تشخیص دقیق شی ورودی با سنسورهای فتوالکتریک

در صنعت، دستگاه های تخصصی مانند سنسورهای فتوالکتریک به طور فعال استفاده می شود که امکان تشخیص دقیق ترین شی ورودی را بدون نیاز به تماس فیزیکی فراهم می کند. آنها هنگام نصب تجهیزات مختلف مورد استفاده قرار می گیرند و همچنین انواع مختلفی دارند و در اصل عملکرد متفاوت هستند. شما می توانید یک دستگاه مناسب را با توجه به ویژگی های آن انتخاب کنید و همچنین موقعیتی که در آن چنین سنسوری استفاده می شود را در نظر بگیرید.

بیایید نگاهی دقیق‌تر به چیستی حسگر فتوالکتریک، وظایف آن و انواع مختلف سنسورهای فتوالکتریک بیندازیم.

سنسور فتوالکتریک چیست؟

سنسورهای فتوالکتریک در بسیاری از صنایع برای تشخیص دقیق اجسام بدون تماس فیزیکی استفاده می شوند.

در بیشتر موارد، سنسور فتوالکتریک را می توان به عنوان یک وسیله از نوع سوئیچ محدود در نظر گرفت که در آن یک پرتو نور عملکرد یک محرک مکانیکی یا بازوی اهرمی را انجام می دهد. دستگاه های توصیف شده با تغییر در شدت نور فعال می شوند که توسط جسم شناسایی شده (هدف) منعکس می شود یا به تأخیر می افتد. تغییرات در شدت نور می تواند در نتیجه وجود (یا عدم وجود) یک هدف یا در نتیجه تغییر در اندازه، شکل و بازتاب (رنگ هدف) باشد.

سنسور فتوالکتریک برای تشخیص هدف در فواصل کوتاه (از 20 میلی متر) و بزرگ (تا 150 متر) استفاده می شود. تشخیص موفقیت‌آمیز با حسگر فتوالکتریک مستلزم آن است که جسم مورد شناسایی باعث تغییر قابل توجهی در سطح شدت نور دریافتی توسط سنسور شود و کاربر درک روشنی از شرایط تشخیص داشته باشد.

عناصر اصلی طراحی انواع سنسورهای فتوالکتریک عبارتند از:

• امیتر (منبع پرتو نور) . به عنوان این عنصر، یک LED استفاده می شود – نیمه هادی که نور با طول موج یا رنگ خاصی را هنگام عبور جریان الکتریکی از آن ساطع می کند. LED های مادون قرمز برای ردیابی جهت پرتو، ایجاد نور بیشتر و تولید گرمای کمتر نسبت به انواع دیگر، و همچنین زرد، آبی و قرمز استفاده می شود که برای استفاده در شرایطی که نیاز به ردیابی رنگ یا سایه است، بهینه هستند. از شی مشاهده شده طراحی قطره چکان ها بادوام، مقاوم در برابر آسیب های مکانیکی است و به شما امکان می دهد در محدوده دمایی وسیعی از محیط کار کنید.
• گیرنده سیگنال نور (فتودیکتور) . فوتوترانزیستور یا فتودیود به طول موج نور و شدت آن حساس است. بسته به نوع ضربه دریافتی، پارامترهای جریان عبوری از آن را تغییر می دهد.
• لنز – طراحی شده برای محدود کردن ناحیه نور دریافتی و همچنین افزایش فاصله تشخیص جسم مورد مطالعه.
• دستگاه خروجی با خروجی گسسته یا آنالوگ که سوئیچینگ را در مدار کاربر انجام می دهد. انواع مختلفی از چنین دستگاه هایی استفاده می شود (رله الکترومکانیکی، ترانزیستور اثر میدانی و غیره) که هر کدام دارای مزایا، معایب و بر این اساس دامنه خاص خود هستند.
ویژگی های طراحی با توجه به محدوده و الزامات دستگاه تعیین می شود. بنابراین، سنسورهایی که برای تشخیص دما یا نور طراحی شده اند (به عنوان مثال، سنسورهایی که روشن و خاموش شدن خودکار دستگاه های روشنایی را کنترل می کنند) ممکن است مجهز به ساطع کننده نور نباشند و برخی از مدل های ساده شده فاقد لنز هستند.

در طول نصب، پیکربندی و عملکرد سنسورها، تعدادی از الزامات و توصیه ها باید رعایت شود:

• اطمینان حاصل کنید که محل نصب سنسور در برابر پرتوهای منابع نور روشن و همچنین لامپ های فلورسنت محافظت می شود.
• برای جلوگیری از تداخل، از کوتاه ترین طول کابل ممکن برای شرایط نصب خاص استفاده کنید.
• هنگام نصب، توجه داشته باشید که فاصله حسگر سنسور به مواد، شکل سطح و ابعاد جسم بستگی دارد.
• در هنگام نصب سنسورها فاصله لازم را از سطح نصب رعایت کنید که امکان انعکاس نور از سطح را منتفی می کند.
• از قرار دادن کابل سنسور در همان مجرای کابل فشار قوی خودداری کنید.
• عنصر نوری را با یک پارچه خشک تمیز کنید، از مواد قلیایی یا اسیدی استفاده نکنید.

علاوه بر تولید صنعتی، از حسگرهای فتوالکتریک برای انجام طیف وسیعی از وظایف دیگر نیز استفاده می شود :
• مدیریت تجهیزات و ماشین آلات تولید.
• به عنوان یکی از عناصر اصلی سیستم دسترسی مترو.
• کنترل مساحت الگوها و سایر نقاط خالی اشکال هندسی پیچیده.
• در فرآیند برش پلاسما فلز برای خواندن یک برنامه داده شده از یک کارت پانچ.
• هنگام انجام تعدادی از فرآیندها در چاپخانه – شمارش ورق ها، بررسی صحت برش و انباشته کردن، و همچنین کنترل عملکرد مطبوعات.
همچنین، سنسورهای فتوالکتریک در صنایع مدرن علمی (رباتیک و غیره) استفاده می شود.

3 نوع حسگرهای فتوالکتریک

سنسورهای فتوالکتریک استاندارد از یک پرتو نور جهت دار تولید شده توسط فرستنده استفاده می کنند. حسگرهای فتوالکتریک قادر به پاسخگویی به اجسام مات و نیمه شفاف و همچنین بخار آب، دود و ذرات معلق در هوا هستند. تمام سنسورهای فتوالکتریک با توجه به اصل عملکرد را می توان به 3 نوع سنسور فتوالکتریک اصلی تقسیم کرد:

سنسورهای فتوالکتریک از طریق پرتو

اولین مورد از سه نوع حسگر فتوالکتریک یک پرتو عبوری است . هنگامی که اجسام تحت نظارت حرکت می کنند یا زمانی که اندازه آنها تغییر می کند، آنها به همپوشانی شار نور ثبت شده واکنش نشان می دهند. به عنوان یک قاعده، آنها یک فرستنده و گیرنده دارند که در محفظه های جداگانه ساخته شده اند. در چنین حسگرهایی، منبع نور و سیستم نوری یک پرتو باریک از نور یا یک شار نوری موازی و یکنواخت را تشکیل می دهند.

همپوشانی پرتو نور یک حسگر نوری گسسته منجر به راه اندازی خروجی سنسور می شود – یک سیگنال گسسته در خروجی (به صورت 0 یا 1). در سنسورهای نوع آنالوگ، یک شار نوری یکنواخت جسم را روشن می کند. به این ترتیب می توان اندازه یک جسم یا دریچه ای را که بخشی از شار نور را مسدود می کند، کنترل کرد. بر اساس این اصل، سنسورهای میکرومتر فتوالکتریک، سنسورهای طول، مساحت و تغییر شکل ها کار می کنند.

سنسورهای فتوالکتریک منتشر

حسگرهای نوری از نوع منتشر که در آنها شار نور پس از بازتاب از جسم کنترل شده به فتوسل برخورد می کند، معمولاً در یک محفظه ساخته می شوند. میزان برخورد نور منعکس شده به فتوسل به بازتابی سطح جسم (تمیز بودن کار، وجود سطح بازتابنده و مناطق پوشیده شده با رنگ) بستگی دارد. چنین حسگرهای عکس را می توان در مترهای سطح، بازتاب سنج های فتوالکتریک، رطوبت سنج ها و غیره نیز استفاده کرد.

در میان سنسورهایی که بر اساس این اصل کار می کنند، سنسورهایی وجود دارند که در مقایسه با تنظیم جسم به انحرافات در سطح شار نور حساس تر هستند. به عنوان مثال، می توان یک چوب پنبه متورم روی بطری، پر شدن ناقص محصولات در بسته بندی خلاء و غیره را تشخیص داد. برای دقت پاسخ در این نوع سنسورها می توان از تابع سرکوب پس زمینه استفاده کرد.

سنسورهای فتوالکتریک بازتابی

در اینجا شار نور پس از انعکاس از یک صفحه انعکاسی خاص (بازتابنده) وارد فتوسل می شود. چنین حسگرهایی به گونه ای طراحی شده اند که به لطف فیلتر پلاریزه کننده، بازتاب را فقط از بازتابنده درک می کنند. این ویژگی به جلوگیری از تحریک کاذب هنگام بازتاب نور از اجسام دارای سطح آینه مانند قوطی ها کمک می کند. بازتابنده هایی وجود دارند که بر اساس اصل بازتاب دوگانه کار می کنند. انتخاب یک بازتابنده مناسب با فاصله مورد نیاز و امکانات نصب تعیین می شود.

همچنین علاوه بر انواع اصلی سنسورهای فتوالکتریک، انواع ترکیبی از دستگاه ها مانند سنسور بازتابی منتشر و سنسورهای پرتو بازتابی نیز وجود دارد.

سرکوب پس زمینه

حسگرهای فتوالکتریک با سرکوب پس‌زمینه اشیاء را در یک فاصله معین در ناحیه اسکن تشخیص می‌دهند. تمام اشیاء واقع در خارج از منطقه مشخص شده بر نتایج اندازه گیری تأثیر نمی گذارد. این نوع سنسور به طور گسترده در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرد.

هنگام استفاده از انکودرهای فتوالکتریک با سرکوب پیش زمینه یا پس زمینه، محدوده اسکن توسط تراز نوری تنظیم می شود.