Оптический датчик это: Оптические датчики – это… Что такое Оптические датчики?

Оптические датчики – это… Что такое Оптические датчики?

Определение

Оптические датчики — небольшие по размерам электронные устройства, способные под воздействием электромагнитного излучения в видимом, инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах подавать единичный или совокупность сигналов на вход регистрирующей или управляющей системы. Оптические датчики реагируют на непрозрачные и полупрозрачные предметы, водяной пар, дым, аэрозоли.

Оптические датчики являются разновидностью бесконтактных датчиков, так как механический контакт между чувствительной областью датчика (сенсором) и воздействующим объектом отсутствует. Данное свойство оптических датчиков обуславливает их широкое применение в автоматических системах управления. Дальность действия оптических датчиков намного больше, чем у других типов бесконтактных датчиков.

Оптические датчики называют ещё оптическими бесконтактными выключателями, фотодатчиками, фотоэлектрическими датчиками.

Строение оптических датчиков

излучатель оптического датчика

Излучатель датчика состоит из:

• Корпус
• Излучатель
• Подстроечный элемент
• Генератор
• Индикатор

приёмник оптического датчика

Приёмник датчика состоит из:

• Корпус
• Фотодиод
• Подстроечный элемент
• Электронный ключ
• Триггер
• Демодулятор
• Индикатор

Типы устройства и принцип действия оптических датчиков

По типу устройства оптические датчики делятся на моноблочные и двухблочные. В моноблочных излучатель и приёмник находятся в одном корпусе. У двухблочных датчиков источник излучения и приёмник оптического сигнала расположены в отдельных корпусах.

По принципу работы выделяют три группы оптических датчиков:

тип T — датчики барьерного типа (приём луча от отдельно стоящего излучателя)
тип R — датчики рефлекторного типа (приём луча, отражённого катафотом)
тип D — датчики диффузионного типа (приём луча, рассеянно отражённого объектом)

У датчиков барьерного типа излучатель и приёмник находятся в отдельных корпусах, которые устанавливаются друг напротив друга на одной оси. Дальность разнесения корпусов может достигать 100 метров. Предмет, попавший в активную зону оптического датчика, прерывает прохождение луча. Изменение фиксируется приёмником, появившийся сигнал после обработки подаётся на управляемое устройство.

Датчики рефлекторного типа содержат в одном корпусе и передатчик оптического сигнала, и его приёмник . Для отражения луча используется рефлектор (катафот). Датчики такого типа активно используются на конвейере для подсчёта количества продукции. Для обнаружения объектов с зеркальной, отражающей металлической поверхностью в датчиках рефлекторного типа используют поляризационный фильтр. Дальность действия датчиков рефлекторного типа может достигать 8 метров.

В датчиках диффузионного отражения источник оптического сигнала и его приёмник находятся в одном корпусе. Приёмник учитывает интенсивность луча, отражённого контролируемым объектом. Для точности срабатывания в датчиках данного типа может включаться функция подавления фона. Дальность действия зависит от отражательных свойств объекта, может быть определена с помощью поправочного коэффициента, и при использовании стандартной мишени может достигать 2 метров.

Оптические датчики имеют индикатор рабочего состояния и, как правило, регулятор чувствительности, который даёт возможность настроить срабатывание на объект, находящийся на неблагоприятном фоне.

Источником излучения в современных оптических датчиках являются светодиоды.

Схема подключения оптических датчиков

На выходе оптического датчика стоит транзистор PNP- или NPN-типа с открытым коллектором. Нагрузка подключается между выходом и, в зависимости от типа транзистора, общим минусовым или плюсовым проводом. Если в исходном состоянии нагрузка подключена, то выполняется функция размыкающего контакта и наоборот.

Сфера применения

Оптические датчики как составная часть автоматизированных систем управления широко применяются для определения наличия и количества предметов, присутствия на их поверхности наклеек, надписей, этикеток или меток, позиционирования и сортировки предметов. С помощью оптических датчиков можно контролировать расстояние, габариты, уровень, цвет и степень прозрачности. Их устанавливают в системы автоматического управления освещением, приборы дистанционного управления, используют в охранных системах.

См. также

Примечания

Литература

• Виглеб Г. Датчики. Устройство и применение. Москва. Издательство «Мир», 1989
• Катыс Г. П. Библиотека по автоматике, вып. 6. Оптические датчики температуры. «Госэнергоиздат», 1959
• Окоси Т. Волоконно-оптические датчики, 1990

Ссылки

Оптические датчики – это… Что такое Оптические датчики?

Определение

Оптические датчики — небольшие по размерам электронные устройства, способные под воздействием электромагнитного излучения в видимом, инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах подавать единичный или совокупность сигналов на вход регистрирующей или управляющей системы. Оптические датчики реагируют на непрозрачные и полупрозрачные предметы, водяной пар, дым, аэрозоли.

Оптические датчики являются разновидностью бесконтактных датчиков, так как механический контакт между чувствительной областью датчика (сенсором) и воздействующим объектом отсутствует. Данное свойство оптических датчиков обуславливает их широкое применение в автоматических системах управления. Дальность действия оптических датчиков намного больше, чем у других типов бесконтактных датчиков.

Оптические датчики называют ещё оптическими бесконтактными выключателями, фотодатчиками, фотоэлектрическими датчиками.

Строение оптических датчиков

излучатель оптического датчика

Излучатель датчика состоит из:

• Корпус
• Излучатель
• Подстроечный элемент
• Генератор
• Индикатор

приёмник оптического датчика

Приёмник датчика состоит из:

• Корпус
• Фотодиод
• Подстроечный элемент
• Электронный ключ
• Триггер
• Демодулятор
• Индикатор

Типы устройства и принцип действия оптических датчиков

По типу устройства оптические датчики делятся на моноблочные и двухблочные. В моноблочных излучатель и приёмник находятся в одном корпусе. У двухблочных датчиков источник излучения и приёмник оптического сигнала расположены в отдельных корпусах.

По принципу работы выделяют три группы оптических датчиков:

тип T — датчики барьерного типа (приём луча от отдельно стоящего излучателя)
тип R — датчики рефлекторного типа (приём луча, отражённого катафотом)
тип D — датчики диффузионного типа (приём луча, рассеянно отражённого объектом)

У датчиков барьерного типа излучатель и приёмник находятся в отдельных корпусах, которые устанавливаются друг напротив друга на одной оси. Дальность разнесения корпусов может достигать 100 метров. Предмет, попавший в активную зону оптического датчика, прерывает прохождение луча. Изменение фиксируется приёмником, появившийся сигнал после обработки подаётся на управляемое устройство.

Датчики рефлекторного типа содержат в одном корпусе и передатчик оптического сигнала, и его приёмник . Для отражения луча используется рефлектор (катафот). Датчики такого типа активно используются на конвейере для подсчёта количества продукции. Для обнаружения объектов с зеркальной, отражающей металлической поверхностью в датчиках рефлекторного типа используют поляризационный фильтр. Дальность действия датчиков рефлекторного типа может достигать 8 метров.

В датчиках диффузионного отражения источник оптического сигнала и его приёмник находятся в одном корпусе. Приёмник учитывает интенсивность луча, отражённого контролируемым объектом. Для точности срабатывания в датчиках данного типа может включаться функция подавления фона. Дальность действия зависит от отражательных свойств объекта, может быть определена с помощью поправочного коэффициента, и при использовании стандартной мишени может достигать 2 метров.

Оптические датчики имеют индикатор рабочего состояния и, как правило, регулятор чувствительности, который даёт возможность настроить срабатывание на объект, находящийся на неблагоприятном фоне.

Источником излучения в современных оптических датчиках являются светодиоды.

Схема подключения оптических датчиков

На выходе оптического датчика стоит транзистор PNP- или NPN-типа с открытым коллектором. Нагрузка подключается между выходом и, в зависимости от типа транзистора, общим минусовым или плюсовым проводом. Если в исходном состоянии нагрузка подключена, то выполняется функция размыкающего контакта и наоборот.

Сфера применения

Оптические датчики как составная часть автоматизированных систем управления широко применяются для определения наличия и количества предметов, присутствия на их поверхности наклеек, надписей, этикеток или меток, позиционирования и сортировки предметов. С помощью оптических датчиков можно контролировать расстояние, габариты, уровень, цвет и степень прозрачности. Их устанавливают в системы автоматического управления освещением, приборы дистанционного управления, используют в охранных системах.

См. также

Примечания

Литература

• Виглеб Г. Датчики. Устройство и применение. Москва. Издательство «Мир», 1989
• Катыс Г. П. Библиотека по автоматике, вып. 6. Оптические датчики температуры. «Госэнергоиздат», 1959
• Окоси Т. Волоконно-оптические датчики, 1990

Ссылки

Оптические датчики положения – Элементы автоматики – Каталог статей

Оптические бесконтактные датчики положения широко применяются для контроля положения и перемещения объектов или частей технологических установок. Принцип действия оптических датчиков положения основан на измерении степени ослабления оптического луча, прошедшего путь от излучателя до приемника, являющихся частями датчика. Для повышения помехозащищенности и снижения влияния внешних источников освещения в оптических датчиках положения обычно используется модулированное излучение -луч излучателя датчика пульсирует с частотой от 5 до 30 кГц. Излучатель датчика состоит из излучающего светодиода и питающего его генератора последовательности импульсов. В датчиках применяют светодиоды, которые испускают импульсы света в спектре от видимого зеленого света до невидимого инфракрасного излучения в зависимости от сферы применения датчика. Излучатель, кроме того, может иметь регулировки интенсивности излучения и индикатор работы. Приемник состоит из фотодетектора (фотодиода), демодулятора, порогового устройства (триггера) и выходных цепей (PNP или NPN транзистор с открытым коллектором, реле, аналоговый выход NAMUR, IO-link и др.). При необходимости приемник оснащается регулятором чувствительности и индикатором работы.

Оптические датчики положения относятся к фотоэлектрическим датчикам, так как принцип их действия основан на обнаружении световых сигналов. Когда луч света от датчика достигает объекта контроля возникают такие явления как передача света, отражение и поглощение света. То, какое явление преобладает в этом случае зависит от взаимного расположения излучателя и приемника, размеров объекта, его материала, толщины, цвета и шероховатости поверхности. В зависимости от того, на каком оптическом явлении основан принцип обнаружения объектов, оптические датчики положения делятся на три типа:

• тип T– датчики с приемом прямого луча от излучателя;
• тип R– рефлекторные датчики с приемом луча, возвращенного от отражателя;
• тип D– диффузионные датчики с приемом луча, рассеянно отраженного от объекта контроля.

Датчики Т-типа имеют так называемую разнесенную оптику – излучатель и приемник располагаются друг напротив друга на некотором расстоянии. При прохождении объекта между излучателем и приемником оптический луч прерывается и приемник датчика формирует выходной сигнал, сигнализируя о наличии объекта в зоне контроля. Датчики данного типа часто называют барьерными или датчиками с пересечения луча. Приемник и излучатель должны быть из одного комплекта от одного производителя.

Датчики Т-типа удобны для контроля непрозрачных или хорошо отражающих объектов, но могут давать неудовлетворительные результаты при обнаружении прозрачных объектов. Так как излучатель и приемник в датчиках данного типа конструктивно выполнены в разных корпусах, что позволяет установить максимальный коэффициент усиления, то их можно использовать в условиях высокой загрязненности рабочей среды.  Максимальное расстояние между излучателем и приемником, так называемая зона срабатывания, может достигать 350 м.

Зона срабатывания оптических датчиков это диапазон допустимых расстояний от датчика до объекта контроля, на которых осуществляется его обнаружение. Зона срабатывания зависит от взаимного расположения излучателя и приемника, коэффициента усиления, принципов распределения светового луча и диаметра светового пятна, так как приемник датчика срабатывает только при попадании объекта в зону светового пятна. У оптических датчиков Т-типа отсутствует так называемая «слепая» зона, поэтому зона срабатывания равна расстоянию между излучателем и приемником. Размер эффективного светового луча датчика Т-типа равен диаметру линзы излучателя и приемника. Поэтому минимальный размер объекта контроля должен быть больше диаметра линзы датчика.

В датчиках R-типа приемник и излучатель расположены в одном корпусе. Датчики данного типа для своей работы требуют установки специального рефлектора-отражателя. У датчиков положения данного типа излучатель и приемник располагаются в одном корпусе и «смотрят» в одну сторону – в сторону установленного точно напротив датчика на определенном расстоянии специального отражателя. Луч от излучателя проходит двойное расстояние: от излучателя до отражателя и в обратную сторону – от отражателя до приемника. Если на пути луча возникает объект, приемник формирует выходной сигнал. Обратная логика работы датчика может быть реализована путем установки отражателя на объекте, перемещение которого контролируется датчиком. Датчики данного типа еще называют рефлекторными. Рефлекторы, которые еще называют отражателями, катафотами или мишенями, приобретаются отдельно от датчиков. Рефлекторы могут иметь различную форму и размеры. Диапазон измерений рефлекторных датчиков положения обычно указывается при использовании конкретной модели отражателя.

 

Зона срабатывания рефлекторных датчиков (расстояние от линзы излучателя до рефлектора) может достигать 55 м. Размеры контролируемого объекта должны быть больше размеров применяемого рефлектора.

Рефлекторные датчики могут нестабильно работать при обнаружении блестящих объектов, отражающих световой луч датчика от своей поверхности, из-за чего датчик не сможет определить от чего произошло отражение: от рефлектора или объекта. Для обнаружения хорошо отражающих предметов используют рефлекторные датчики с поляризационными фильтрами и специальными угловыми кубическими рефлекторами, изменяющими плоскость поляризации светового луча на 90°. Поляризационные фильтры размещаются перед линзой излучателя и приемника и пропускают только поляризованный в одной плоскости световой пучок. Излученный излучателем пучок света поляризуется в вертикальной плоскости. Световой луч, отраженный от рефлектора имеет измененную на 90° плоскость поляризации –  луч становиться горизонтально поляризованным. Поэтому он без проблем проходит через горизонтальный поляризационный фильтр приемника. Если же луч отражается от блестящего объекта, то его вертикальная поляризация не меняется и он блокируется горизонтальным поляризационным фильтром приемника и датчик обнаруживает этот объект.

При работе с поляризованными рефлекторными датчиками положения не рекомендуется использовать в качестве рефлектора отражающие наклейки – необходимо использовать специальные угловые кубические рефлекторы.

Некоторые модели рефлекторных датчиков способны обнаруживать стеклянные предметы, так как очень чувствительны даже к небольшой разнице между излученным и принятым световым сигналом.

Датчики D-типа по конструкции и принципу действия схожи с датчиками R-типа, но отражателем в данном случае является сам контролируемый объект. Еще одним отличием от датчиков R-типа является то, что при отсутствии объекта оптический тракт оказывается разомкнутым – луч от излучателя попадает в приемник лишь при наличии объекта перед датчиком. Так как приемник датчика принимает рассеяно отраженный от объекта луч, то интенсивность этого луча сильно зависит от характеристик поверхности объекта и расстояния до объекта. Для разных материалов будут разные нормированные расстояния срабатывания. Для грубой корректировки расстояний срабатывания в зависимости от материала объекта нужно использовать корректирующие коэффициенты, указанные в руководстве по эксплуатации датчика, например:

• Матовая белая поверхность – 1,0;
• Серый ПВХ – 0,57;
• Белый пластик – 0,7;
• Черный пластик – 0,22;
• Матовый алюминий – 1,2;
• Полированная нержавеющая сталь – 2,3.

При выборе конкретной модели датчика D-типа особое внимание нужно уделить цвету и шероховатости поверхности объектов контроля. Если предполагается контролировать объекты темного цвета с шероховатой поверхностью необходимо выбирать датчики с возможностью регулировки чувствительности.

Разновидностью датчиков D-типа являются датчики с подавлением переднего фона, заднего фона и переднего и заднего фона одновременно. Датчики с подавлением фона предназначены для обнаружения предметов на строго определенном расстоянии. Оптические датчики с подавлением фона применяются, например, для обнаружение тонких объектов лежащих на конвейерной ленте, контроля наличия продукции в упаковке, небольшого отклонения уровня или плоскостности поверхности объекта, обнаружения объектов движущихся в несколько рядов – датчики с подавлением фона позволяют «разглядеть» объекты во втором ряду не реагируя на объекты в первом, ближнем к датчику ряду и наоборот. 

Регулировка расстояния обнаружения в датчиках с подавлением фона осуществляется не путем изменения его чувствительности, а методом оптической триангуляции. В конструкции датчиков данного типа имеется внутренний датчик положения (PSD – position sensor detector), который определяет угол падения отраженного от объекта луча, а значит расстояние до него. Благодаря измерению угла отражения датчики D-типа с подавлением фона могут обнаруживать все объекты на заданном расстоянии не зависимо от их цвета. 

Максимальное расстояние срабатывание датчиков D-типа редко превышает 4 м. Вблизи датчика существует некоторая «слепая» зона, размер которой зависит от конструкции датчика. Эффективный пучок света диффузионных датчиков равен размеру объекта контроля. Диффузионные датчики намного проще монтировать по сравнению с датчиками Т и R-типа так как при этом не требуется совмещения оптических осей излучатели и приемника или датчика и мишени. По этой же причине датчики D-типа наиболее устойчивое к вибрациям решение из числа оптических датчиков положения.

В сравнении с широко применяемыми в промышленности бесконтактными емкостными, индуктивными и ультразвуковыми датчиками положения, а также механическими концевыми выключателями оптические датчики положения имеют ряд преимуществ:

• Бесконтактный метод контроля положения и перемещения объекта. Как следствие отсутствует механический износ, дребезг контактов и ложные срабатывания;
• Зона срабатывания и обнаружения объекта от нескольких миллиметров до нескольких сотен метров в зависимости от типа датчика;
• Высокая скорость отклика. Датчики положения оптического типа с успехом применяются на конвейерных лентах, где объекты движутся с высокой скоростью и плотностью размещения на ленте. Датчики данного типа могут применятся не только для контроля объектов, но и для счета этих объектов. Частота переключений может достигать 30 кГц;
• Возможность обнаружения объектов очень малых размеров. Так как оптический луч оптических датчиков положения с помощью системы линз, диафрагм и оптоволоконных кабелей можно сфокусировать в очень тонкий пучок это позволяет контролировать наличие объектов очень небольших размеров;
• Возможность обнаружения объектов из различных материалов. Если индуктивные и емкостные датчики накладывают определенные ограничения на такие характеристики контролируемого объекта как магнитные свойства и диэлектрическая проницаемость, то оптические датчики, при соответствующей настройке, с успехом обнаруживают объекты практически из любого материала. Оптические датчики положения используются в том числе и для обнаружения тонких и прозрачных объектов, таких как полиэтиленовая пленка. Обычно для этих целей используют датчики с видимым излучением красного цвета;
• Возможность настройки расстояния срабатывания для выборочного контроля и счета объектов, движущихся перед датчиков в несколько рядов;
• Наличие таймера срабатывания для подавления случайных оптических помех;
• Возможность обнаружения объектов с очень высокой температурой, например, литья, поковок, проката и т.п;
• Нечувствительность к магнитным полям, электростатическим помехам;
• Нечувствительность к ионизирующему излучению и возможность установки в крайне стесненном пространстве (для оптоволоконных оптических датчиков положения).

К недостаткам оптических датчиков положения можно отнести:

Возможность ложных срабатываний при работе в условиях высокой запыленности, тумана, интенсивной внешней засветки, низких температур, сильной вибрации;

• Невозможность обнаружения объекта через непрозрачную преграду или стенку резервуара или контейнера;
• Трудоемкую процедуру совмещения оптических осей излучателя и приемника у датчиков T-типа при их монтаже, особенно если расстояние между ними превышает несколько десятков метров;
• Необходимость настройки чувствительности датчика у датчиков D-типа, в зависимости от отражающей способности поверхности контролируемых объектов;
• Постепенная деградация излучателя (светодиода) датчика из-за чего интенсивность его излучения постепенно падает и со временем может потребоваться подстройка чувствительности датчика;
• Наличие слепых зон у датчиков D и R-типа. Слепой называется зона от активной поверхности оптического датчика до минимального расстояния его срабатывания. В слепой зоне объект не обнаруживается датчиком.

С помощью оптических датчиков положения можно не только контролировать положение объектов и вести их счет на высокой скорости, но и оценивать их геометрические размеры в одном или даже двух измерениях. Такая возможность осуществляется с помощью световых барьеров и световых решеток – множества фотоэлектрических датчиков объединенных в линейки с определенным шагом размещения датчиков в ней.

Благодаря своим высоким потребительским качествам, точности и высокой скорости обнаружения объектов, разнообразным конструктивным исполнениям и относительно невысокой стоимости, оптические датчики нашли широкое применение. Обилие различных аксессуаров и опций, таких как, подогрев оптики, оптоволоконные удлинительные кабели, поляризационные фильтры, аналоговые, цифровые и дискретные выходные сигналы, лазерный излучатель вместо светодиодного существенно расширяют сферу применения данных датчиков как по условиям эксплуатации так и по возможности их интеграции в существующую систему автоматизированного управления.

При подготовке публикации использованы информационные материалы компании Русавтоматизация.

Датчики оптические

Оптические датчики ВБ3 предназначены для регистрации и подсчета количества любых объектов и обладают большей дальностью действия по сравнению с другими бесконтактными датчиками. Датчики имеют регулятор чувствительности, позволяющий производить настройку по фактической контрастности объекта на фоне окружающих предметов.

Применение бесконтактных оптических датчиков

Оптические датчики широко применяются в автоматизированных системах управления для регистрации наличия и количества предметов, обнаружения на их поверхности наклеек, меток и надписей, а также для позиционирования и сортировки предметов.

С помощью оптических датчиков можно контролировать расстояние, габариты, уровень, цвет и степень прозрачности объектов вне зависимости от материала его изготовления.

Помимо промышленной сферы датчики успешно применяются в охранных системах и в системах управления освещением.

Достоинством оптических датчиков является большое расстояние обнаружения, которое может достигать нескольких метров, и возможность регулировки чувствительности регистрирующего механизма.

Функциональная схема

Принцип действия оптических бесконтактных датчиков основан на изменении принимаемого датчиком светового потока. Оптические датчики состоят из 2-х функционально законченных узлов – источника оптического излучения и приемника этого излучения.

Источник оптического излучения (излучатель) и приемник могут быть выполнены в одном корпусе или в разных корпусах.

Типы датчиков

Диффузный	На отражение от объекта		ВБ3С.18М.65.TR100.1.1.K
Барьерный	Прерывание светового потока излучателя		ВБ3.18М.65.T4000.1.1.K (излучатель) ВБ3.18М.65.R4000.1.1.K (приемник)
Лазерный рефлекторный	Прерывание светового потока излучателя		ВБ3С.18М.65.TRL5000.1.1.K
Лазерный маркерный	На отражение от метки		ВБ3MС.48.xx.TRL100.1.1.K

Расстояние срабатывания датчика определяется его конструктивным исполнением (см. таблицу конструктивных исполнений).

Оптический датчик: принцип работы, как проверить, подключение

Оптические датчики — распространённые типы измерителей, использующиеся в промышленности и охранном бизнесе для определения параметров объекта, который попал в зону действия. Оборудование характеризуют надежностью, наивысшим уровнем точности и разделяют на сколько видов.

Определение оптического датчика

Оптический датчик — небольшое по размеру электронное устройство, работающее со световым излучением разного диапазона. Простыми словами — это устройство, реагирующее на свет и улавливающее объекты, которые его пересекают. Принцип работы оборудования можно понять из названия. Поскольку в датчиках применяется оптика, значит, используется световое излучение разных диапазонов. Следовательно, при обнаружении светового потока (или его прерывании), на главный компьютер предается закодированный сигнал с соответствующей информацией.

Если перевести название прибора с английского языка, то получим «фотодатчик» или «световой датчик», что также указывает на принцип его работы.

Самым распространённым оптическим устройством является датчик освещенности, который будет реагировать на свет, а точнее — его отсутствие. Он начинает работать, как только наступают сумерки. Основное назначение — включать лампочку в тёмное время суток. Такое оборудование применяется повсеместно.

Фотодатчиков в современные дни придумано огромное количество. И это многообразие стоит классифицировать, но для начала следует разобраться с устройством и принципом их работы.

Принцип работы оптического датчика

Оптический датчик положения активируется при определенных условиях, заданных производителем. Поэтому «активация» — ключевое слово, используемое для определения принципы работы устройства. Активация срабатывает, когда падающий на датчик свет, имеет достаточную интенсивность.

Принцип работы оптического датчика: когда луч проходит через датчик беспрепятственно, он будет активирован. Но, при его прерывании каким-то барьером, устройство перестает работать и передаст сигнал на центральный компьютер, с которого оператор узнает о необходимой ему информации.

Изучая принцип работы оптического датчика, нельзя полагать, что активность — это замкнутые контакты, и напряжение на выходе присутствует. В различных устройствах могут отличаться принципы работы выходного элемента и схемы обнаружения световых потоков. Все зависит от конкретного типа устройства и его применения.

Особенности устранения помех

Любой оптический датчик положения представляет собой бесконтактный прибор, которому не нужен для работы механический контакт с определенным объектом. Но, активное состояние может сбиться из-за различных помех.

Чтобы избежать этой неисправности, производители используют световые потоки необычного спектра, к примеру, лазерный луч. Такой источник довольно прост в изготовлении – излучение фокусируется в тонкий луч обычно красного цвета. Преимущество использования технологии — излучение передаётся в видимой части диапазона. А потому не составит труда настроить прибор для конкретной зоны действия.

Это современное оборудование, но прежде можно было найти датчики иного вида, которые в качестве определителя использовали лампочку накаливания на 6 В и небольшую линзу. Прибор активно использовали в восьмидесятых годах. Современные датчики намного эффективнее и могут работать только в своём участке спектра, а потому можно избежать плохой видимости и помех.

Несмотря на использование более продвинутых технологий, оптический датчик всегда нужно держать в чистом состоянии, поскольку грязь и пыль могут вызвать преждевременное срабатывание.

Режимы датчика

Большинство современных датчиков оснащают двумя режимами:

Это означает, что при включении режима устройство будет срабатывать при определённых условиях – включаться в тёмное время суток или, наоборот, при попадании солнца. К примеру, если установить режим Dark On, то датчик будет деактивирован, когда на него падают лучи солнечного света. В режиме Light On, датчик начнет включаться при засвечивании.

В магазинах Москвы и области также можно найти оборудование со встроенным таймером, где выходной сигнал будет появляться в определенное время, после активации.

Устройство

Оптические датчики состоят из приемника и источника излучения. Это основные компоненты, которые включают в себя еще ряд частей. Источник может быть установлен в одном корпусе или разных.

Источник или излучатель состоит из 6 частей:

• Корпус, куда помещают все детали. Он служит в качестве защиты от различных видов повреждений. Для изготовления используют латунь или полиамид и метизы.
• Генератор предназначен для образования электрических импульсов, которые переходят на излучатель.
• Излучатель — это небольшой светодиодный механизм, с помощью которого создаётся излучением в нужном диапазоне света.
• Система оптики направляет луч в нужном направлении.
• Индикатор показывает готовность прибора к работе.

Приемник оптического датчика состоит из 7 компонентов:

• Оптика для приема луча и направления его к преобразователю.
• Преобразователь служит для трансформации полученного излучения в электрический сигнал.
• Усилитель предназначен для увеличения получаемого сигнала до предельного значения, в котором работает аппарат.
• Пороговый элемент — регулятор крутизны фронта сигнала переключения.
• Электронный ключ — коммутация тока  и защита от коротких замыканий и перегрузок.
• Индикатор цвета показывает заданные характеристики прибора.
• Регулятор чувствительности нужен для настройки датчика.

Цветовой индикатор показывает несколько состояний прибора:

• Если сигнал отсутствует, то индикатор не горит.
• Если сигнал поступает на необходимом уровне и прибор активируется, то индикатор загорается зеленым.
• Когда уровень сигнала продолжает расти, индикатор становится жёлтым, но может перейти на красный цвет.

Выбирая подходящий датчик для конкретных условий, можно столкнуться всего с двумя типами конструкции, если не рассматривать приборы специального назначения, к примеру, щелевые. В остальных случаях бывают варианты с цилиндрическим или прямоугольным корпусом. И это единственное различие в конструкции.

Разновидности оптического датчика

В современных условиях, оптические датчики выполняют довольно широкий спектр задач на промышленном предприятии. Для покупки необходимого оборудования нужно заранее узнать обо всех типах аппаратуры и условиях, в которых устройство будет установлено.

В зависимости от принципа работы оборудования, специалисты выделяют 3 разновидности прибора:

• Барьерные.
• Диффузные.
• Рефлекторные.

У каждого типа есть свои особенности, о которых нужно узнать подробнее, чтобы подобрать подходящий вариант.

Барьерный тип оптического датчика

Официальное название этого вида — барьерный. Но это определение довольно странное, поскольку для активации всех датчиков некий барьер должен пройти чрез луч.

Принцип работы построен на прямом луче и двух отдельных частях (приемник и излучатель), которые должны располагаться максимальный соосно друг напротив друга. Только так луч точно попадет на приёмник. Когда между частями оборудования появляется какой-то объект, то датчик будет сигнализировать об этом.

Как только луч соприкасается с объектом, выключатель срабатывает. Отличительная особенность устройства — работать оно может на расстоянии десятки метров между приемником и передатчиком. Специалисты уверяют, что этот тип оборудования имеет хорошую помехозащищенность, а потому работе не будут мешать капли жидкости или пыль.

Разумеется, у барьерного прибора есть и недостатки:

• Чтобы подключить оборудование на значительном расстоянии друг от друга, придется совершать довольно трудоемкий процесс с соединением проводов питания.
• Процесс монтажа сильно усложняется, поскольку обязательно условие — полная соосность двух частей барьерного датчика.
• Если в зону действия прибора попадает хорошо отражающий предмет, то это спровоцирует ложное срабатывание оборудования.
• Если барьер имеет прозрачную структуру, то он не ослабит луч, а потому датчик не сработает. Это необходимо учитывать при монтаже.

Чтобы устранить последние два недостатка, необходимо скорректировать регулятор чувствительности. Разумеется, для обнаружения предмета в зоне действия, он не должен быть меньше диаметра луча.

Специалисты полагают, что барьерный тип — самый надёжный вид устройства. Это обусловлено возможностью использования устройства на больших расстояниях, а также помехоустойчивостью. В других устройствах приёмник и передатчик находится в одном корпусе, что не позволяет использовать их на больших расстояниях.

Устройство с раздельным передатчиком и приемником позволяет устанавливать оборудование на расстоянии 10 метров друг от друга. В этом случае передатчик будет стоять в одном месте, где к нему подводят питание. Он производит только функцию излучения, а все остальные задачи от него отводят. При этом оборудование не нужно настраивать.

Приёмник же установлен на определенной дистанции — именно там проводят регулировки чувствительности, а также настраивают другие параметры.

Важный нюанс: приёмник и излучатель должны быть из одного комплекта. Дело в том, что детали, выпущенные разными фирмами, не сочетаются друг с другом и работать не будут.

Именно барьерный тип устройства наиболее распространен в охранных системах и практически не используется на предприятиях, поскольку там нет необходимости в расстоянии, которое могут поддерживать устройства для связи.

Диффузный вид

Принцип работы прибора — зеркальное отображение. В этом случае передатчик и приемник помещается в один корпус. Излучатель падает поток света на определенный объект, луч падает на его поверхность и переходит в разные направления, в зависимости от особенностей оптической системы. Луч частично возвращается назад к приемнику, тем самым включая прибор.

Проблема диффузного датчика — отражающие объекты, которые не попадают в рабочую область установки. Чтобы устранить помеху, необходимо использовать выключатели с подавлением фона.

Дальность действия — самая маленькая из всех приборов оптического вида, она составляет всего полметра. Это компенсируют важной особенностью — если правильно настроить оборудование, то оно детектирует появление объекта в рабочей зоне. По мере приближения датчик сработает, как пороговый элемент.

Особенности настройки

Чтобы выбрать подходящее расстояние, с которого датчик начнёт действовать при приближении объекта, нужно взять простой лист бумаги и проверить условия активации.

Параметры регулировки:

• Размер листа 10 на 10 см — расстояние до 40 см.
• Размер 20 на 20 см — свыше 40 см.

Подобную операцию также проводят с листом горячечеканной стали — выбор метода зависит от предприятия, куда ставят датчик.  Для боле точной настройки используют специальную таблицу, где указаны отражающие свойства материалов. На основе полученных данных добавляют поправочный коэффициент.

Пример: значение датчика — 100 мм, но необходимо установить его на объект из нержавеющей стали. В этой ситуации, поправочный коэффициент будет равен 7.5. А расстояние правильного срабатывания увеличится на 7.5 раз — 750 мм.

Рефлекторный тип

Оборудование включается при отражении луча от рефлектора — отсюда и название прибора. После луч переходит на приёмник и датчик срабатывает. Как только объект покинет рабочую зону, оборудование включиться ещё раз.

Предельная длина действия прибора — 10 м. В теории оборудование сможет работать и на большем расстоянии, но стабильность обеспечить куда сложнее — датчик перестанет работать при малейшем смещении луча из-за вибрации или при попадании пыли.

Оборудование можно использовать для полупрозрачных объектов. Приемник и передатчик находятся в едином корпусе. Датчик часто используют для установки на ленту конвейера, чтобы устройство работало в единой системе с другим оборудованием — изделие пришло на положенное место (датчик сигнализирует об этом), ушло дальше (рефлектор подал еще один сигнал).

Специфические оптические датчики

Были рассмотрены три вида стандартных оптических датчиков, но в продаже можно найти и более специфические варианты, к примеру, — световая решетка. Это две пластины, располагающиеся на определенном расстоянии друг от друга.

С одной стороны установлены фотодиоды, на обратной пластине — светодиоды. Используя перекрытие этой пары, можно с определенной погрешностью вычислить геометрические данные объекта — ширину или высоту. Решётку подключают к контроллеру, который передает данные в центральный компьютер.

Световой барьер

Это ещё один тип специфического датчика, что устанавливают для безопасности конкретного объекта, чтобы не допустить до помещения людей. Система довольно сложна в монтаже, поскольку состоит помимо основных частей еще из двух рефлекторных датчиков и отдельного контроллера.

Лазерная система

Датчик оптического типа, позволяющий не только диагностировать о появлении объектов в зоне действия, но и измерять расстояние между ним.
Принцип действия устройства — измерение времени прохождения через луч. Такая же система используется в радиолокации.

Оптоволоконный датчик

Принцип работы заключается в том, что электронные схемы и элементы оптики разнесены в пространстве, а свет передается через оптоволокно. Обычно используются пластиковые фиберы.

Подобные оборудование устанавливают на объектах, где нужная зона сильно узкая или наблюдается сложная среда для работы — повышенный риск повреждения, постоянная влажность, сильная вибрация.

Аналоговый тип

Это оптические датчики выходного сигнала. Принцип работы очень напоминает лазерный тип, поскольку нужные показатели измеряются в зависимости от интенсивности отраженного сигнала.

Датчик контроля пламени

Оптический датчик часто используют для измерения качества пламени в промышленных горелках. Питание происходит от искрозащищенного блока, который входит в комплект с основным оборудованием. Такое высокоточное устройство закупают для нефтегазовых промышленных предприятий.

Конструкция

Оптические датчики обычно очень компактные — для простоты установки. Для практического применения конструкторы оснащают оборудование выносными модулями. Конструкция приборов может отличаться в зависимости от выбранного места для установки.

Щелевые датчики

Это несколько оппозитно расположенных приёмников, установленных на одной платформе с излучателем. Корпус напоминает букву U. Щелевой приемник применяют для подсчета предметов, которые перемещаются по установленной зоне с высокой скоростью.

Конструкция крайне удобна для экономии пространства, поскольку прокладывать нужно только один питающий кабель.

Прямоугольные

Строение корпуса позволяет дополнительно комплектовать датчики системой охлаждения. Таким образом, оборудование можно ставить с объектами, которые сильно разогреваются.

Прямоугольная форма также обеспечивает надежную устойчивость прибора. Датчики оснащают высокоточной оптикой, что позволяет производить мгновенный пересчет объектов.

Цилиндрический корпус

Устройство внешне очень похоже на свечу зажигания. Устройство продают с дополнительными элементами — пластины для крепежа, уголки и зажимные блоки.

Как подключить оптический датчик

Любой оптический датчик соединяют с исполнительной автоматикой:

• программаторы;
• платы управления различных систем.

Схему подключения придётся выбирать в зависимости от типа выходного сигнала, который исходит от оборудования.

Общая классификация подключения оптического датчика:

• на сухой тип контактной группы применяют замкнутые или разомкнутые;
• соединение с питанием сигнализационной системы;
• подача питания на релейные датчики по отдельной линии.

Путаница возникает, поскольку не все мастера понимают разницу между нормально закрытым и открытым выходом датчика.

Чтобы разобраться с подключением, нужно понять три события:

• правильная интенсивность попадания света;
• включение индикатора, показывающего на активность прибора;
• переключение реле или транзистора — выходные элементы.

Приор не получится подключить правильно, если перепутать срабатывание и попадание света. А также, какие процессы в этот момент происходят — переключатель работает в определённом режиме (Dark/Light), а тип выхода — нормально открытый или нормально закрытый.

При НЗ-выходе индикатор может загореться, когда замыкается контакт, или же при активности датчика. Нельзя забывать, что эти события — неодинаковы. Все зависит от производителя.

Поэтому, для правильного подключения нужно внимательно ознакомиться с инструкцией и проверять теорию на практике.

Где применяют оптические датчики

Датчики оптического типа применяют для эффективного определения или наличия предметов, которые присутствует на каком-либо объекте. С помощью устройства специалисты контролируют расстояние и габариты, степень прозрачности, цвет  конкретного объекта.

Обычно датчики ставят в системы автоматического управления освещением, охранные сигнализации или приборы на дистанционном управлении.

Простая конструкция оборудования обеспечивает высокую надежность, но при этом гарантирует точность любых измерений. Поскольку в датчиках используется кодированный световой сигнал, это увеличивает защиту от воздействия негативных факторов, а электроника сможет определить не только наличие нужного объекта на рабочей территории, но и учитывает его свойства — прозрачность или габариты.

Наибольшее распространение подобный тип датчиков получили в системах охранной сигнализации, где необходимо использовать высокочастотные системы распознавания движения. Независимо от выбранного вида приспособления, датчики — лучший вариант для системы управления автоматического оборудования.

Оптический датчик обладает не только высокой точностью, но и скоростью измерения с минимальным откликом на разрушение луча. Поскольку оптические датчики используют бесконтактный тип связи, это гарантирует продолжительный срок службы в любых производственных условиях.

Устройства также часто используют для подсчёта оборотов различных двигателей или уровня жидкостей. В этих ситуациях нужно в конкретную зону установить оптический датчик оборотов, вращения и оптический датчик уровня. Два вида устройств активно используют на промышленных предприятиях.

Уход за оптическим датчиком

Любая техника нуждается в должном уходе, иначе вскоре выйдет из строя. Поскольку в датчиках используется оптика, ее нужно регулярно протирать, словно объектив фотоаппарата. Важно использовать мягкую ткань, которая не оставит царапин и иных повреждений на детали. Обычно используют салфетки, смоченные водой. В жидкость по желанию можно добавить каплю любого средства для чистки (к примеру, для посуды) — это ускорит процесс, и оптика будет обработана намного тщательнее.

После влажной чистки, деталь следуют тщательно протереть сухой салфеткой, чтобы удалить остатки жидкости. В этом процессе главное — следить, чтобы абразив не попал внутрь датчика, иначе его не получится настроить для работы.

Что касается корпуса, то для правильной работы устройства достаточно знать, как проверять его на механическую целостность. При проверке состояния датчика нельзя забывать про важный нюанс — в качестве излучателя используется светодиод. У него есть определённый ресурс, который однажды закончится. Это значит, что светодиоды нужно периодически менять, чтобы оборудование работало в штатном режиме.

Оптический датчик — не самый сложный прибор, а потому его разборка и чистка некоторых элементов н займет больше 30 минут.

Неисправности, случающиеся в процессе эксплуатации

Любое оборудование рано или поздно выходит из строя. Оптический датчик ломается крайне редко, но если это произошло, нужно знать, чем вызваны неисправности:

• цепь питания может оборваться, возможны также и механические повреждения самого прибора или сенсора;
• компоненты внутри корпуса вышли из строя;
• проблемы с настройкой — для правильной работы, датчики нужно правильно откалибровать.

Если регулярно проводить сервисное обслуживание прибора и своевременно менять расходные части, можно добиться высокого срока эксплуатации оптического датчика. При правильном уходе, устройство служит не одно десятилетие.

Особенности проверки

Перед вводом в работу любое точное измерительное устройство проходит проверки. Для поверки оптического датчика используют специальные стенды. Они необходимы для проверки соосности. Если стенд показывает, что датчик установлен правильно, но необходимых для работы результатов нет, это означает, что внутренности устройства поврежден. Вероятная проблема — оптика.

Также можно использовать эмпирический способ — поставить оборудование на положенное место и проследить за его работой.

Заключение

Оптический датчик — компактный и надежный прибор, применимый практически на каждом промышленном предприятии. Но, для установки и правильной настройки устройства, нужен грамотный специалист, разбирающийся не только в типах приборов, но и особенностях подключения.

Видео по теме

Волоконно-оптические датчики на брэгговских решетках

В течение десятилетий основным способом измерения физических и механических явлений были электрические датчики (тензорезистивные, струнные, потенциометрические и тд.). Несмотря на их повсеместное использование, электрические датчики имеют ряд недостатков, таких как: потери при передаче сигнала, восприимчивость к электромагнитным помехам, необходимость организации искробезопасной электрической цепи (если существует опасность взрыва). Эти присущие им ограничения делают электрические датчики непригодными или сложными для применения при выполнении ряда задач. Использование волоконно-оптических датчиков является отличным решением данных проблем. В волоконно-оптических датчиках сигналом является свет в оптическом волокне, вместо электричества в медном проводе у традиционных электрических датчиков.

За последние двадцать лет огромное количество инноваций в оптоэлектронике и в области волоконно-оптических телекоммуникаций привело к значительному снижению цен на оптические компоненты и к значительному улучшению их качества. Это позволило волоконно-оптическим датчикам перейти из разряда экспериментальных лабораторных приборов в разряд широко применяемых приборов в таких областях как мониторинг зданий и сооружений и т.д.

Для автоматизированного мониторинга зданий и сооружений используют следующие виды оптоволоконных датчиков:

 

В основе работы волоконно-оптических датчиков лежит модуляция одного или нескольких свойств распространяющейся световой волны (интенсивность, фаза, поляризация, частота), изменение которых происходит вместе с изменением измеряемой физической величины.

Ядром технологии волоконно-оптических измерений является оптическое волокно – тонкая нить из стекла, которая пропускает свет через свою сердцевину. Оптическое волокно состоит трех основных компонентов: сердечника, оболочки и покрытия. Оболочка отражает рассеянный свет обратно в активную зону, обеспечивая прохождение света через ядро с минимальными потерями. Это достигается с помощью более высокого показателя преломления в сердечнике по отношению к оболочке, в результате чего происходит полное внутреннее отражение света. Внешнее покрытие служит буфером для защиты волокна от внешних воздействий и физических повреждений. Оно может включать в себя несколько слоев в зависимости от требуемой защиты.

Рис. 1 Поперечное сечение оптического волокна

Датчики на основе ВБР (волоконных брэгговских решетках, англ. FBG — fiber Bragg grating)

Одним из наиболее часто используемых волоконно-оптических датчиков являются датчики на основе волоконно-брэгговских решеток (ВБР). Решетки в этих датчиках отражают световой сигнал, спектральная характеристика которого (длина волны) смещается вместе с изменением измеряемого параметра (температурой и / или деформацией). При изготовлении решеток внутри сердечника создается область с периодическим изменением показателя преломления, непосредственно эта область и называется ВБР.

Когда широкополосное световое излучение проходит через брэгговскую решетку, отражения от каждого сегмента области с переменным показателем преломления интерферируют только для конкретной длины волны света, называемой длиной волны Брэгга (λ_b), описанной в уравнении ниже. Это фактически приводит к тому, что ВБР отражает определенные длины волн (определенную частоту) света и пропускает все остальные.

λ_b = 2nΛ (1)

В уравнении (1), λ_b – брэгговская длина волны, n — эффективный показатель преломления сердечника оптического волокна, Λ — расстояние между решетками или период решетки.

Рис 2.  Устройство волоконной брэгговской решетки

Зная, что брэгговская длина волны зависит от периода решетки, можно изготавливать решетки с разными брэгговскими длинами волн.
Изменения деформации и температуры влияют на эффективный показатель преломления и период решетки, что вызывает смещение длины волны отраженного сигнала. Это смещение длины волны можно приблизительно описать уравнением (2)
Δλ/λ0 = (1-pe)*ε+(αΛ+αn)*ΔT (2)

Где Δλ – смещение длины волны, а λ0 – начальная длина волны
Первое слагаемое описывает влияние деформации на сдвиг длины волны, где pe – оптический коэффициент напряжения, а ε – относительная деформация, испытываемая решеткой. Второе слагаемое описывает влияние температуры на сдвиг длины волны, где αΛ – температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР), а αn – термооптический коэффициент. αn описывает изменение показателя преломления от температуры, а αΛ описывает расширение решетки под воздействием температуры.
Поскольку ВБР реагирует как на деформацию, так и на температуры то необходимо учитывать оба эти эффекта и различать их между собой. Для измерения температуры решетка не должна испытывать деформацию. Для этого можно поместить решетку внутрь корпуса, чтобы быть уверенным, что решетка не будет подвергаться растяжению, сжатию, сгибанию или скручиванию. Коэффициент теплового расширения αΛ стекла на практике не принимается в расчет (пренебрежительно мал), таким образом, изменения в отраженном спектре вызванные воздействием температуры может быть описано изменением показателя преломления волокна αn.
ВБР датчики деформации несколько более сложны, так, как и температура и деформация влияют на спектр отражаемого сигнала. Для получения корректных данных измерений деформации, необходимо компенсировать влияние температуры на ВБР. Это можно сделать с помощью установки ВБР датчика температуры ВБР в тесном тепловом контакте с ВБР датчиком деформации. Простое вычитание сдвига спектра, вызванного датчиком температуры от сдвига спектра датчика деформации, удаляет второе слагаемое уравнения (2). Что в результате дает значения деформации с температурной компенсацией.
Процесс монтажа датчиков на основе ВБР очень похож на монтаж обыкновенных датчиков, так как ВБР датчики имеют различное исполнение (на подложке, в корпусе и тд.).

Преимущества датчиков на основе ВБР

На данный момент большинство датчиков используемых в мире это электрические датчики (MЭМС, тензорезисторы, струнные и т.д.). Как уже говорилось выше, в датчиках на основе брэгговских решеток сигналом является свет, проходящий через оптическое волокно (вместо электрического тока, проходящего по медному проводу). Это кардинальное отличие позволяет ВИР датчикам преодолеть многие проблемы характерные для электрических датчиков.
Оптические волокна и датчики являются непроводящими, электрически пассивными и невосприимчивыми к ЭМ-помехам. Опрос с помощью перестраиваемого лазера высокой мощности позволяет проводить измерения на большие расстояния практически без потери сигнала. Кроме того, в отличие от электрического канала измерительной системы, каждый оптический канал может опрашивать множество датчиков ВБР (каждый канал является «гирляндой»), что значительно уменьшает размер и сложность такой системы измерения.
Оптические измерительные системы идеально подходят для применения в условиях, где обычные электрические датчики (тензорезисторные, струнные, терморезисторные и т.д.) оказались трудно использовать из-за сложных условий (большие расстояния, ЭМ поля, взрывобезопасность и др.). Так как монтаж и эксплуатация оптических датчиков аналогичны с применением обычных электрических датчиков, легко осуществить переход на оптоволоконные решения. Понимание принципов работы таких систем и преимуществ от их использования может значительно облегчить решение различных задач в области измерений (например, мониторинг конструкций).

Датчики скорости и пути – пример российской разработки

 

Бесконтактный принцип измерения скорости достаточно прост. «Простейший» прибор – глаз. Каждый, глянув в окно вагона или автомобиля, может оценить скорость движения по пробегающему мимо пейзажу. «Обработка» сигнала при этом происходит в мозгу – оценка расстояния до какого-либо объекта, его угловая скорость, плюс жизненный опыт. То же, с гораздо более высокой точностью, можно измерить на приборном уровне.

Рассмотрим сначала лазерный датчик, как наиболее простой. Итак, есть движущийся объект, осветитель этого объекта (иначе ничего не увидим) и регистрирующая отраженный сигнал оптическая система. Это может быть просто линза и фотодетектор (ФД).

Объект неоднороден по яркости и шероховатости, поэтому при движении, ФД будет регистрировать сигнал, частота которого пропорциональна скорости. Характерное значение этой частоты определяется линейным размером области регистрации ФД и временем пересечения этой области элементом объекта. В принципе, задача решена, но очень неточно. Это так называемый низкочастотный сигнал. Для увеличения точности измерений необходимо сузить спектр частот, генерируемый движущимся объектом. И для этого есть радикальное средство – пространственный фильтр. Это термин из области оптических растровых датчиков.

В случае лазерных датчиков – это просто создание интерференционной картины, т.е. периодической модуляции освещенности объекта в пределах лазерного пучка (это область детектирования). Это возможно благодаря свойству когерентности лазерного излучения – все фотоны в пучке сфазированы. Достаточно разделить исходный пучок на два пучка, и свести их под углом к другу. Это и есть в данном случае пространственный фильтр. Теперь любой перепад профиля или яркости объекта, пересекающий эту периодическую структуру, даст отраженный сигнал, интенсивность которого промодулирована с частотой «период освещенности» – «скорость его пересечения».

При этом, чем больше число созданных периодов – тем уже спектр сигнала – единичный перепад профиля или яркости объекта будет генерировать не один импульс, а множество (цуг) импульсов, число которых определяется  количеством периодов интерференционной картины. На практике – например, при диаметре пучка на объекте 5 мм и периоде интерференции 0,05 мм – получаем 100 штрихов интенсивности, соответственно, цугов сигнала, т.е. спектр сузился примерно в 100 раз по сравнению с вышеописанным низкочастотным сигналом (который теперь малоинформативный, более того, мешает и так и называется – паразитный). Отметим, что достаточно 20 – 30 штрихов для достижения точности измерений лучше 0,1%.

В случае оптических датчиков – объект освещается однородным источником (просто лампочка или светодиод) – а периодическая структура (растр) находится внутри датчика. При этом он получается гораздо более защищенным (это как в спорте – санки и бобслей) – но возникает множество проблем, основная из которых – зависимость частотного отклика ( коэффи­циент пропорциональности между частотой регистрируемого сигнала и скоростью объекта в Гц/(м/с)) от расстояния до объекта. Забегая вперед, отметим, что сейчас эта проблема решена кардинально.

Подробный обзор по лазерным и оптическим  датчикам скорости (способы создания пространственных фильтров, методы обработки сигналов…) можно найти в монографии [1]. На двух сотнях страниц описана вся теория. Только не сказано, как же на этой основе сделать работающий в реальных суровых условиях (температурный диапазон, различные поверхности и изменения расстояний до них в процессе измерений) датчик.

Производителей реальных бесконтактных датчиков в мире не так много – порядка десятка фирм выпускают лазерные датчики, еще меньше – оптические. В данной статье рассмотрим подробнее датчики обоих типов, производимые российской фирмой ООО «ПТП«Сенсорика-М».

Поскольку она недавно вышла на этот рынок, при создании датчиков использовались самые последние достижения,  как в области «железа», так и в математических алгоритмах обработки сигнала плюс оригинальные технические решения, созданные совместно со специалистами Института общей физики РАН. Например, оригинальный оптический моноблок для лазерного датчика, основанный на принципе деления пучка по волновому фронту обеспечивает стабильную интерференционную картину, нечувствительную к изменениям температуры,  с нулевой разностью хода пучков, что обеспечивает максимальный контраст штрихов в большом диапазоне расстояний до объекта. При этом отсутствуют какие-либо юстировки оптического блока. Оптическая схема приемной растровой системы оптического датчика полностью устраняет зависимость измеренной скорости от расстояния до объекта при сохранении высокой светосилы оптики. На данное техническое решение получены патенты России и Германии [2].

В приемной аналоговой электронике и в части аппаратной обработки сигнала также используются самые современные микросхемы и микроконтроллеры с сигнальными процессорами, что позволяет измерять скорость с высокой частотой и реализовывать различные выходные сигналы – аналоговые, частотные, цифровые. Выпускается широкая линейка датчиков обоих типов, с номинальными расстояниями до объекта от 15 до 130 см и диапазоном измеряемых скоростей от 0,01  до 100 м/с для самых различных применений в промышленности и на транспорте (подробнее можно посмотреть на сайте компании). В 2014 г. лазерный датчик внесен в Госреестр СИ (средств измерений), оптический датчик будет внесен в Госреестр в 2015г.

Отметим, что оба типа датчиков измеряют пройденный путь (длину, которая обычно и требуется на практике) по измеренной скорости (интеграл скорости по времени). При этом техническая точность измерений (возможности датчика в смысле повторяемости измерений) уже достигла своего практического предела и превышает обычные потребности практики. Например, в технических данных приводится точность измерений длины <0,1% – это некоторая условность, поскольку зависит от самой длины и возможностей независимой проверки этой точности (реально это может быть гораздо точнее, см. примеры измерений далее). Поэтому теперь основной упор делается на надежность измерений, т.е. отсутствие сбоев при самых различных условиях и типах поверхностей.

Еще об измерении длины в стандартных промышленных задачах, а именно: имеется некоторый длинномерный движущийся объект (металлическая полоса, стеклянное полотно, текстиль…), который нужно нарезать на куски определенной длины. Датчик должен выдать сигнал на исполнительный механизм по достижении этой длины. Пусть имеется цифровой выход (Ethernet, USB…) с которого можно считать текущую измеренную длину. Например, при частоте измерений 50 Гц и скорости объекта 1 м/с данные текущей длины будут иметь квант (1м/с)/(0,02с) = 2 см чего может быть недостаточно. Однако, есть также импульсный выход длины с коэффициентом, например 1000 Гц на 1 м/с или 1000 импульсов на метр. Частота на этом выходе обновляется 50 раз в секунду, так что так что при любой скорости квант измеренного пути равен 1 мм. Очевидно, можно выставить и 10 тыс. имп/м так что точность измерений длины можно считать идеальной и конечная точность ограничивается уже механикой режущего механизма.

Далее приведем несколько при­меров применения датчиков с оцен­кой точности и повторяемости из­мерений.

Тест лазерного датчика пройденного пути и длины ИСД-5 для дорожных применений

Высота установки датчика – примерно 50 см (допустимо от 35 до 65 см). Частота измерений: 54,2 Гц, пределы измерения скорости: 0,02 – 110 Км/ч. Проезд по замкнутой траектории длиной около 1 Км (в условиях города, день, солнечно, температура -7 ˚С). Движение с переменной скоростью (0-50 Км/ч), с несколькими остановками. Результаты измеренного пути по трем заездам: 1055,740 м, 1056,244 и 1055,33 м, т.е. повторяемость измерений составила <0,05%, причем сюда входит и неидеальность повторения траектории.

Прохождение дистанции с использованием двух датчиков (оптический и лазерный параллельно)

Оба датчика устанавливались на автомобиле, как это представлено на рис.1.

 В статье приводится краткий обзор принципов измерения скорости и пройденного пути (длины) бесконтактными лазерными и оптическими датчиками и демонстрируются технические параметры этих приборов на примере продукции российского предприятия ООО «ПТП«Сенсорика-М».

Рис. 1. Оптический датчик ИСД‑3 и лазерный ИСД‑5, закрепленные на автомобиле во время тестовых заездов.

Номинальная высота оптического датчика ИСД-3 – 50 см, лазерного датчика ИСД-5 -130 см, но установлен он на высоте 100 см. На прямом участке асфальтовой дороги проведено 4 заезда (по 2 в каждую сторону) примерно одинаковой длины и сравнивалась относительная разность показаний датчиков. Результаты представлены в Таблице.

Табл.1. Результаты параллельного измерения одного и того же пути обоими датчиками.

Номер заезда	ИСД-316, м (изм 23,6 Гц)	ИСД-505, м (изм 40,6 Гц)	Отн. Разница, % (V3/V5 -1)*100
1	1345,68	1345,01	– 0,05
2	1394,01	1395,08	0,07
3	1382,51	1382,73	0,016
4	1345,14	1343,06	-0,15
Средняя относительная разница			0,03 ± 0,1 %

 Таким образом, реальное качество измерений обоих датчиков в дорожных применениях одинаково и относительная повторяемость измерений составляет сотые доли процента. При этом отметим, что вообще для дорожных применений предпочтительно использовать оптический датчик, поскольку он значительно более устойчив к внешним неблагоприятным условиям, как это упоминалось выше (температура, снег, дождь…), в частности, он малочувствителен к загрязнениям входной оптики – это как фотоаппарат – объектив может быть совсем грязным, но фотографировать, в принципе, не мешает. В то же время попадание, например, капли воды на выходную оптику лазерного датчика может сильно исказить интерференционную картину на объекте.

 Для общего представления качества измерений на рис.2 представлен график скорости разгона – торможения локомотива с товарным составом ( Щербинский ЖД полигон, датчик скорости и дистанции – ИСД-3, номинальное расстояние 80 см, устанавливался на днище локомотива и «смотрел» прямо на шпалы).

Рис. 2. График скорости разгона и торможения локомотива с товарным составом.

График позволяет оценить мгновенную точность измерений скорости, поскольку движение ЖД состава – пример максимальной плавности скорости. Также в качестве иллюстрации приводятся очень интересные и познавательные графики – тормозные испытания автомобильных шин на льду (ледовый каток «Арена» в Мытищах, использовался оптический датчик). На рис. 3а представлены результаты пяти заездов разгон – торможение на зимних не шипованных шинах, на рис 3б – то же самое на шипованных.

 Рис. 3. Точность, с которой оптический датчик ИСД-3 измеряет скорость разгона и торможения автомобиля на льду: а – автомобиль на зимних не шипованных шинах; б – автомобиль на шипованных шинах.

Обратите внимание, что пички скорости – не шумы измерений, а совершенно реальны, именно так движется автомобиль на льду.

Данные датчики, конечно – же используются и в промышленности. Здесь приведем только один яркий демонстрационный пример: измерение длины стекла. Объект: вращающийся диск из полированного стекла с максимально чистой поверхностью. Измеритель – лазерный, с номинальным рабочим расстоянием 130 см (в реальности стекло горячее, поэтому требуются измерения с больших дистанций). На диске нанесена метка – начало и конец измерений окружности, которая считывалась датчиком. Длина измеряемой окружности – 2,173 м. Проведено две серии измерений по 7 и 11 измерений. Средняя измеренная длина составила 2,1732 и 2,1733 м при стандартном отклонении 0,034 и 0,036%.

Из последних разработок ООО «ПТП«Сенсорика-М» можно также упомянуть двумерные лазерные датчики, позволяющие, в частности, измерять поступательную скорость вращающейся на рольгангах трубы – актуальная задача на участках нанесения изоляции на трубопрокатных заводах (серийный вариант будет доступен во втором квартале 2015 г.). И уж совсем экзотика – измерение скорости подводных аппаратов относительно среды (экспериментальный образец демонстрировался на форуме «Морская индустрия России» [3]). И много другого. Из-за ограниченности объема статьи здесь можно только посоветовать посетить сайт производителя.

Таким образом, «наши» бесконтактные датчики пути – скорости ни в чем не уступают мировым аналогам, а зачастую и превосходят их. При этом стоят на данный момент в несколько раз дешевле.

С. Ф. Растопов, к. ф.-м. н., технический специалист,

ООО «ПТП«Сенсорика-М»., г. Москва,

тел.: (499) 753-3990, (499) 487-0363

e-mail: [email protected]

www.sensorika.com

 Ссылки:
1.    Y. Aizu T. Asakura, Spatial Filtering Velocimetry, Fundamentals and Applications, Springer Series in Optical Sciences (Book 116), 2005, 212р.
2.    Патент  РФ № 2482499  и Патент DE 11 2011 102 253 B4.
3.    IV Международный форум «Морская индустрия России», выставочный комплекс «Гостиный двор», Москва, 20-22 мая 2014 г.

Различные типы оптических датчиков и приложения

Оптический датчик преобразует световые лучи в электронный сигнал. Назначение оптического датчика – измерить физическое количество света и, в зависимости от типа датчика, затем преобразовать его в форму, которая читается встроенным измерительным устройством. Оптические датчики используются для бесконтактного обнаружения, подсчета или позиционирования деталей. Оптические датчики могут быть как внутренними, так и внешними. Внешние датчики собирают и передают необходимое количество света, в то время как внутренние датчики чаще всего используются для измерения изгибов и других небольших изменений направления.

Различные оптические датчики могут измерять следующие величины: температура, скорость, уровень жидкости, давление, смещение (положение), вибрации, химические вещества, силовое излучение, значение pH, деформация, акустическое поле и электрическое поле.

Типы оптических датчиков

Существуют различные типы оптических датчиков, наиболее распространенные типы, которые мы использовали в наших реальных приложениях, как указано ниже.

• Фотопроводящие устройства, используемые для измерения сопротивления путем преобразования изменения падающего света в изменение сопротивления.
• Фотоэлектрический элемент (солнечный элемент) преобразует количество падающего света в выходное напряжение.
• Фотодиоды преобразуют падающий свет в выходной ток.

Фототранзисторы – это тип биполярных транзисторов, в которых переход база-коллектор подвергается воздействию света. Это приводит к тому же поведению фотодиода, но с внутренним усилением.

Принцип работы заключается в передаче и приеме света в оптическом датчике, обнаруживаемый объект отражает или прерывает световой луч , излучаемый излучающим диодом .В зависимости от типа устройства оценивается прерывание или отражение светового луча. Это позволяет обнаруживать объекты независимо от материала, из которого они сделаны (дерево, металл, пластик или другой). Специальные устройства даже позволяют обнаруживать прозрачные объекты, объекты разного цвета или контрастности. Различные типы оптических датчиков описаны ниже.

Различные типы оптических датчиков

Датчики пересечения луча

Система состоит из двух отдельных компонентов: передатчик и приемник расположены напротив друг друга.Передатчик проецирует световой луч на приемник. Прерывание светового луча интерпретируется приемником как сигнал переключения. Неважно, где происходит прерывание.

Преимущество: Могут быть достигнуты большие рабочие расстояния, а распознавание не зависит от структуры поверхности объекта, цвета или отражательной способности.

Чтобы гарантировать высокую эксплуатационную надежность, необходимо убедиться, что объект достаточно большой, чтобы полностью перекрыть световой луч.

Датчики на отражение от рефлектора

Передатчик и приемник находятся в одном доме, через отражатель излучаемый световой луч направляется обратно в приемник. Прерывание светового луча инициирует операцию переключения. Неважно, где происходит прерывание.

Преимущество: Датчики с отражением от рефлектора позволяют работать на больших расстояниях с точками переключения, которые точно воспроизводятся, требуя небольших усилий при установке. Все объекты, прерывающие световой луч, точно обнаруживаются независимо от структуры или цвета их поверхности.

Датчики диффузного отражения

Передатчик и приемник находятся в одном корпусе. Проходящий свет отражается обнаруживаемым объектом.

Преимущество: Интенсивность рассеянного света на приемнике служит условием переключения. Независимо от настройки чувствительности задняя часть всегда отражает лучше, чем передняя. Это приводит к ошибочным операциям переключения.

Различные источники света для оптических датчиков

Существует много типов источников света.Солнце и свет от горящих факелов были первыми источниками света, использованными для изучения оптики. Фактически, свет, исходящий от определенного (возбужденного) вещества (например, ионов йода, хлора и ртути), по-прежнему является опорными точками в оптическом спектре. Одним из ключевых компонентов оптической связи является источник монохроматического света. В оптической связи источники света должны быть монохромными, компактными и долговечными. Вот два разных типа источников света.

1.LED (светоизлучающий диод)

В процессе рекомбинации электронов с дырками на стыках n-легированных и p-легированных полупроводников энергия выделяется в виде света. Возбуждение происходит путем приложения внешнего напряжения, и может происходить рекомбинация, или она может быть стимулирована как другой фотон. Это облегчает соединение светодиода с оптическим устройством.

Светодиод – это полупроводниковое устройство p-n, которое излучает свет, когда на его два вывода подается напряжение.

2.ЛАЗЕР (усиление света с помощью вынужденного излучения)

Лазер создается, когда электроны в атомах в специальных стеклах, кристаллах или газах поглощают энергию электрического тока, который они возбуждают. Возбужденные электроны перемещаются с орбиты с более низкой энергией на орбиту с более высокой энергией вокруг ядра атома. Когда они возвращаются в свое нормальное или основное состояние, это приводит к тому, что электроны испускают фотоны (частицы света). Все эти фотоны имеют одинаковую длину волны и когерентны.Обычный видимый свет имеет несколько длин волн и не является когерентным.

LASAR Light Emission Process

Применение оптических датчиков

Применение этих оптических датчиков варьируется от компьютеров до датчиков движения. Чтобы оптические датчики работали эффективно, они должны быть подходящего типа для применения, чтобы сохранять чувствительность к измеряемым свойствам. Оптические датчики являются неотъемлемой частью многих распространенных устройств, включая компьютеры, копировальные аппараты (ксерокопии) и осветительные приборы, которые автоматически включаются в темноте.И некоторые из распространенных приложений включают системы сигнализации, синхронизаторы для фотографических вспышек и системы, которые могут обнаруживать присутствие объектов.

Датчики внешней освещенности

В основном мы видели этот датчик на наших мобильных телефонах. Это продлит срок службы батареи и обеспечит удобство просмотра дисплеев, оптимизированных для окружающей среды.

Датчики внешней освещенности

Биомедицинские приложения

Оптические датчики

широко применяются в биомедицине. Некоторые из примеров: Анализ дыхания с использованием перестраиваемого диодного лазера. Оптический монитор сердечного ритма. Оптический монитор сердечного ритма измеряет вашу частоту сердечных сокращений с помощью света.Светодиод светит сквозь кожу, а оптический датчик исследует отраженный свет. Поскольку кровь поглощает больше света, колебания уровня освещенности можно преобразовать в частоту сердечных сокращений. Этот процесс называется фотоплетизмографией.

Индикатор уровня жидкости на основе оптического датчика

Индикатор уровня жидкости на основе оптического датчика

состоит из двух основных частей: инфракрасного светодиода, соединенного со световым транзистором, и прозрачного наконечника призмы на передней панели. Светодиод излучает инфракрасный свет наружу, когда наконечник датчика окружен воздухом, свет реагирует, отражаясь назад внутрь наконечника, прежде чем вернуться к транзистору.Когда датчик погружен в жидкость, свет рассеивается по всей поверхности и меньше возвращается к транзистору. Количество отраженного на транзисторе света влияет на выходные уровни, что делает возможным определение точечного уровня.

Оптический датчик уровня

У вас есть основная информация об оптическом датчике? Мы подтверждаем, что приведенная выше информация разъясняет основы концепции оптического датчика со связанными изображениями и различными приложениями реального времени. Кроме того, любые сомнения относительно этой концепции или реализации каких-либо проектов на основе датчиков, пожалуйста, дайте свои предложения и комментарии к этой статье, которые вы можете написать в разделе комментариев ниже.Вот вам вопрос, каковы разные источники света оптического датчика?

Поставщики средств беспроводной связи и ресурсы

О мире беспроводной связи RF

Веб-сайт RF Wireless World является домом для поставщиков и ресурсов радиочастотной и беспроводной связи. На сайте представлены статьи, руководства, поставщики, терминология, исходный код (VHDL, Verilog, MATLAB, Labview), тестирование и измерения, калькуляторы, новости, книги, загрузки и многое другое.

Сайт RF Wireless World охватывает ресурсы по различным темам, таким как RF, беспроводная связь, vsat, спутник, радар, оптоволокно, микроволновая печь, wimax, wlan, zigbee, LTE, 5G NR, GSM, GPRS, GPS, WCDMA, UMTS, TDSCDMA, Bluetooth, Lightwave RF, z-wave, Интернет вещей (IoT), M2M, Ethernet и т. Д.Эти ресурсы основаны на стандартах IEEE и 3GPP. В нем также есть академический раздел, который охватывает колледжи и университеты по инженерным дисциплинам и MBA.

Статьи о системах на основе Интернета вещей

Система обнаружения падений для пожилых людей на основе Интернета вещей : В статье рассматривается архитектура системы обнаружения падений, используемой для пожилых людей. В нем упоминаются преимущества или преимущества системы обнаружения падений Интернета вещей. Читать дальше➤
Также обратитесь к другим статьям о системах на основе Интернета вещей следующим образом:
• Система очистки туалетов самолета. • Система измерения столкновений • Система отслеживания скоропортящихся продуктов и овощей • Система помощи водителю • Система умной торговли • Система мониторинга качества воды. • Система Smart Grid • Система умного освещения на базе Zigbee • Умная парковка на базе Zigbee • Система умной парковки на основе LoRaWAN

---

RF Статьи о беспроводной связи

В этом разделе статей представлены статьи о физическом уровне (PHY), уровне MAC, стеке протоколов и сетевой архитектуре на основе WLAN, WiMAX, zigbee, GSM, GPRS, TD-SCDMA, LTE, 5G NR, VSAT, Gigabit Ethernet на основе IEEE / 3GPP и т. Д. .стандарты. Он также охватывает статьи, относящиеся к испытаниям и измерениям, по тестированию на соответствие, используемым для испытаний устройств на соответствие RF / PHY. СПРАВОЧНЫЕ СТАТЬИ УКАЗАТЕЛЬ >>.

---

Физический уровень 5G NR : Обработка физического уровня для канала 5G NR PDSCH и канала 5G NR PUSCH рассмотрена поэтапно. Это описание физического уровня 5G соответствует спецификациям физического уровня 3GPP. Читать дальше➤

---

Основы повторителей и типы повторителей : В нем объясняются функции различных типов ретрансляторов, используемых в беспроводных технологиях.Читать дальше➤

---

Основы и типы замирания : В этой статье описываются мелкомасштабные замирания, крупномасштабные замирания, медленные, быстрые и т. Д., Используемые в беспроводной связи. Читать дальше➤

---

Архитектура сотового телефона 5G : В этой статье рассматривается блок-схема сотового телефона 5G с внутренними модулями 5G. Архитектура сотового телефона. Читать дальше➤

---

Основы помех и типы помех: В этой статье рассматриваются помехи по соседнему каналу, помехи в совмещенном канале, Электромагнитные помехи, ICI, ISI, световые помехи, звуковые помехи и т. Д.Читать дальше➤

---

5G NR Раздел

В этом разделе рассматриваются функции 5G NR (New Radio), нумерология, диапазоны, архитектура, развертывание, стек протоколов (PHY, MAC, RLC, PDCP, RRC) и т. Д. 5G NR Краткий указатель ссылок >>
• Мини-слот 5G NR • Часть полосы пропускания 5G NR • 5G NR CORESET • Форматы DCI 5G NR • 5G NR UCI • Форматы слотов 5G NR • IE 5G NR RRC • 5G NR SSB, SS, PBCH • 5G NR PRACH • 5G NR PDCCH • 5G NR PUCCH • Эталонные сигналы 5G NR • 5G NR m-последовательность • Золотая последовательность 5G NR • 5G NR Zadoff Chu Sequence • Физический уровень 5G NR • Уровень MAC 5G NR • Уровень 5G NR RLC • Уровень 5G NR PDCP

---

Учебные пособия по беспроводным технологиям

В этом разделе рассматриваются учебные пособия по радиочастотам и беспроводной связи.Он охватывает учебные пособия по таким темам, как сотовая связь, WLAN (11ac, 11ad), wimax, bluetooth, zigbee, zwave, LTE, DSP, GSM, GPRS, GPS, UMTS, CDMA, UWB, RFID, радар, VSAT, спутник, WLAN, волновод, антенна, фемтосота, тестирование и измерения, IoT и т. Д. См. УКАЗАТЕЛЬ Учебников >>

---

Учебное пособие по 5G – Это руководство по 5G также охватывает следующие подтемы по технологии 5G:
Учебное пособие по основам 5G. Частотные диапазоны миллиметровая волна Волновая рама 5G мм Зондирование волнового канала 5G мм 4G против 5G Испытательное оборудование 5G Сетевая архитектура 5G Сетевые интерфейсы 5G NR канальное зондирование Типы каналов 5G FDD против TDD Разделение сети 5G NR Что такое 5G NR Режимы развертывания 5G NR Что такое 5G TF

---

В этом руководстве GSM рассматриваются основы GSM, сетевая архитектура, сетевые элементы, системные спецификации, приложения, Типы пакетов GSM, структура или иерархия кадров GSM, логические каналы, физические каналы, Физический уровень GSM или обработка речи, вход в сеть мобильного телефона GSM, установка вызова или процедура включения питания, MO-вызов, MT-вызов, VAMOS, AMR, MSK, модуляция GMSK, физический уровень, стек протоколов, основы работы с мобильным телефоном, Планирование RF, нисходящая линия связи PS-вызовов и восходящая линия связи PS-вызовов.
➤Подробнее.

LTE Tutorial , охватывающий архитектуру системы LTE, охватывающий основы LTE EUTRAN и LTE Evolved Packet Core (EPC). Он обеспечивает связь с обзором системы LTE, радиоинтерфейсом LTE, терминологией LTE, категориями LTE UE, структурой кадра LTE, физическим уровнем LTE, Стек протоколов LTE, каналы LTE (логические, транспортные, физические), пропускная способность LTE, агрегация несущих LTE, передача голоса по LTE, расширенный LTE, Поставщики LTE и LTE vs LTE продвинутые.➤Подробнее.

---

RF Technology Stuff

Эта страница мира беспроводной радиосвязи описывает пошаговое проектирование преобразователя частоты RF на примере преобразователя RF UP от 70 МГц до диапазона C. для микрополосковой платы с использованием дискретных радиочастотных компонентов, а именно. Смесители, гетеродин, MMIC, синтезатор, опорный генератор OCXO, колодки аттенюатора. ➤Подробнее.
➤Проектирование и разработка радиочастотного трансивера ➤Конструкция RF фильтра ➤Система VSAT ➤Типы и основы микрополосковой печати ➤ОсновыWaveguide

---

Секция испытаний и измерений

В этом разделе рассматриваются контрольно-измерительные ресурсы, испытательное и измерительное оборудование для тестирования DUT на основе Стандарты WLAN, WiMAX, Zigbee, Bluetooth, GSM, UMTS, LTE.ИНДЕКС испытаний и измерений >>
➤Система PXI для T&M. ➤ Генерация и анализ сигналов ➤Измерения слоя PHY ➤Тест устройства на соответствие WiMAX ➤ Тест на соответствие Zigbee ➤ Тест на соответствие LTE UE ➤Тест на соответствие TD-SCDMA

---

Волоконно-оптическая технология

Волоконно-оптический компонент , основы, включая детектор, оптический соединитель, изолятор, циркулятор, переключатели, усилитель, фильтр, эквалайзер, мультиплексор, разъемы, демультиплексор и т. д.Эти компоненты используются в оптоволоконной связи. Оптические компоненты INDEX >>
➤Учебное пособие по оптоволоконной связи ➤APS в SDH ➤SONET основы ➤SDH Каркасная конструкция ➤SONET против SDH

---

Поставщики и производители беспроводных радиочастотных устройств

Сайт RF Wireless World охватывает производителей и поставщиков различных радиочастотных компонентов, систем и подсистем для ярких приложений, см. ИНДЕКС поставщиков >>.

Поставщики радиочастотных компонентов, включая радиочастотный изолятор, радиочастотный циркулятор, радиочастотный смеситель, радиочастотный усилитель, радиочастотный адаптер, радиочастотный разъем, радиочастотный модулятор, радиочастотный трансивер, PLL, VCO, синтезатор, антенну, генератор, делитель мощности, сумматор мощности, фильтр, аттенюатор, диплексор, дуплексер, микросхема резистора, микросхема конденсатора, индуктор микросхемы, ответвитель, оборудование ЭМС, программное обеспечение для проектирования радиочастот, диэлектрический материал, диод и т. д.Поставщики радиокомпонентов >>
➤Базовая станция LTE ➤RF Циркулятор ➤RF Изолятор ➤Кристаллический осциллятор

---

MATLAB, Labview, встроенные исходные коды

Раздел исходного кода RF Wireless World охватывает коды, связанные с языками программирования MATLAB, VHDL, VERILOG и LABVIEW. Эти коды полезны для новичков в этих языках. ИНДЕКС ИСХОДНОГО КОДА >>
➤3-8 декодер кода VHDL ➤Код MATLAB для дескремблера ➤32-битный код ALU Verilog ➤T, D, JK, SR триггеры labview коды

* Общая информация о здоровье населения *

Выполните эти пять простых действий, чтобы остановить коронавирус (COVID-19).
СДЕЛАЙТЕ ПЯТЬ
1. РУКИ: Часто мойте их.
2. КОЛЕНО: Откашляйтесь.
3. ЛИЦО: не трогайте его
4. НОГИ: держитесь на расстоянии более 3 футов (1 м) друг от друга.
5. ЧУВСТВОВАТЬ: Болен? Оставайся дома

Используйте технологию отслеживания контактов >>, соблюдайте >> рекомендации по социальному дистанцированию и установить систему видеонаблюдения >> чтобы спасти сотни жизней. Использование концепции телемедицины стало очень популярным в таким странам, как США и Китай, чтобы остановить распространение COVID-19, поскольку это заразное заболевание.

---

RF Беспроводные калькуляторы и преобразователи

Раздел «Калькуляторы и преобразователи» охватывает ВЧ-калькуляторы, беспроводные калькуляторы, а также преобразователи единиц. Сюда входят такие беспроводные технологии, как GSM, UMTS, LTE, 5G NR и т. Д. СПРАВОЧНЫЕ КАЛЬКУЛЯТОРЫ Указатель >>.
➤ Калькулятор пропускной способности 5G NR ➤5G NR ARFCN против преобразования частоты ➤Калькулятор скорости передачи данных LoRa ➤LTE EARFCN для преобразования частоты ➤Калькулятор антенн Яги ➤ Калькулятор времени выборки 5G NR

---

IoT-Интернет вещей Беспроводные технологии

Раздел IoT охватывает беспроводные технологии Интернета вещей, такие как WLAN, WiMAX, Zigbee, Z-wave, UMTS, LTE, GSM, GPRS, THREAD, EnOcean, LoRa, SIGFOX, WHDI, Ethernet, 6LoWPAN, RF4CE, Bluetooth, Bluetooth Low Power (BLE), NFC, RFID, INSTEON, X10, KNX, ANT +, Wavenis, Dash7, HomePlug и другие.Он также охватывает датчики Интернета вещей, компоненты Интернета вещей и компании Интернета вещей.
См. Главную страницу IoT >> и следующие ссылки.
➤ НИТЬ ➤EnOcean ➤Учебник по LoRa ➤Учебник по SIGFOX ➤WHDI ➤6LoWPAN ➤Zigbee RF4CE ➤NFC ➤Lonworks ➤CEBus ➤UPB

СВЯЗАННЫЕ ЗАПИСИ

RF Wireless Учебные пособия

Различные типы датчиков

Поделиться страницей

Перевести страницу

Высокоточные оптические датчики собственного производства

Будь то измерение расстояния, система помощи водителю или робот-пылесос: современные технологии практически невозможно представить без оптических детекторов.Эти небольшие компоненты, также называемые оптическими бесконтактными переключателями, в основном включают в себя передатчик света (например, светодиод или лазерный диод) и оптический приемник (обычно фотодиод или светочувствительный резистор). Приемник оценивает соответствующую информацию в зависимости от силы интенсивности, цвета или времени прохождения, излучаемых от передатчика к приемнику.

При измерении расстояния, например, это работает с измерением времени прохождения: источник света посылает короткий импульс.После этого измеряется время, за которое луч света проходит от источника света до приемника и обратно через отражение. Возможными альтернативными типами измерений являются измерения с использованием фазирования и триангуляции с помощью лазеров или светодиодов. Другие системы, такие как системы емкостных датчиков (реакция на частоту вибрации) или системы индуктивных датчиков (реакция на металлические предметы), имеют важное техническое ограничение: они реагируют только на объекты, сделанные из определенных типов материалов.

Однако многие устройства требуют большой гибкости и вариативности.Обычно для этого требуются решения, ориентированные на клиента. В этих случаях основное внимание уделяется размеру и конструкции, большому диапазону действия, скорости измерения, законодательным требованиям, а также устойчивости детектора к воздействиям окружающей среды, таким как изменения температуры окружающей среды. First Sensor разрабатывает и производит точные решения из одних рук и с долгосрочными поставками. В нашем ассортименте есть детекторы, модули и индивидуальные решения для каждого клиента. Продукция First Sensor является неотъемлемой частью приложений клиентов.

Запрос продукта

---

Максимальный опыт в области точных детекторных технологий

Замкнутая технологическая цепочка

First Sensor включает в себя все, от проектирования до производства, и объединяет все основные ключевые компоненты: от разработки и производства компонентов в чистых помещениях полупроводникового завода до упаковки интегральных схем и оптоэлектронной гибридной интеграции до полной разработки системы. В качестве комплексных решений наши продукты гарантируют максимальную надежность и долговечность для разработки у заказчика.

Какие возможности дает First Sensor для разработки моего продукта?

Ноу-хау собственного производства

С 2008 года мы являемся разработчиками и производителями сенсорной и измерительной техники, располагая собственным современным сенсорным заводом с чистой площадью 1200 м² по ISO 5, собственной сборкой прототипов, а также возможностями упаковки. Полные возможности тестирования и инструменты анализа отказов также являются частью установки.

Вся продукция, которую First Sensor производит в рамках вертикально интегрированного процесса изготовления кремниевых полупроводников, «сделано в Германии».От отдельных микросхем до массивов и компонентов подчеркиваются небольшие размеры, компактная конструкция, высокая чувствительность, быстрое время нарастания, хорошее соотношение сигнал / шум и низкий темновой ток.

---

Оптические датчики от First Sensor для всех отраслей и приложений

Неважно, должен ли компонент быть очень маленьким, очень точным или и тем, и другим – у First Sensor есть правильное решение. Наши продукты также подходят для использования в суровых условиях, в динамических диапазонах и при спонтанных изменениях оптоэлектрических параметров.Они используются во всех областях, где оптические детекторы являются ключом к эффективности и новаторским методикам.

• Измерение расстояний
  Оптические датчики приближения обеспечивают наилучшую точность измерения расстояний. Они гибкие и могут использоваться практически в любой среде.
• Световые барьеры, световые решетки, световые завесы
  Оптические решения, такие как световые барьеры, позволяют надежно и дискретно защищать опасные зоны и опасные зоны – для защиты персонала и инфраструктуры.
• Системы помощи водителю, LIDAR
  Оптоэлектронные датчики обеспечивают большую безопасность для личной мобильности в LIDAR (обнаружение света и дальность) и других вспомогательных системах, поскольку они обеспечивают безопасное распознавание объектов. Окружающей среды.
• Световые барьеры, световые решетки, световые завесы
  Оптические решения, такие как световые барьеры, позволяют надежно и дискретно защищать опасные зоны и опасные зоны – для защиты персонала и инфраструктуры.
• Трехмерное отображение
  Отображение проекции позволяет визуализировать реалистичные статические или движущиеся изображения. В этом отношении незаменима быстрая и точная сенсорная технология.
• Лазерные сканеры
  При сканировании комнаты или объекта с помощью лазерных датчиков получаются подробные изображения трехмерных структур. Эта процедура используется в машиностроении, исследованиях и многих других областях.

---

Какая технология подходит для моего приложения?

Оптические датчики делятся на разные типы технологий.У каждого есть свои преимущества и недостатки – ноу-хау и практический опыт являются ключевыми для выбора идеального детектора. Мы найдем подходящее решение для всех областей применения.

PIN (кремний)

Сильные стороны: Фотодиоды с PIN-кодом обеспечивают хороший динамический диапазон даже в суровых условиях окружающей среды. Они экономичны и не зависят от температуры.
Слабые стороны: Диоды имеют низкую полосу пропускания, плохое соотношение сигнал-шум и медленное обнаружение сигнала.Внутреннее усиление сигнала невозможно.

SiPM / SPAD
Сильные стороны: Благодаря внутреннему усилению сигнала кремниевые фотоумножители (SiPM) и однофотонные лавинные диоды (SPAD) способны обнаруживать даже сверхмалое количество света.
Слабые стороны: SiPM и SPAD имеют более низкую чувствительность по сравнению с лавинными фотодиодами (APD). У них плохое отношение сигнал / шум, они чувствительны к температуре, быстро наступает насыщение.

InGaAs
Достоинства: Датчики с полупроводниками из арсенида индия-галлия обеспечивают широкий диапазон и отличный динамический диапазон даже в суровых условиях окружающей среды.
Слабые стороны: InGaAs чувствительны к температуре, поэтому требуется внешнее охлаждение. Дорогое сырье делает их дорогим решением, не предназначенным для массового производства.

APD (кремний)
Сильные стороны: Лавинные фотодиоды (APD) обладают внутренним усилением сигнала, в результате чего не менее 80% света поглощается и, таким образом, обнаруживается. Они обеспечивают быстрое обнаружение и обработку оптических сигналов, хорошее соотношение сигнал / шум, низкую насыщенность и недороги.
Слабые стороны: APD чувствительны к температуре. Их дальность обнаружения ниже, чем у альтернативных методов.

---

Выбор подходящей технологии требует технических ноу-хау и всесторонних отраслевых знаний.

Обладая глубокими отраслевыми знаниями о рынках наших клиентов, которые First Sensor приобрела за почти 30-летнюю историю компании, мы можем предоставить вам технологию, соответствующую вашим требованиям. Мы разрабатываем и производим идеальное решение от микросхемы до полной измерительной системы в соответствии с вашими требованиями.

Помимо технических требований, количества, требований к поставкам и стоимости, мы также следим за применимыми стандартными спецификациями и стандартами качества. Учитывая все внутренние и внешние факторы, мы выполняем даже самые высокие требования.

---

Это те преимущества, которые клиенты получают, выбирая оптические датчики First Sensor

• Межотраслевые ноу-хау: Промышленность и потребители используют наши чувствительные элементы в различных областях, от лазерного сканирования до вспомогательных систем и роботов-пылесосов.
• Превосходный технологический диапазон: Предлагая продукты, основанные на широком спектре принципов оптических детекторов, мы можем предоставить подходящий продукт для любого применения.
• Замкнутая технологическая цепочка: Мы обеспечиваем все от проектирования до производства из одних рук – все с учетом ваших потребностей.
• Комплексные решения: Продукты First Sensor гарантируют высочайшую надежность при разработке ваших решений.
• Обеспечение качества: Благодаря нашему собственному производству прототипов, полным возможностям тестирования и инструментам анализа отказов мы гарантируем продукцию высочайшего качества на долгосрочной основе.

Вас интересует наш широкий ассортимент надежных и высокопроизводительных оптических датчиков? Свяжитесь с нашими специалистами с вашими требованиями!

---

Запрос продукта

Что такое оптический датчик? (с иллюстрациями)

Оптический датчик – это устройство, преобразующее световые лучи в электронные сигналы. Подобно фоторезистору, он измеряет физическое количество света и преобразует его в форму, считываемую прибором.Обычно оптический датчик является частью более крупной системы, объединяющей измерительное устройство, источник света и сам датчик. Обычно это связано с электрическим триггером, который реагирует на изменение сигнала в датчике освещенности.

Одной из особенностей оптического датчика является его способность измерять изменения от одного или нескольких световых лучей.Это изменение чаще всего связано с изменением интенсивности света. Когда происходит изменение фазы, световой датчик действует как фотоэлектрический триггер, увеличивая или уменьшая электрический выход, в зависимости от типа датчика.

Оптические датчики могут работать либо по одноточечному методу, либо по распределению точек.При одноточечном методе для активации датчика требуется единственное изменение фазы. С точки зрения концепции распределения, датчик реагирует на длинную серию датчиков или одну оптоволоконную матрицу.

Другие особенности оптических датчиков включают различие в том, размещены они внутри устройства или снаружи.Внешние преобразователи регистрируют и пропускают необходимое количество света. Они известны как внешние датчики. Внутренние датчики – это датчики, встроенные в оптическое волокно или устройство. Обычно они используются для измерения небольших изменений, таких как изгиб или небольшое изменение направления.

Основное значение для правильного использования оптического датчика состоит в том, что он сохраняет определенные аспекты измеряемых свойств.Он всегда должен оставаться чувствительным к собственности. Точно так же он должен быть нечувствительным к любому другому свойству. Кроме того, он не может повлиять на то, какие измерения обычно проводятся. То есть он не может изменить количество света, влияющего на фотоэлектрические свойства.

Оптические датчики имеют множество применений.Их можно найти во всем, от компьютеров до детекторов движения. Например, когда дверь в полностью затемненную область, такую ​​как внутренняя часть копировального аппарата, открыта, свет попадает на датчик, вызывая повышение электрической производительности. Это вызовет электрический отклик и остановит машину в целях безопасности.

Из-за природы фотоэлектрических датчиков регистрирующая головка устройства должна всегда оставаться чистой.Такие вещи, как пыль и материалы, могут препятствовать правильному приему света, ограничивая успешность выполнения датчиком своей работы. Без надлежащего уровня света светочувствительное устройство не может создавать или ограничивать достаточное количество электричества.

Волоконно-оптические датчики

| LaseOptics Corporation

Волоконно-оптический датчик имеет оптическое волокно, подключенное к источнику света, чтобы обеспечить обнаружение в ограниченном пространстве или там, где небольшой профиль является предпочтительным.

Оптоволоконный кабель, подключенный к усилителю, позволяет датчику достигать участков, недоступных для стандартных фотоэлектрических датчиков. Датчик излучает, принимает и преобразует световую энергию в электрический сигнал. … Свет отражается от волокон волоконно-оптического кабеля.

Оптические датчики используют те же физические явления для выполнения своих операций измерения, но не используют оптическое волокно. Вместо этого они полагаются на системы линз или зеркал для передачи и управления лучами света, используемыми в их процессе восприятия.

Оптическое волокно состоит из сердцевины и оболочки, которые имеют разные показатели преломления. Луч света проходит через сердцевину, неоднократно отражаясь от стенки оболочки. Луч света, прошедший через волокно без потери количества света, рассеивается под углом примерно 60 ° и попадает в цель.

Назначение оптического датчика – измерить физическое количество света и, в зависимости от типа датчика, затем преобразовать его в форму, которая может считываться встроенным измерительным устройством.Оптические датчики используются для бесконтактного обнаружения, подсчета или позиционирования деталей.

Оптоволоконный датчик работает путем измерения изменений в «обратном рассеянии» света, возникающего в оптическом волокне, когда волокно сталкивается с вибрацией, деформацией или изменением температуры. Оптоволоконное зондирование можно использовать для непрерывного мониторинга движения транспортных средств, движения людей, землеройных работ, сейсмической активности, температуры, структурной целостности, утечек жидкости и газа и многих других условий и действий.

Оптоволоконное зондирование используется во всем мире для мониторинга интеллектуальной инфраструктуры, включая туннели, железные дороги, мосты, границы, электростанции и трубопроводы. Он также используется в скважинных нефтегазовых приложениях, чтобы помочь определить характеристики пластов и помочь в оптимизации скважины во время добычи и заканчивания.

Оптические датчики | Melexis

В оптических датчиках Melexis используются стандартные процессы CMOS, они чувствительны к видимому свету и ближнему инфракрасному свету.В их число входят одинарные фотодиодные датчики, такие как оптические переключатели, датчики соотношения света и частоты и света; Линейные массивы; CMOS-камеры и многое другое. Все наши оптические датчики сертифицированы для автомобильной промышленности и поэтому обладают высокой прочностью, а также устойчивы к грязи и пыли.

Наши линейные массивы используются для сканирования изображений, считывания меток и кодов, оптического распознавания символов (OCR), контактного изображения, обнаружения и позиционирования краев, а также оптического линейного и поворотного кодирования. Ключевым приложением является измерение положения рулевого колеса с помощью наших датчиков угла поворота рулевого колеса и крутящего момента на рулевом колесе, где оптические матрицы заменяют потенциометры из-за их чувствительности к высоким температурам и вибрации.

КМОП-камеры Melexis производятся с использованием усовершенствованного процесса формирования изображений КМОП 0,18 мкм. Преимуществами конструкции и технологии Melexis являются низкая освещенность, возможность ночного видения, низкий уровень шума и длительный температурный режим.

Наши датчики изображения доступны как отдельные оптические матрицы или как целая система в пакетах (SIP). Наша серия SensorEyeC является примером наших SIP, объединяющих в одном кристалле микросхему оптического датчика, фотодиод, трансимпедансный усилитель и выходной транзистор. Другой пример – CMOS-датчик изображения Avocet, который объединяет массив изображений, конвейер цифровой обработки изображений и функции управления камерой в одном SIP

. Наши CMOS-камеры в первую очередь предназначены для автомобильных приложений для перспективных приложений, приложений ночного видения и приложений, критически важных с точки зрения безопасности.Типичное использование в транспортных средствах включает автомобильные системы помощи водителю (ADAS), предупреждение о выезде с полосы движения (LDW), автоматическое управление фарами, обнаружение объектов и пешеходов, ночное видение, а также внутренние приложения, такие как распознавание водителя, сонливость и интеллектуальное срабатывание подушек безопасности. Датчики изображения Melexis CMOS также подходят для машинного зрения, робототехники и автоматизации, наблюдения и безопасности, а также для получения изображений в ближнем инфракрасном диапазоне.

Что такое оптоволоконный датчик? | Основы работы с датчиками: Вводное руководство по датчикам

Оптическое волокно состоит из сердцевины и оболочки, которые имеют разные показатели преломления.Луч света проходит через сердцевину, неоднократно отражаясь от стенки оболочки. Луч света, прошедший через волокно без потери количества света, рассеивается под углом примерно 60 ° и попадает в цель.

Ядра делятся на следующие типы:

Тип пластика

Сердцевина пластикового волокна состоит из одного или нескольких волокон акриловой смолы от 0,25 до 1 мм диаметром от 0,01 дюйма до 0,04 дюйма, заключенных в полиэтиленовую оболочку.Пластиковые волокна легкие, экономичные и гибкие, поэтому они являются наиболее распространенным типом волоконных датчиков.

Стекло тип

Стекловолокно состоит из стекловолокон диаметром от 10 до 100 мкм, диаметром от 0,39 до 3,94 мил, заключенных в трубки из нержавеющей стали. Это позволяет использовать его при высоких рабочих температурах (макс. 350 ° C 662 ° F).

Оптоволоконные датчики делятся на две категории: сквозные и отражающие. Тип проходного луча состоит из передатчика и приемника.Отражающий тип, который представляет собой единый блок, доступен в 3 типах: параллельный, коаксиальный и раздельный. Эти 3 основаны на форме поперечного сечения оптического волокна.

Тип	Описание
Параллельный	Обычно используется для пластиковых волокон.
Коаксиальный	Высокоточный тип, состоящий из сердечника (передатчика) и окружающей области (приемника).Рабочее положение может оставаться неизменным независимо от направления, с которого цель входит в зону обнаружения.
Отдельно	Этот тип, содержащий несколько стеклянных волокон диаметром 10 мкм 0,39 мил, имеет отдельные области для передатчика и приемника.

Тип	Описание
Параллельный	Обычно используется для пластиковых волокон.
Коаксиальный	Высокоточный тип, состоящий из сердечника (передатчика) и окружающей области (приемника). Рабочее положение может оставаться неизменным независимо от направления, с которого цель входит в зону обнаружения.
Отдельно	Этот тип, содержащий несколько стекловолокон 10 мкм диаметром 0,39 мил мил, имеет отдельные области для передатчика и приемника. Больше новостей Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт