Czujniki zbliżeniowe optyczne

Zapraszamy do zapoznania się z koleją częścią artykułu o czujnikach zbliżeniowych. W pierwszej częsci przybliżone zostały czujniki zbliżeniowe i ich podział. W drugiej części zostały dokładniej omówione czujniki indukcyjne. W części trzeciej przedstawione zostaną czujniki zbliżeniowe optyczne.

Czujniki optyczne lub fotoelektryczne są najczęściej produkowane jako urządzenia składające się z odbiornika połączonego z nadajnikiem emitującym światło. Stosuje sie także rozwiązania złożone z oddzielnego nadajnika (źródła światła) i odbiornika - tzw. bariery świetlne.

Źródłem światła we wsółczesnych czujnikach fotoelektrycznych są diody LED pracujace w podczerwieni lub  diody laserowe. Odbiornikem jest natomiast fotoelement - fototranzystor, fotodioda, lub dedykowany układ fotoczuły ze wzmacniaczem.

Wady i zalety czujników zbliżeniowych optycznych

Zaletami czujników optycznych są:

• duża rozdzielczość umożliwiająca detekcję także bardzo małych obiektów i niewielkich przemieszczeń,
• duży zasięg detekcji (od kilku cm do kilkunastu metrów)
• krótki czas reakcji..

Podstawową wadą jest wrażliwość na kolor powierzchni (także jej zdolność do odbijania / pochłaniania światła) oraz zanieczyszczenia.

Podstawowe typy czujników zbliżeniowych optycznych

Czujnik optyczny odbiciowy

Czujnik optyczny odbicowy (ang. proximity switch) wykorzystuje bezpośrednie, rozproszone odbicie światła od obiektu. Nadajnik i odbiornik zamknięte są w tej samej obudowie. Nadajnik jest wrażliwy na światło odbite bezpośrednio od obiektu. Wiązka promieni emitowana przez nadajnik, napotykając na swojej drodze przeszkodę, odbija się od niej i częściowo powraca do odbiornika. Czujnik reaguje więc na obiekty wprowadzone w strefę jego działania.Zasięg jest głównie zależny od koloru światła emitowanego przez nadajnik. Jeśli jednak oświetlana powierzchnia jest silnie błyszcząca, to może okazać się, że odbicie powodowane przez powierzchnię ma znacznie większy wpływ na funkcjonowanie i zasięg czujnika, niż stosowany kolor światła.

Rys. 1 Czujnik optyczny odbiciowy	Rys. 2 Przykładowe zastosowanie czujnika odbiciowego

Czujnik optyczny refleksyjny 

Czujnik  refleksyjny (ang. retro-reflective sensor ) podobnie jak czujnik odbiciowy zbudowany jest z nadajnika i odbiornika zamkniętego w jednej obudowie. Nadajnik wysyła wiązkę światła w kierunku elementu odblaskowego, od którego odbija się i wraca do odbiornika.  Przesłonięcie wiązki przez obiekt powoduje przerwanie transmisji i uaktywnienie wyjścia czujnika. Ze względu na zastosowane zwierciadło (element odblaskowy) czujniki te nie są zależne od koloru obiektu i charakteryzują się bardzo dużym zasięgiem.

Rys. 3 Czujnik refleksyjny	Rys. 4 Przykładowe zastosowanie czujnika refleksyjnego

Czujnik optyczny typu bariera

Czujnik typu bariera (ang. through-beam sensor) w odróżnieniu od poprzedników posiada nadajnik i odbiornik umieszczone w osobnych obudowach. Przesłonięcie wiązki światła przebiegającej od nadajnika do odbiornika powoduje zadziałanie czujnika. Współczesne bariery często wykorzystują laser, co zapewnia bardzo duży zasięg (nawet do kilkuset metrów) i bardzo dobrą rozdzielczość.

Rys. 5 Czujnik optyczny typu bariera	Rys. 6 Przykład zastosowania czujnika typu bariera

Czujniki optyczne światłowodowe

Producenci oferują także czujniki optyczne, które mogą współpracować ze światłowodami. Czujniki takie stosuje się głównie do wykrywania obiektów w miejscach niedostępnych przez czujniki w standardowych obudowach lub w miejscach narażonych na np. wysokie temperatury. Czujniki te współpracują zarówno z czujnikami światłowodowymi odbiciowymi jak i typu bariera. Długości światłowodów montowanych do czujników oraz kształt ich koncówki mogą być praktycznie dowolne co pozwala na  wprowadzanie ich w miejsca o ograniczonym dostępie lub ze względu na wysoka temperaturę czy agresywne środowisko.

Rys. 7 Czujnik optyczny ze światłowodem	Rys.8 Końcówki czujników światłowodowych

Przykłady zastosowań czujników optycznych

Dzięki dużym zasięgom pracy czujniki zbliżeniowe optyczne (szczególnie typu bariera) znalazły zastosowanie w wielu dziedzinach. Oprócz typowych zastosowań automatyki można je spotkać między innymi w kontroli bram, przejść, systemach zabezpieczeń obiektów itp.