Czujniki fotoelektryczne do druku; Sposób zadziałania:odbiciowy
(47)Czujniki fotoelektryczne znajdują wiele zastosowań we współczesnej elektronice. Można je spotkać zarówno w prostych urządzeniach konsumenckich, jak i złożonych systemach przemysłowych. W przypadku elementów „do druku” mowa jest raczej o półproduktach – komponenty te mogą zostać użyte do produkcji precyzyjnych, profesjonalnych czujników, ale do ich aplikacji zaliczają się też mniej dokładne obwody urządzeń AGD, drobnych sprzętów elektrycznych czy nawet zabawek.
Budowa i rodzaje czujników fotoelektrycznych
Jednym z najprostszych elementów fotoelektrycznych jest fotorezystor, jednak większość czujników do druku opiera się na strukturach półprzewodnikowych, czyli fotodiodach i fototranzystorach. Podobnie jak w przypadku innych sensorów światłoczułych, ogólny podział komponentów wiąże się z ich metodą działania.
Refleksyjne (odbiciowe)
Czujniki refleksyjne odbierają światło odbite przez obiekt znajdujący się w ich „polu widzenia”. Najczęściej wykrywane promieniowanie jest emitowane przez diodę LED. Dystans działania takiego elementu jest uzależniony od intensywności światła i czułości sensora. W niektórych przypadkach czułość może być regulowana za pomocą elementów zewnętrznych.
Para nadajnik-odbiornik
W przypadku elementów montowanych na PCB nadajnik (dioda LED) i odbiornik (np. fototranzystor) często umieszcza się w jednej obudowie, zazwyczaj w odległości kilku milimetrów. Praca takiego komponentu polega na wykrywaniu występujących w szczelinie czujnika przerwań wiązki świetlnej (może je wywoływać np. przesuwająca się perforowana taśma).
Czujniki ruchu
Czujniki ruchu wykrywają zmiany w natężeniu światła docierającym do elementu fotoelektrycznego (w większości przypadków odznaczają się czułością w szerokim spektrum barw, więc źródło promieniowania nie musi być precyzyjnie dobrane). Często wyposaża się je w półsferyczną, mleczną soczewkę, której zadaniem jest zbieranie promieni świetlnych płynących z możliwie najszerszego kąta. Te produkty bardzo często wykorzystuje się do produkcji automatycznych włączników światła, jak również w systemach przeciwwłamaniowych itp.
Zastosowania czujników fotoelektrycznych
Czujniki montowane na PCB wykorzystywane są do dwóch celów: do budowy precyzyjnych, fabrycznie kalibrowanych sensorów (przemysłowych czy motoryzacyjnych); lub też w obwodach o innej funkcjonalności, gdzie wykrywanie światła jest metodą technologiczną, ale nie wiąże się bezpośrednio z przeznaczeniem docelowego urządzenia (przykładem może tu być enkoder obrotów silnika, który omówiono poniżej).
Wykrywanie obiektów
W automatyce przemysłowej bardzo istotnym „zmysłem”, z którego korzystają sterowniki maszyn, jest wykrywanie obiektów (np. przedmiotów na linii produkcyjnej w celu ich zliczania). Jedną z metod odnotowywania przedmiotów są właśnie czujniki fotoelektryczne (przeważnie refleksyjne).
Systemy bezpieczeństwa i ochrony
Jak już zostało wspomniane, detekcja ruchu pozwala na konstruowanie niezawodnych, a jednocześnie czułych systemów bezpieczeństwa. I tutaj można wymienić co najmniej dwie aplikacje. Pierwszą są systemy antywłamaniowe. Ponieważ fotoelektryczny czujnik ruchu może pracować w oparciu o światło podczerwone, niewidoczne dla ludzkiego oka, doskonale odpowiada potrzebom urządzeń służących ochronie mienia – zazwyczaj pracujących nocą lub w zaciemnionych pomieszczeniach. Zbliżonym zastosowaniem jest użycie czujników do ochrony zdrowia pracowników i operatorów maszyn – mogą być stosowane do wykonywania tzw. bramek i kurtyn świetlnych, których przekroczenie będzie odnotowywane przez kontroler w celu np. emisji ostrzeżenia akustycznego czy nawet zatrzymania maszyny.
Automatyka przemysłowa i robotyka
W głęboko zautomatyzowanych zakładach przemysłowych czujniki świetlne stosuje się do określania położenia obiektów, ale pomagają też określić aktualną pozycję części maszyn (np. zrobotyzowanych ramion czy wysięgników). Bardzo popularną metodą kontroli pracy silników elektrycznych jest umieszczanie na ich osi enkodera. Może on być zrealizowany na kilka sposobów; jednym z najprostszych (ale całkiem efektywnych) jest połączenie czujnika typu „nadajnik-odbiornik” oraz wykonanego z nieprzezroczystego tworzywa dysku, w którym wytłoczono promieniste szczeliny. Za każdym razem, gdy nacięcie odsłania tor świetlny czujnika, enkoder odnotowuje pojedynczy impuls. Ponieważ takie sensory odznaczają się krótkim czasem reakcji, w ten sposób można z dużą precyzją kontrolować prędkość wałów, jak i położenie kół czy wychył dźwigni. Czujniki fotoelektryczne znajdują też pokrewne zastosowania w robotyce konsumenckiej, np. autonomicznych odkurzaczach i systemach Smart Home. Jeszcze inną, typową dla przemysłu aplikacją, jest użycie światłoczułego sensora do wykrywania nacięć lub nadruków umieszczanych na opakowaniach i materiałach, dzięki czemu możliwe jest np. precyzyjne pozycjonowanie pasów papieru, tektury, tekstyliów itp.
Istotne parametry czujników fotoelektrycznych
Przy doborze czujnika fotoelektrycznego do danej aplikacji należy zawrócić uwagę nie tylko podstawowe parametry – takie jak metoda montażu (THT, SMD), napięcie pracy (od 1V do 24V w przypadku oferty TME) czy zużycie energii – ale też kilka innych, kluczowych elementów charakterystyki. Pierwszym będzie zasięg, który może wynosić od dziesiątych części milimetra aż do kilkunastu metrów. Oczywiście, ze względów praktycznych i konstrukcyjnych czujniki ruchu mają zasięg o kilka rzędów wielkości szerszy od pary nadajnik-odbiornik, ale nawet w obrębie jednego rodzaju czujników ten parametr może przyjmować zupełnie różne wartości. Należy też zwrócić uwagę, że czujniki fotoelektryczne mogą mieć różne konfiguracje wyjść. Obecnie najczęściej spotyka się artykuły z wyprowadzeniem cyfrowym lub tranzystorowym, ale z katalogu TME dostępne są też modele analogowe. Z wyjściem czujnika wiąże się też jego tryb pracy, który może przyjmować dwie wartości: DARK-ON (załączenie przy natężeniu światła poniżej ustalonego progu) lub LIGHT-ON (czyli działanie odwrotne, wykrywanie obecności promieniowania).
Sposób zadziałaniaodbiciowy
Magazyn:
