприятия цвета объекта сведено к минимуму (BGS и FGS).

Эффекты фоновых объектов сведены к минимуму (BGS).

Обнаружение неровностей объекта может повлиять на работу (BGS и FGS).

<р>5. Датчики с ограниченным отражением

Метод обнаружения

Так же, как и датчики диффузного отражения, датчики ограниченного отражения получают свет, отраженный от объекта обнаружения, для его обнаружения. Оптическая система ограничивает область излучения и приема света, поэтому могут быть обнаружены только объекты, находящиеся на определенном расстоянии (область, в которой излучение и прием света перекрываются) от Датчика. На рисунке справа чувствительный объект в точке (A) может быть обнаружен, а объект в точке (B) — нет.

Возможности

Могут быть обнаружены небольшие различия в высоте.

Расстояние от датчика можно ограничить для обнаружения только объектов в определенной области.

Распознавание цветов объекта не сильно влияет на работу.

На работу сильно влияет глянцевитость или наклон чувствительного объекта.

(2) Точки выбора методом обнаружения

Контрольные точки для датчиков пересечения луча и датчиков отраженного света

Обнаружение объекта

(1) Размер и форма (по вертикали x по горизонтали x высота)
(2) Прозрачность (непрозрачная, полупрозрачная, прозрачная)
(3) Скорость V (м/с или единиц/мин) .)

Датчик

(1) Расстояние срабатывания (L)
(2) Ограничения по размеру и форме
a) Датчик
b) Световозвращатель (для световозвращающих датчиков)
(3 ) Необходимость установки рядом друг с другом
a) Количество блоков
b) Шаг установки
c) Необходимость установки в шахматном порядке
(4) Ограничения по установке (под углом и т. д.) .)

Окружающая среда

(1) Температура окружающей среды
(2) Наличие брызг воды, масла или химикатов
(3) Другое

Контрольные точки для датчиков с диффузным отражением, датчиками с регулируемым расстоянием и датчиками с ограниченным отражением

Обнаружение объекта

(1) Размер и форма (по вертикали x по горизонтали x высота)
(2) Цвет
(3) Материал (сталь, нержавеющая сталь, дерево, бумага и т. д.)
(4 ) Состояние поверхности (текстурированная или глянцевая)
(5) Скорость V (м/с или единиц/мин.)

Датчик

(1) Расстояние срабатывания (расстояние до детали) (L)
(2) Ограничения по размеру и форме
(3) Необходимость установки рядом
a) Количество блоков
b) Шаг установки
(4) Ограничения по установке (наклон и т. д.)

Фон

Фон
(1) Цвет
(2) Материал (сталь, нержавеющая сталь, дерево, бумага и т. д.)
(3) Состояние поверхности (текстурированная, глянцевая и т. д.)< /p>

Окружающая среда

(1) Температура окружающей среды
(2) Наличие брызг воды, масла или химикатов
(3) Другое

(3) Классификация по конфигурации

Фотоэлектрические датчики обычно состоят из излучателя, приемника, усилителя, контроллера и источника питания. Они классифицируются, как показано ниже, в зависимости от конфигурации компонентов.

<р>1. Датчики с отдельными усилителями

Датчики на пересечение луча имеют отдельные излучатель и приемник, а отражающие датчики имеют встроенные излучатель и приемник. Усилитель и контроллер размещены в одном блоке усилителя.

Возможности

Компактный размер, поскольку интегрированный излучатель-приемник состоит просто из излучателя, приемника и оптической системы.

Чувствительность можно настроить дистанционно, если излучатель и приемник установлены в узком пространстве.

Сигнальный провод от блока усилителя к излучателю и приемнику чувствителен к шуму.

Типичные модели (усилители): E3NC, E3C-LDA и E3C

В эти датчики встроено все, кроме источника питания. (Датчики на пересечение луча делятся на излучатель, состоящий исключительно из излучателя, и приемник, состоящий из приемника, усилителя и контроллера.) Блок питания представляет собой автономный блок.

Возможности

Приемник, усилитель и контроллер объединены воедино, что устраняет необходимость в проводке для слабого сигнала. Это делает датчик менее восприимчивым к шуму.

Требуется меньше проводки, чем для датчиков с отдельными усилителями.

Хотя эти датчики, как правило, больше, чем датчики с отдельными усилителями, датчики с нерегулируемой чувствительностью такие же маленькие.

Обычные модели: E3Z, E3T и E3S-C

<р>3. Датчики со встроенными блоками питания

Источник питания, излучатель и приемник установлены в одном корпусе с этими датчиками.

Возможности

Датчики могут быть подключены напрямую к коммерческому источнику питания, чтобы обеспечить большой контрольный выход непосредственно от приемника.

Эти датчики намного крупнее датчиков других конфигураций, поскольку излучатель и приемник содержат дополнительные компоненты, такие как трансформаторы питания.

Обычные модели: E3G-M, E3JK и E3JM

<р>4. Датчики площади

Датчик площади — это датчик пересечения луча, который состоит из пары излучателя и приемника с несколькими лучами. Выберите ширину срабатывания датчика в соответствии с приложением.

Поскольку производственный мир становится все более и более автоматизированным, промышленные датчики стали ключом к повышению как производительности, так и безопасности.

Промышленные датчики — это глаза и уши нового производственного цеха. Они бывают любых размеров, форм и технологий. Наиболее распространенными технологиями являются индукционные, емкостные, фотоэлектрические, магнитные и ультразвуковые. Каждая технология имеет уникальные сильные и слабые стороны, поэтому требования самого приложения будут определять, какую технологию следует использовать. Эта статья посвящена фотоэлектрическим датчикам и определяет, что они из себя представляют, их преимущества и некоторые основные режимы работы.

Фотоэлектрические датчики широко используются в повседневной жизни. Они помогают безопасно управлять открытием и закрытием ворот гаража, включать краны раковины взмахом руки, управлять лифтами, открывать двери продуктового магазина, обнаруживать автомобиль-победитель в гонках и многое другое.

Фотоэлектрический датчик — это устройство, определяющее изменение интенсивности света. Как правило, это означает либо необнаружение, либо обнаружение источника света, излучаемого датчиком. Тип света и способ обнаружения цели зависят от сенсора.

Фотоэлектрические датчики состоят из источника света (светодиода), приемника (фототранзистора), преобразователя сигнала и усилителя. Фототранзистор анализирует входящий свет, проверяет, исходит ли он от светодиода, и соответствующим образом запускает выходной сигнал.

Фотоэлектрические датчики имеют множество преимуществ по сравнению с другими технологиями. Диапазоны чувствительности фотоэлектрических датчиков намного превосходят индуктивные, емкостные, магнитные и ультразвуковые технологии. Их небольшой размер по сравнению с диапазоном чувствительности и уникальное разнообразие корпусов делают их идеальными практически для любого применения.Наконец, благодаря постоянному развитию технологий фотоэлектрические датчики конкурентоспособны по цене с другими сенсорными технологиями.

Режимы обнаружения
Фотоэлектрические датчики обеспечивают три основных метода обнаружения целей: рассеянный, отраженный и сквозной луч, с различными вариантами каждого из них.

Рассеянный режим
В рассеянном режиме измерения, иногда называемом бесконтактным режимом, передатчик и приемник находятся в одном корпусе. Свет от передатчика попадает на цель, которая отражает свет под произвольными углами. Часть отраженного света возвращается к приемнику, и цель обнаруживается. Поскольку большая часть передаваемой энергии теряется из-за угла цели и способности отражать свет, рассеянный режим приводит к более коротким дальностям обнаружения, чем достижимые с рефлекторными режимами и режимами сквозного луча.

Преимущество заключается в том, что не требуется дополнительное устройство, такое как отражатель или отдельный приемник. Факторы, влияющие на дальность обнаружения в рассеянном режиме, включают цвет, размер и отделку цели, поскольку они напрямую влияют на ее отражательную способность и, следовательно, на ее способность отражать свет обратно к приемнику датчика. В приведенной ниже таблице показано влияние цели на диапазон обнаружения для обнаружения в рассеянном режиме.

ТАБЛИЦА ОТРАЖАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ДЛЯ РАССЫЛЕННОГО РЕЖИМА

* Значения в этой таблице предназначены только для справки, поскольку точный диапазон чувствительности в приложении зависит от множества факторов.

Режим рассеянного сходящегося луча
Режим сходящегося луча — это более эффективный метод обнаружения рассеянного излучения. В режиме сходящегося луча линза передатчика фокусируется в точной точке перед датчиком, а линза приемника фокусируется в той же точке. Диапазон чувствительности фиксирован и определяется как точка фокусировки. Затем датчик может обнаружить объект в этой фокусной точке плюс-минус некоторое расстояние, известное как «сенсорное окно». Объекты перед или за этим сенсорным окном игнорируются. Окно восприятия зависит от отражательной способности цели и настройки чувствительности. Поскольку вся излучаемая энергия фокусируется в одной точке, доступен высокий уровень избыточного усиления, что позволяет датчику легко обнаруживать узкие цели или цели с низкой отражательной способностью.

Рассеянный режим с подавлением фона
Рассеянный режим обнаружения с подавлением фона обнаруживает цели только до определенного «граничного» расстояния, но игнорирует объекты за пределами этого расстояния. Этот режим также минимизирует чувствительность к цвету цели среди вариаций рассеянного режима. Одним из основных преимуществ рассеянного режима с подавлением фона является возможность игнорировать фоновый объект, который может быть ошибочно идентифицирован как цель стандартным фотоэлектрическим датчиком рассеянного режима.

Рассеянный режим с подавлением фона может работать на фиксированном или переменном расстоянии. Технически подавление фона можно осуществить двумя способами: механическим или электронным.

Рассеянный режим с механическим подавлением фона
Для механического подавления фона в фотоэлектрическом датчике имеется два приемных элемента, один из которых принимает свет от мишени, а другой — от задний план. Когда отраженный свет на целевом приемнике больше, чем на фоновом приемнике, цель обнаруживается и активируется выход. Когда отраженный свет на фоновом приемнике больше, чем на целевом приемнике, цель не обнаруживается и выход не меняет своего состояния. Фокусная точка может быть механически отрегулирована для датчиков с переменным расстоянием.

Рассеянный режим с электронным подавлением фона
При электронном подавлении фона внутри датчика вместо механических частей используется позиционно-чувствительное устройство (PSD). Передатчик испускает световой луч, который отражается обратно в две разные точки PSD как от мишени, так и от фонового материала. Датчик оценивает свет, падающий на эти две точки PSD, и сравнивает этот сигнал с предварительно установленным значением, чтобы определить, изменяется ли состояние выхода.

Световозвращающий режим
Световозвращающий режим — это второй основной режим фотоэлектрического восприятия. Как и при диффузном измерении, передатчик и приемник находятся в одном корпусе, но для отражения света от передатчика обратно к приемнику используется отражатель. Цель обнаруживается, когда она блокирует луч от фотоэлектрического датчика к отражателю. Режим обратного отражения обычно обеспечивает большую дальность обнаружения, чем режим рассеяния, из-за повышенной эффективности отражателя по сравнению с отражательной способностью большинства целей. Целевой цвет и отделка не влияют на дальность обнаружения в световозвращающем режиме, как в рассеянном режиме.

Фотоэлектрические датчики с обратным отражением доступны с поляризационными фильтрами или без них.Поляризационный фильтр пропускает свет только с определенным фазовым углом обратно к приемнику, что позволяет датчику видеть блестящий объект как цель, а не как отражатель. Это связано с тем, что свет, отраженный от отражателей, сдвигает фазу света, а свет, отраженный от блестящей мишени, - нет. Поляризованный фотоэлектрический датчик с обратным отражением должен использоваться с угловым отражателем, который представляет собой тип отражателя, способного точно возвращать световую энергию по параллельной оси обратно к приемнику. Поляризованные световозвращающие датчики рекомендуются для любого применения с отражающими целями.

Неполяризованные фотоэлектрические датчики с обратным отражением обычно обеспечивают больший диапазон чувствительности, чем поляризованные версии, но могут ложно идентифицировать блестящую цель как отражатель.

Ретроотражающий режим для обнаружения четких объектов
Обнаружение четких объектов может быть достигнуто с помощью световозвращающего режима для обнаружения четких объектов фотоэлектрическим датчиком. В этих датчиках используется схема с низким гистерезисом для обнаружения небольших изменений света, которые обычно возникают при обнаружении прозрачных объектов. В датчике режима ясного объекта используются поляризованные фильтры как на передатчике датчика, так и на приемнике, чтобы уменьшить ложные срабатывания, вызванные отражениями от цели.

Режим отражения с подавлением переднего плана
Датчики отражения с подавлением переднего плана не будут ложно идентифицировать глянцевые цели как отражатель, когда они находятся на определенном расстоянии или в мертвой зоне. Этот режим подходит для обнаружения поддонов, упакованных в термоусадочную пленку, поскольку датчик стандартного рефлекторного режима может принять глянцевое покрытие за отражатель и не изменить свое состояние. Оптические отверстия перед элементами передатчика и приемника в корпусе датчика создают зону для исключения ошибочного обнаружения отражающего материала.

Режим сквозного луча
Режим сквозного луча, также называемый встречным режимом, — это третий и последний основной метод обнаружения для фотоэлектрических датчиков. В этом режиме используются два отдельных корпуса, один для передатчика и один для приемника. Свет от передатчика направлен на приемник, и когда цель прерывает этот световой луч, активируется выход на приемнике. Этот режим является наиболее эффективным из трех и обеспечивает максимально возможный диапазон чувствительности фотоэлектрических датчиков.

Датчики с режимом сквозного луча доступны в различных стилях. Наиболее распространенные включают один корпус передатчика, один корпус приемника и один световой луч между двумя корпусами. Другим типом являются «щелевые» или «вилочные» фотоэлектрические датчики, которые объединяют и передатчик, и приемник в одном корпусе без необходимости выравнивания. Световые сетки — это массивы из множества разных передатчиков в одном корпусе и множества разных приемников в другом корпусе, которые при наведении друг на друга создают виртуальный «лист» световых лучей.

Оптоволоконное зондирование
Оптоволоконные датчики направляют свет от передатчика по пластиковым или стеклянным кабелям, называемым оптоволоконными кабелями. В приложениях с небольшими целями или неблагоприятными условиями оптимальным решением могут быть волоконно-оптические кабели. Волоконно-оптические кабели позволяют проводить измерения в рассеянном режиме или в режиме сквозного луча.

Кабели со стеклянным волокном состоят из крошечных стеклянных нитей, которые связаны друг с другом внутри специальной оболочки. Оптоволоконные кабели из стекловолокна, как правило, более прочные, чем пластиковые версии, более эффективны в передаче света, что приводит к увеличению дальности обнаружения, и хорошо работают как с видимым красным, так и с инфракрасным светом.

Пластиковые оптоволоконные кабели изготавливаются из светопроводящего пластикового моноволокна и помещаются в защитную оболочку из ПВХ. Пластиковые оптоволоконные кабели, как правило, более гибкие и экономичные, чем стеклянные, их можно обрезать до нужной длины и они работают только с видимым светом.

SIDEBAR/BOX
Фотоэлектрические датчики для конкретных приложений
В дополнение к стандартным режимам работы фотоэлектрических датчиков также существует несколько датчиков для конкретных приложений. Эти датчики используются для решения многих нетрадиционных фотоэлектрических задач, таких как обнаружение изменений в цвете цели, пористых целей и невидимой маркировки на продуктах.

Примеры датчиков для конкретных приложений включают:

Цвет. Датчики цвета доступны в самых разных стилях и вариантах. Самые простые датчики цвета представляют собой одноканальные устройства, которые можно запрограммировать на обнаружение одного цвета. Более продвинутые устройства могут обнаруживать до десяти или более уникальных цветов и позволяют запрограммировать несколько оттенков на одном канале. Типичные приложения включают контроль качества, когда на продукте отмечаются разные цвета по мере завершения этапа производства. Другим возможным применением может быть программирование нескольких оттенков цвета на одном и том же канале.Эти цвета могут указывать на приемлемый для производителя диапазон отклонений цвета готового продукта при окрашивании или литье под давлением.

Контрастность. Датчики контрастности используются для обнаружения разницы между двумя цветами или носителями. Сначала датчик обучается двум различным условиям. Затем он оценивает текущие условия, и если отраженный свет текущей цели ближе к первому условию, выход останется выключенным. Если отраженный свет текущей цели ближе ко второму условию, выход изменит состояние. Типичным применением контрастного распознавания является обнаружение приводных меток перед резкой или преобразованием бумаги в упаковочной промышленности.

Люминесцентные датчики используются для обнаружения чернил, жиров, клеев, красок, мела и других материалов с люминесцентными свойствами. Метки на неровном фоне, а также четкие или невидимые маркировки легко обнаруживаются с помощью источника ультрафиолетового света. Типичными приложениями для люминесцентных датчиков являются обнаружение прозрачных пломб с защитой от несанкционированного доступа на флаконах с лекарствами или обнаружение дефектного продукта, отмеченного мелом (например, сучок на куске дерева).

Световые сетки. Световые сетки используются для создания сетки или листа света. Есть много вариантов, размеров и приложений для световых решеток. Миниатюрные световые сетки с высоким разрешением можно использовать для подсчета мелких деталей. Можно использовать сетки большего размера, чтобы обеспечить выброс детали из пресса перед следующим циклом прессования. Световые решетки безопасности используются для создания безопасного «периметра» вокруг машины, чтобы операторы были защищены от потенциально опасных частей машины.

Пассивные инфракрасные датчики. Пассивные инфракрасные датчики используются для обнаружения движения объекта в пределах определенной области или зоны обнаружения. Термин «пассивный» используется потому, что датчик не излучает никакого света, а вместо этого обнаруживает инфракрасное излучение объекта, температура которого отличается от температуры окружающей среды. Типичное применение пассивных инфракрасных датчиков — управление автоматическими дверями или освещением.

Сканеры зон. Как и пассивные инфракрасные датчики, сканеры зон используются для обнаружения присутствия или движения объекта в пределах определенной области или зоны обнаружения. Основное отличие состоит в том, что активные инфракрасные датчики излучают свет и способны обнаруживать движение объекта в зоне, когда невозможно определить температуру цели. Типичным применением может быть обнаружение транспортных средств, приближающихся к подъемным воротам на складе, поскольку невозможно определить ни температуру транспортного средства, ни температуру окружающей среды.

Об авторе

Гэри Фригис – менеджер по маркетингу продуктов, а Эд Майерс и Джефф Эллисон – менеджеры по продуктам Pepperl+Fuchs

Защита персонала становится все более важной в автоматизированных процессах. Везде, где машины выполняют движения с высокой степенью риска, необходимо соблюдать соответствующие правила охраны труда и техники безопасности. Даже если оператор на мгновение отвлечется, необходимо предотвратить порезы, раздавливания и удары.

Pepperl+Fuchs предлагает широкий ассортимент активных фотоэлектрических защитных устройств, которые снижают типичные риски, связанные с машинами и оборудованием. Вместе с соответствующими блоками управления безопасностью активные фотоэлектрические защитные устройства, такие как датчики безопасности на пересечение луча и защитные световые сетки, обеспечивают остановку при обнаружении несанкционированного доступа или проникновении кого-либо в опасную зону.

Однолучевые фотоэлектрические датчики — это простой и экономичный способ защиты опасных зон. Вместе с блоком управления безопасностью безопасные однолучевые фотоэлектрические датчики создают фотоэлектрическое защитное устройство, например, типа 2 или типа 4 в соответствии с EN ISO IEC 61496. Серии SL и SLA доступны в различных исполнениях и с различными диапазонами чувствительности.< /p>

Многолучевые фотоэлектрические датчики определяют защитное поле определенной высоты и ширины. Они основаны на принципе сквозного луча. Поле защиты, создаваемое красными или инфракрасными модулированными световыми лучами, оценивается блоком приемника или блоком внешнего интерфейса управления. Эти фотоэлектрические датчики безопасности часто характеризуются большим количеством лучей с малым зазором между лучами, который может составлять от 500 мм для двухлучевой защиты до 14 мм для защиты от пальцев.

Блоки управления безопасностью позволяют подключать и контролировать компоненты безопасности машины. Благодаря модульной конструкции систему SafeBox можно гибко конфигурировать. В зависимости от требований к одному интерфейсу управления можно подключить несколько компонентов. SafeBox подходит для подключения и управления фотоэлектрическими датчиками безопасности, механическими защитными устройствами и защитными выключателями.

Защитный край можно использовать везде, где движущиеся края представляют опасность. Край безопасности представляет собой резиновый профиль, который деформируется под давлением и вызывает безопасную остановку через соответствующий интерфейсный блок управления.Чувствительные к давлению защитные кромки могут снизить риски в опасных точках до уровня эффективности «e» в соответствии с EN ISO 13849-1.

Несколько сотен продуктов с оценкой SIL/PL, бесплатные инструменты и брошюры в одном месте: «Центр функциональной безопасности» — это ваша отправная точка, когда вам нужно внедрить функции безопасности.

Когда свет попадает на определенные светочувствительные материалы, они могут испускать электроны, изменять их способность проводить электричество или вызывать появление электрического потенциала или напряжения на двух поверхностях. Устройства, работа которых основана на этих эффектах, называются фотоэлектрическими устройствами.

Фотоэлектрические устройства можно адаптировать для различных приложений. Подобно оптическому переключателю, реагирующему на прерывание светового луча, фотоэлектрическое устройство может автоматически открывать двери или активировать счетчик на сборочной линии. Поскольку электрический ток, выдаваемый фотоэлектрическими устройствами, зависит от интенсивности падающего света, эти устройства можно использовать в качестве датчиков для включения света ночью и выключения днем. Фотоэлектрические устройства можно сделать чувствительными к определенным длинам волн падающего света и использовать их в фотометрах. Они также используются при воспроизведении звуковых дорожек фильмов.

Фотоэлектрические блоки также могут работать в инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах электромагнитного спектра (см. излучение). Например, световые лучи охранной сигнализации обычно выходят за пределы видимого спектра.

Фотоэлектрические устройства можно классифицировать в зависимости от того, как они реагируют на попадание света. Они могут быть фотоэмиссионными, фотопроводящими или фотогальваническими.

Фотоэмиссионные элементы

Фотоэмиссионная ячейка, широко известная как фототрубка, использует фотоэлектрический эффект — явление, при котором светочувствительные поверхности испускают электроны при попадании света. Фотоэмиссионные элементы иногда называют фотоэлементами или электрическими глазами. Фотоэлемент состоит из вакуумной трубки, заключенной в стекло или кварц, с двумя электродами: изогнутой поверхностью, называемой катодом, и тонким стержнем, называемым анодом. Катод изготовлен из фотоэмиссионного материала, поэтому, когда свет падает на катод, он испускает электроны.

Весь свет можно рассматривать как состоящий из отдельных пакетов энергии, называемых фотонами (см. свет; квантовая механика). Когда фотоны ударяются о катод, электроны в светочувствительном веществе поглощают их энергию. Таким образом, электроны приобретают достаточную энергию, чтобы покинуть поверхность металла. Если анод заряжен положительно, электроны притягиваются к нему. Это движение электронов от катода к аноду представляет собой электрический ток, который можно использовать в качестве источника энергии.

В вакуумной фототрубке чем ярче свет, падающий на катод, тем больше высвобождается электронов и тем больше ток, протекающий через трубку. Таким образом, любое изменение яркости или интенсивности света, падающего на трубку, мгновенно приводит к изменению протекания электрического тока. Работа многих фотоэлектрических устройств зависит от изменения интенсивности света. Электрический ток можно увеличить, если трубку заполнить инертным газом, например гелием или аргоном. Однако отклик заполненного газом фотоэлемента не всегда пропорционален интенсивности света. В результате такие устройства могут не подходить для определенных приложений.

Эффективность фотоэмиссионного материала измеряется с точки зрения его квантовой эффективности, определяемой как отношение его выходной энергии к энергии общего числа падающих фотонов. Квантовая эффективность металлов, которые изначально использовались для катодов фотоэлементов, составляет около 10 процентов. Однако сегодня в фотоэлементах используются полупроводники или кристаллические вещества, такие как кремний или германий, эффективность которых может достигать 100 процентов. (См. также полупроводник.)

Ток, протекающий через фотоэлемент, очень мал, особенно при слабом освещении, и его нельзя использовать для непосредственного управления каким-либо устройством. Сначала его нужно усилить. Для этого в фототрубке можно использовать устройство, называемое электронным умножителем. В этом случае фотоэлемент известен как фотоумножитель. Фотоумножитель имеет ряд анодов, называемых динодами, заключенных в стеклянную оболочку. Электроны с катода ударяются о первый динод на высоких скоростях и выбивают электроны из динода.Эти выпущенные электроны (называемые электронами вторичной эмиссии) притягиваются ко второму диноду, который имеет более высокое положительное напряжение. Каждый электрон снова выбивает новые вторичные электроны, и этот процесс продолжается по мере того, как электроны ударяют один динод за другим. В фотоумножителе используется до десяти динодов. Ток от последнего динода, который может быть до 2 миллионов раз сильнее начального тока, может использоваться для работы различных устройств.

Альтернативный метод усиления тока заключается в использовании канального электронного умножителя, полой стеклянной трубки С-образной формы, покрытой материалом, способным испускать большое количество электронов вторичной эмиссии. По сути, он имеет одну длинную поверхность динода вместо отдельных динодов.

В трубке создается электрическое поле, так что электроны от катода уносятся к другому концу. Электроны ударяются о поверхность динода несколько раз по мере того, как они огибают изгиб, и каждый раз, когда они это делают, испускается больше электронов.

Фотоэлементы обычно используются в системах сигнализации и автоматических открывателях дверей. Фотоумножители используются в астрономии для измерения интенсивности слабых звезд и в ядерных исследованиях для обнаружения и измерения мельчайших вспышек света.

Фотопроводящие элементы

Эти элементы, также известные как фоторезисторы, содержат тонкую пленку определенных полупроводниковых материалов, нанесенных на керамику. Когда эти полупроводниковые материалы подвергаются воздействию света, их электропроводность увеличивается. Обычно пленка изготавливается из сульфидов или теллуридов свинца или кальция.

Материалы, используемые для изготовления пленок в фотопроводящих элементах, обычно являются плохими проводниками электрического тока, поскольку их электроны не могут свободно перемещаться внутри материала при приложении электрического напряжения. Однако свет, направленный на такие материалы, поглощается некоторыми электронами, освобождая их для более легкого перехода от одного атома к другому. Когда фотопроводящие материалы удаляются из света, освобожденные электроны возвращаются в свое более прочно связанное состояние.

Фотопроводящие элементы могут использоваться в сигнализациях, открывателях дверей, цифровых тахометрах и счетчиках производственных линий. Они также входят в состав сканеров супермаркетов, которые считывают универсальные коды продуктов на продуктах (см. автоматизацию).

Фотоэлектрические элементы

В фотогальванических элементах генерируется небольшое напряжение, когда свет попадает на соединение между металлом и полупроводником или соединение между двумя разными полупроводниками. Эти устройства также называются солнечными батареями, поскольку они работают на солнечном свете.

Термин «фотогальванический эффект» используется для обозначения этого процесса, при котором два разнородных материала, находящиеся в тесном контакте, действуют как электрический элемент при попадании света. Как и в случае материалов, используемых в фотопроводящих устройствах, электроны в фотогальванических материалах обычно не могут свободно перемещаться от атома к атому. Экспериментально доказано, что когда свет попадает на электроны, он обеспечивает энергию, необходимую для освобождения некоторых из них от их связанного состояния.

Свободные электроны легче пересекают соединение между двумя материалами в одном направлении, чем в другом, придавая одной стороне соединения отрицательный заряд, а другой стороне положительный заряд, точно так же, как один электрод батареи имеет отрицательное напряжение. по отношению к другому (см. аккумулятор). Фотоэлектрический элемент может продолжать обеспечивать напряжение и ток, пока свет продолжает падать на два материала.

Напряжение, генерируемое одним фотогальваническим элементом, обычно составляет доли вольта. Однако, соединяя вместе многие тысячи отдельных ячеек, как в современных солнечных батареях, можно получить более 1 киловатта электроэнергии.

Энергетическая эффективность большинства современных фотоэлектрических элементов составляет всего от 7 до 11 процентов, то есть только часть поступающей лучистой энергии преобразуется в электрическую энергию. Поскольку интенсивность солнечного излучения невелика — около 125 ватт на квадратный фут (1350 ватт на квадратный метр) над атмосферой и меньше на поверхности Земли — для производства даже умеренного количества энергии требуются огромные и дорогостоящие сборки таких элементов. /p>

Следовательно, фотогальванические элементы, работающие на солнечном свете (с использованием солнечных элементов или солнечных батарей), до сих пор использовались в основном для приложений с очень низким энергопотреблением. Эти приложения включают их использование в качестве источников питания, например, для калькуляторов, часов и фотоаппаратов. Более крупные агрегаты использовались для питания космических спутников, экспериментальных самолетов и автомобилей. (См. также электричество; солнечная энергия.)

Мы были заняты, усердно работая над тем, чтобы предоставить вам новые функции и обновленный дизайн. Мы надеемся, что вам и вашей семье понравится НОВАЯ Britannica Kids. Уделите минутку, чтобы ознакомиться со всеми улучшениями!

Читайте также: