Fotoelektrická čidla
(9 106)Fotoelektrická čidla z nabídky TME jsou především prvky určené pro použití v průmyslových automatizačních systémech. Tato nabídka však zahrnuje i optoelektronické prvky, které se používají jako součástky při výrobě jiných složitých zařízení, jako jsou např. detektory poplašných systémů, automatické regulátory osvětlení apod. Není možné popsat celý tento sortiment s uvedením podrobností o každém řešení, které dodavatelé nabízejí. Zaměřme se proto na základní rozdělení fotoelektrických čidel a charakteristiky jednotlivých skupin výrobků.
Typy elektrických čidel
Nejprve je třeba poznamenat, že typ čidla může odkazovat na několik parametrů – technologii, v níž je emitor nebo senzor vyroben, způsob fungování, konstrukci, zamýšlené použití, způsob montáže atd. Níže je uvedena řada příkladů, které se však vzájemně nevylučují. Kupříkladu: reflexní čidlo může být určeno k montáži na PCB a zároveň může využívat infračervené světlo.
Reflexní čidlo a dvojice vysílač-přijímač
Z hlediska principu činnosti se hlavní dělení ve skupině fotoelektrických čidel týká šíření elektromagnetického záření. Většina čidel vyzařuje světlo (o jeho dosahu za okamžik), které je následně přijímáno senzorem. Světlo se může od detekovaného objektu odrazit a vrátit se do modulu, ze kterého bylo vysláno (pak se jedná o reflexní čidla); nebo může být vysláno do přijímače umístěného ve větší vzdálenosti (dvojice vysílač-přijímač). V druhém případě, pokud na senzor nedopadne žádné záření s určenými parametry (tedy takové, jaké bylo vysláno), bude výstup čidla uveden do stavu indikujícího přítomnost objektu na úseku mezi světelným zdrojem a přijímačem. Tento typ zařízení se obvykle vyznačuje vysokou přesností a velkou maximální pracovní vzdáleností (zejména pokud je vyroben laserovou technologií).
Umístění samostatných modulů vysílače a přijímače samozřejmě není vždy optimálním nebo dokonce proveditelným řešením V takových situacích je možné použít reflexní čidlo kombinované s reflektorem – i to kombinuje emitor a senzor v jednom pouzdře, ale namísto zaznamenávání světla odraženého od povrchu objektu reaguje na přerušení paprsku odraženého od zrcadla. Reflektory jsou k dispozici v samostatné sekci katalogu TME.
Infračervené záření, UV, laser a mikrovlny
Fotoelektrická čidla využívají záření různých vlnových délek. Každý rozsah má určité specifické výhody, které vyhovují potřebám vybraných aplikací. Například mikrovlny se vyznačují dobrým šířením ve znečištěném nebo zakouřeném ovzduší. Pronikají také některými materiály, což jim umožňuje detekovat velké předměty ("pevná tělesa"), ale ignorují například fólie nebo kapaliny. Naproti tomu infračervené záření (tedy IR, z angl. infrared) lze použít v místech intenzivně osvětlených jinými druhy světla (rušivé pozadí), a to i při určitém množství slunečního světla. To je obzvláště důležité v případě výrobních linek nebo skladů, kde se z důvodu bezpečnosti a pracovního pohodlí instaluje komplexní osvětlení. Dalším rozsahem záření používaným v čidlech je ultrafialové záření. Zde je třeba poznamenat, že všechna uvedená čidla využívají záření neviditelné lidským okem, což je další výhoda v aplikacích, jako jsou poplašné systémy.
Pozoruhodnou kategorií čidel bez ohledu na frekvenci použitého světla jsou prvky využívající laser – tedy úzký a intenzivní světelný paprsek. Tato řešení se vyznačují přesností a rychlostí odezvy a umožňují řízení hromadných výrobních procesů v oblastech vyžadujících nejvyšší přesnost, jako je například výroba elektronických součástek. Další výhodou laserů je jejich velmi dlouhý dosah.
Pohybová čidla
Pohybová čidla často nepoužívají vysílač, protože jejich činnost je založena na detekci více a méně náhlých změn intenzity přirozeného světla (nebo světla vyzařovaného z jiných zdrojů). Nejjednodušším příkladem takových prvků jsou automatické spínače světel používané v obytných budovách, na chodbách, parkovištích apod.
Fotoelektrická detekce hladiny kapaliny
K detekci hladiny kapaliny se běžně používá několik technologií. Mezi nejstarší patří přepínače nebo jazýčková relé, které pracují společně s plovákem. Použití fotoelektrického čidla má zde tu výhodu, že se vyznačuje velmi vysokou bezpečností, a také nevyžaduje narušení konstrukce nádrže/zásobníku. Navíc lze touto metodou sledovat stav prakticky jakékoli látky, protože žádný prvek nepřichází do kontaktu se sledovanou kapalinou a elektromagnetické záření zůstává inertní vůči naprosté většině chemických sloučenin.
Čidlo barev a kontrastu
Zvláštním typem čidel jsou prvky, které dokáží detekovat barvy a kontrast. Používají se při automatickém třídění, detekci zbarvení a čtení značek. Rozpoznávání barev se nejčastěji provádí střídavým vyzařováním světla v několika barvách (např. RGB, tedy červená, zelená a modrá) a měřením, jak účinně povrch odráží záření různých vlnových délek. Na základě získaných informací dokáže digitální systém s velkou přesností určit barvu objektu. Je však třeba poznamenat, že vzhledem ke způsobu fungování mají tyto typy čidel malou maximální pracovní vzdálenost a mírně delší dobu odezvy. Vyžadují také, aby byly při měření zajištěny vhodné optické podmínky (aby nedocházelo k rušení).
Čtečky čárových kódů
Čárové kódy se staly nepostradatelnou součástí dodavatelských řetězců, logistických systémů a organizace skladů. K jejich čtení se používá speciální typ fotoelektrických čidel, které fungují pomocí laserového svazku odrážejícího se od kmitajícího zrcadla. Čtečka čárových kódů je tedy modul kombinující několik prvků, včetně elektromechanických a elektromagnetických. V závislosti na modelu může skener provádět odečet pomocí integrovaného mikroprocesorového systému a přenášet data prostřednictvímdigitální sběrnice – nebo může přenášet informace o aktuálně čtené části kódu do jiného převodníku, který je zodpovědný za zpracování informací (zde se obvykle používá tranzistorový výstup, který zaručuje odpovídající rychlost přenosu).
Světelné clony
Světelné (laserové) clony jsou dalším integrovaným typem fotoelektrických čidel. Jedná se o výrobek, který se nejčastěji vyskytuje ve výtazích a v jiných automaticky uzavíraných interiérech. Používají se k detekci objektů v jedné rovině s relativně velkou plochou. Skládají se z vysílacího a přijímacího modulu (někdy je to dvojice prvků kombinující obě funkce). Používají řadu laserových vysílačů, které vysílají hustou síť paprsků, takže clona detekuje i malé objekty. Hlavním využitím těchto výrobků jsou bezpečnostní systémy, používají se totiž mimo jiné k detekci nežádoucího vstupu do prostor, kde hrozí nebezpečí ohrožení zdraví nebo života (výrobní linky, chemické sprchy apod.), nebo k potvrzení, že se v prostoru zavírání dveří nenacházejí žádné překážky nebo osoby.
Fotoelektrická čidla pro tisk
Kategorie fotoelektrických čidel zahrnuje moduly pro průmyslové aplikace i komponenty a dílčí součásti pro výrobu složitých zařízení. Jejich formát umožňuje vložení čidla do plošného spoje PCB (obvykle pomocí technologie osazování, THT). Mezi tyto verze patří mimo jiné výše uvedená pohybová, reflexní čidla nebo čidla barev. Specifickým prvkem, který se vyskytuje téměř výhradně v kompaktní verzi, jsou štěrbinové dvojice vysílač-přijímač. Používají se při výrobě enkodérů, které zjišťují polohu hřídele motorů, a v obvodech, které detekují jejich otáčky. Konstrukce provozu takového modulu je velmi jednoduchá – ve štěrbině mezi emitorem a senzorem je umístěn okraj kotouče, ve kterém jsou vytvořeny radiální štěrbiny. Sčítáním přerušení paprsku v určitém časovém intervalu lze určit, jak rychle se otáčí kotouč, a tedy i osa, na které je upevněn. Štěrbinový prvek lze také použít k řízení průběhu perforovaných pásek (tato technika se používá například v automatických podavačích SMD prvků).
Použití fotoelektrických čidel
Detekce objektů a jejich polohy pomocí světelných vln má řadu výhod. Je neinvazivní, bezpečná, bezhlučná, odolná vůči mnoha faktorům prostředí a lze ji provádět na velké vzdálenosti. Fotoelektrická čidla se navíc vyznačují vysokou spolehlivostí a dlouhou životností. Pro všechny tyto vlastnosti jsou oblíbené v mnoha oblastech: v průmyslových instalacích (výrobní linky), skladech a logistice.
Důležité parametry fotoelektrických čidel
V závislosti na konkrétním typu čidla jej budou definovat specifické parametry – 4 z nich se však prakticky nemění. První je dosah, který definuje minimální a maximální přípustnou vzdálenost mezi přední částí čidla a detekovaným objektem (u dvojic vysílač-přijímač je to vzdálenost mezi moduly). Zde naleznete hodnoty od několika milimetrů až po desítky metrů – volba správného řešení vždy závisí na požadované přesnosti, dostupném prostoru a velikosti sledovaných objektů.
Provozní frekvence určuje časový interval, ve kterém se obnovuje výstup snímače. Jedná se o hodnotu, která souvisí s reakční dobou, ale není jejím ekvivalentem. Zpoždění vždy závisí na několika faktorech. Například: typ čidla, použité čidlo, výstupní rozhraní (tranzistorový výstup bude vždy rychlejší než digitální sběrnice) atd.
Při výběru fotoelektrických čidel je také důležité věnovat pozornost konfiguraci (typu) výstupu. To bude zřejmé při budování nové instalace, ale složitější při výběru náhradního prvku nebo rozšiřování stávajícího systému. Modul může mít tranzistorový (NPN nebo PNP), reléový (normálně otevřený nebo normálně uzavřený) obvod, ale i analogový (proudový, napěťový) výstup. Typ výstupu souvisí s dalším specifickým parametrem fotoelektrických čidel, kterým je provozní režim. Je označován jako „DARK-ON” nebo „LIGHT-ON”. To doslova znamená, že se výstup sepne: při zhasnutí nebo detekci světla.
Ostatní prvky charakteristiky
Řada parametrů, podle kterých se určují možnosti a rozsahy fotoelektrických čidel, nepotřebuje podrobnější komentář. Výrobci ve specifikacích uvádějí přípustné hodnoty napájecího napětí, tepelnou toleranci modulu, jeho příkon a přípustnou zatížitelnost výstupů. Vzhledem k různým požadavkům průmyslových procesů je také uváděno, z jakého materiálu je tělo čidla vyrobeno (může se jednat o materiály s neobvyklými vlastnostmi, např. s vysokou odolností vůči olejům nebo korozivním látkám). V charakteristikách samozřejmě nechybí údaje o typu připojení (čidla se často vyrábějí s předinstalovaným kabelem) a stupni krytí, které pouzdro čidla splňuje. Ten zřídkakdy dosahuje nižší hodnoty než IP65, tedy úplná odolnost proti prachu a vysoká odolnost proti stříkající vodě (často úplná vodotěsnost).
Sklad:
