Czujniki optyczne są elementami automatyki, których działanie opiera się na zasadzie wysyłania wiązki promieni świetlnych przez nadajnik i ich odbieraniu przez odbiornik.
Czujniki optyczne reagują na obiekty, które znajdują się na drodze przebiegu wiązki światła. Zaletą czujników optycznych są duże zasięgi działania uzyskiwane dla ałych obudów czujników.
Szeroki zakres wykonań konstrukcyjnych czujników, użyte do ich realizacji układy elektroniczne i uzyskane parametry techniczne zapewniają dużą przydatność czujników optycznych w automatyce, we szystkich gałęziach przemysłu.
Firma TWT produkuje czujniki optyczne w metalowych, gwintowanych obudowach M12, M18 i M30.
Wykorzystuje się je m. in. do kontroli położenia ruchomych części maszyn, do identyfikacji obiektów znajdujących się w zasięgu działania czujników, np. przesuwających się na taśmach transportowych, do kreślania poziomu cieczy i materiałów sypkich.
Duże znaczenie w czujnikach optycznych odgrywa długość fali świetlnej emitowanej przez nadajnik. W większości czujniki te wykorzystują modulowane światło z zakresu bliskiej podczerwieni. Zaletą jest mała rażliwość czujników na widzialne światło z otoczenia.
Dodatkowo poprzez wzajemną synchronizację nadajnika i odbiornika gwarantowana jest duża odporność czujników na zakłócenia i możliwość pracy w warunkach zanieczyszczenia powietrza i przy zabrudzeniu układu optycznego czujnika. Wytworzony w nadajniku silny impuls świetlny nawet osłabiony rozproszeniem dociera do odbiornika, jest wzmocniony i analizowany zapewniając poprawne działanie czujnika. Zanieczyszczenie powietrza i zabrudzenie układu optycznego skraca strefę działania czujnika.
Czujniki optyczne są wyposażone w wysokiej jakości systemy soczewek optycznych, które dokładnie ukierunkowują promień świetlny w nadajniku i odbiorniku, umożliwiając realizację różnych funkcji zależnie od wykonania i przeznaczenia czujników.
CZUJNIKI OPTYCZNE ODBICIOWE TOO
Nadajnik i odbiornik umieszczone są we wspólnej obudowie. Reagują na obiekty wprowadzane w strefę działania czujnika. Wiązka promieni świetlnych emitowanych przez nadajnik, napotykając na swojej drodze przeszkodę, odbija się od niej zgodnie z zasadami fizyki. Część tych promieni świetlnych trafia bezpośrednio do odbiornika, gdzie wzmocnione służą do wytworzenia sygnału przełączającego wyjście czujnika.
CZUJNIKI OPTYCZNE REFLEKSYJNE
Nadajnik i odbiornik umieszczone są we wspólnej obudowie, skierowane w końcowy punkt zasięgu, w którym jest umieszczony specjalny reflektor odblaskowy, od którego odbija się wysyłana przez nadajnik wiązka promieni świetlnych. Przesłonięcie wiązki promieni świetlnych przez obiekt powoduje przerwanie transmisji i przełączenie obwodu wyjściowego czujnika.
JEDNOWIĄZKOWE BARIERY ŚWIETLNE
Nadajnik i odbiornik umieszczone są w oddzielnych obudowach. Wiązka światła przebiega poprzez przestrzeń od nadajnika do odbiornika, umieszczonych naprzeciw sobie w skrajnych punktach zasięgu. Przesłonięcie wiązki promieni świetlnych przez obiekt powoduje przerwanie transmisji i przełączenie obwodu wyjściowego czujnika. Ten typ czujnika stosuje się dla identyfikacji obiektów nieprzezroczystych, także odbijających promienie świetlne.
STREFA CZUŁOŚCI
Strefą czułości dla czujników odbiciowych jest maksymalna odległość od czoła czujnika karty pomiarowej (biały karton o wymiarach 20x20cm) zbliżanej wzdłuż osi wiązki świetlnej, przy której następuje przełączenie obwodu wyjściowego czujnika.
STREFA ROBOCZA
Strefą roboczą dla czujników optycznych odbiciowych jest maksymalna odległość kontrolowanego obiektu od czoła czujnika. Zależy ona od wielkości obiektu, barwy i faktury powierzchni oraz kąta pod którym obiekt jest widziany przez czujnik.
ZASIĘG
Zasięgiem działania dla czujników optycznych refleksyjnych jest maksymalna odległość od czoła czujnika reflektora odblaskowego lub dla czujników typu bariera maksymalny odstęp między nadajnikiem i odbiornikiem bariery, które zapewniają poprawne działanie czujników w warunkach przerwania promieni świetnych przez obiekt znajdujący się wewnątrz zasięgu.
Wewnętrznym potencjometrem wieloobrotowym można w pewnych granicach zmieniać zasięgi czułości czujników, dostosowując ten parametr do konkretnych zastosowań.
HISTEREZA
Działanie czujników optycznych charakteryzuje występowanie histerezy przełączania, którą jest różnica odległości obiektu od czujnika, przy których czujnik zmienia stan obwodu wyjściowego.
WSPÓŁCZYNNIKI KOREKCYJNE
Istotny wpływ na strefę działania czujnika optycznego ma wielkość odbitego światła. Zależy ona od rodzaju materiału, z którego obiekt jest wykonany, od jego barwy, struktury i wymiarów. Jasne powierzchnie, np. biały papier odbijają silniej niż ciemny, np. czarny karton. Niżej podano współczynniki korekcyjne dla różnych materiałów, uwzględniające właściwości odbicia światła:
- Papier biały matowy 200g/m2: 1
- Metal błyszczący; 1,2 - 1,6
- Aluminium czarne eloksalowane: 1,2 - 1,8
- Styropian biały: 1
- PCW szare: 0,5
- Karton czarny błyszczący: 0,3
- Karton czarny matowy: 0,1
- Drewno surowe: 0,4
FUNKCJA WYJŚCIOWA
Dwustanowe bezstykowe wyjścia czujników umożliwiają bezpośrednią współpracę z przekaźnikami i programowanymi sterownikami logicznymi. Czujniki optyczne z tranzystorami przełączającymi PNP, włączają (NO) lub wyłączają (NC) prąd w obciążeniu dołączonym do wyjścia czujnika. W wersji PNP czujniki dołączają potencjał dodatni do wyjścia czujnika.
ZASILANIE
Czujniki optyczne TO stosuje się w układach automatyki prądu stałego (10 - 30V DC). Czujniki charakteryzują się małym poborem prądu ze źródła napięcia zasilającego. O poprawnej pracy czujników optycznych w dużej mierze decyduje zasilanie. Czujniki optyczne można zasilać napięciem stałym stabilizowanym lub niestabilizowanym. Przy zasilaniu napięciem niestabilizowanym tętnienia napięcia nie mogą przekraczać 10%.
NAPIĘCIE SZCZĄTKOWE
Napięciem szczątkowym określa się spadek napięcia na wyjściu czujnika stanie wysterowania wyjścia.
ZABEZPIECZENIE PRZED PRZECIĄŻENIEM I ZWARCIEM WYJŚCIA
Czujniki optyczne zasilane prądem stałym posiadają zabezpieczenie prądowe chroniące czujniki przed uszkodzeniem w wyniku krótkotrwałego i ciągłego przeciążenia lub zwarcia wyjścia
SYGNALIZACJA LED
Stan pracy czujników optycznych sygnalizuje żółta dioda świecąca.
- dla czujników odbiciowych TOO - obiekt w strefie czułości,
- dla czujników refleksyjnych TOR - reflektor odblaskowy umieszczony prawidłowo.
TEMPERATURA PRACY
Zakres temperatur pracy czujników optycznych zawiera się w przedziale 10°C - +50°C.
WIBRACJE
T = 55Hz, amaks = 1mm
UDARY
bmaks = 20g, t = 11msek