Оптический датчик это – Оптические датчики – принципы работы

Электронные датчики, принцип работы и область применения емкостного, индуктивного, оптического датчиков

ЕМКОСТНЫЕ – ИНДУКТИВНЫЕ – ОПТИЧЕСКИЕ

Электронные датчики (измерители) – важная составляющая в автоматизации любых технологических процессов и в управлении различными машинами и механизмами. С помощью электронных устройств можно получить полную информацию о параметрах контролируемого оборудования.

Принцип работы любого электронного датчика построен на преобразовании контролируемых показателей в сигнал, который передается для дальнейшей обработки управляющим устройством. Возможно измерение любых величин – температуры, давления, электрического напряжения и силы тока, силы света и других показателей.

Популярность электронных измерителей обуславливается рядом конструкционных особенностей, в частности возможно:

• передать измеряемые параметры на практически любое расстояние;
• преобразовать показатели в цифровой код для достижения высокой чувствительности и быстродействия;
• осуществлять передачу данных с максимально высокой скоростью.

По принципу действия электронные датчики разделяют на несколько категорий в зависимости от принципа действия. Одними из самых востребованных считаются:

• емкостные;
• индуктивные;
• оптические.

Каждый из вариантов обладает определенными преимуществами, которые определяют оптимальную сферу его применения. Принцип работы любого типа измерителя может различаться в зависимости от конструкции и используемого контролирующего оборудования.

ЕМКОСТНЫЕ ДАТЧИКИ

Принцип работы электронного емкостного датчика построен на изменении емкости плоского или цилиндрического конденсатора в зависимости от перемещения одной из обкладок. Также учитывается такой показатель как диэлектрическая проницаемость среды между обкладок. Одно из преимуществ подобных устройств – очень простая конструкция, которая позволяет достичь хороших показателей прочности и надежности.

Также измерители этого типа не подвержены искажениям показателей при перепадах температуры. Единственно условие для точных показателей – защита от пыли, влажности и коррозии.

Емкостные датчики широко используются в самых разнообразных отраслях. Простые в изготовлении приборы отличаются низкой себестоимостью производства, при этом обладают длительным сроком эксплуатации и высокой чувствительностью.

В зависимости от исполнения устройства делятся на одноемкостные и духъемкостные. Второй вариант более сложен в изготовлении, но отличается повышенной точностью измерений.

Область применения.

Наиболее часто емкостные датчики используют для измерения линейных и угловых перемещений, причем конструкция устройства может различаться в зависимости от метода измерения (меняется площадь электродов, либо зазор между ними). Для измерения угловых перемещений используют датчики с переменной площадью обкладок конденсатора.

Также емкостные преобразователи используют для измерения давления. Конструкция предусматривает наличие одного электрода с диафрагмой, которая под действием давления изгибается, меняя емкость конденсатора, что фиксируется измерительной схемой.

Таким образом, емкостные измерители могут использоваться в любых системах управления и регулирования. В энергетике, машиностроении, строительстве обычно используют датчики линейных и угловых перемещений. Емкостные преобразователи уровня наиболее эффективны при работе с сыпучими материалами и жидкостями, и часто используются в химической и пищевой промышленности.

Электронные емкостные датчики применяются для точного измерения влажности воздуха, толщины диэлектриков, различных деформаций, линейных и угловых ускорений, гарантируя точность показателей в самых разных условиях.

В начало

ИНДУКТИВНЫЕ ДАТЧИКИ

Бесконтактные индуктивные датчики работают по принципу изменения показателя индуктивности катушки с сердечником. Ключевая особенность измерителей данного типа – они реагируют только на изменение местоположения металлических предметов. Металл оказывает непосредственное влияние на электромагнитное поле катушки, что приводит к срабатыванию датчика.

Таким образом, с помощью индуктивного датчика можно эффективно отслеживать положение металлических предметов в пространстве. Это позволяет использовать индуктивные измерители в любой отрасли промышленности, где требуется наблюдение за положением различных конструктивных элементов.

Одна из интересных особенностей датчика – электромагнитное поле изменяется по-разному, в зависимости от вида металла, это несколько расширяет сферу применения устройств.

Индуктивные датчики обладают рядом преимуществ, из которых отдельного внимания заслуживает отсутствие подвижных частей, что существенно повышает надежность и прочность конструкции. Также датчики можно подключать к промышленным источникам напряжения, а принцип работы измерителя гарантирует высокую чувствительность.

Индуктивные датчики изготавливают в нескольких форм-факторах, для максимально удобной установки и эксплуатации, например двойные измерители (две катушки в одном корпусе).

Область применения.

Сфера использования индуктивных измерителей – автоматизация в любой сфере промышленности. Простой пример – устройство можно использовать в качестве альтернативы концевому выключателю, при этом будет увеличена скорость срабатывания. Датчики выполняют в пылевлагозащитном корпусе для эксплуатации в самых сложных условиях.

Устройства можно использовать для измерения самых различных величин – для этого используют преобразователи измеряемого показателя в величину перемещения, которая и фиксируется устройством.

В начало

ОПТИЧЕСКИЕ ДАТЧИКИ

Бесконтактные электронные оптические датчики – один из самых востребованных типов измерителей в отраслях промышленности, где требуется эффективное позиционирование любых объектов с максимальной точностью.

Принцип работы данного типа измерителей построен на фиксации изменения светового потока, при прохождении через него объекта. Самая простая схема устройства это излучатель (светодиод) и фотоприемник, преобразующий световое излучение в электрический сигнал.

В современных оптических измерителях используется современная электронная система кодирования, позволяющая исключить влияние посторонних источников света (защита от ложных срабатываний).

Конструктивно, оптические измерители могут выполняться как в отдельных корпусах для излучателя и приемника, так и в одном, в зависимости от принципа работы устройства и области его применения. Корпус дополнительно обеспечивает защиту от пыли и влаги (для работы при низких температурах используют специальные термокожухи).

Оптические датчики классифицируются в зависимости от схемы работы. Самый распространенный тип – барьерный, состоящий из излучателя и приемника, расположенных строго напротив друг друга. Когда постоянный световой поток прерывается объектом, устройство подает соответствующий сигнал.

Второй востребованный тип – диффузный оптический измеритель, в котором излучатель и фотоприемник располагаются в одном корпусе. Принцип действия основан на отражение луча от объекта. Отраженный световой поток улавливается фотоприемником, после чего происходит срабатывание электроники.

Третий вариант – рефлекторный оптический датчик. Как и в диффузном измерителе, излучатель и приемник конструктивно выполнены в одном корпусе, но световой поток отражается от специального рефлектора.

Использование.

Оптические датчики широко применяются в системах автоматизированного управления и служат для обнаружения предметов и их пересчета. Относительно простая конструкция обуславливает надежность и высокую точность измерения. Кодированный световой сигнал обеспечивает защиту от внешних факторов, а электроника позволяет определять не только наличие объектов, но и определять их свойства (габариты, прозрачность и т.д.).

Широкое распространение оптические устройства получили в охранных системах, где используются в качестве эффективных датчиков движения. Вне зависимости от типа, электронные датчики это лучший вариант для современных систем управления и автоматического оборудования.

Высокая точность и скорость измерения обеспечивают надлежащее функционирование оборудования с минимальными отклонениями. При этом большинство электронных измерителей бесконтактные, что в несколько раз повышает надежность устройств и гарантирует длительный срок эксплуатации даже в сложных производственных условиях.

В начало

© 2012-2019 г. Все права защищены.

Все представленные на этом сайте материалы имеют исключительно информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

eltechbook.ru

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

dic.academic.ru

Оптические датчики: разновидности и принцип работы

Оптические датчики являются устройствами, которые предназначены для осуществления контроля расстояния и положения, определения цветовых и контрастных меток, а также решения других технологических задач. Приборы в основном используются в промышленном оборудовании.

По способу функционирования оптические датчики подразделяются на три вида.

Устройства, отражающие от объекта, способны излучать и принимать свет, который отходит от предмета, расположенного в зоне их действия. Определенное количество света отражается от цели и при попадании на датчик производит установку соответствующего логического уровня. Величина зоны срабатывания во многом зависит от вида устройства, размеров, цвета, кривизны поверхности, шероховатости и других параметров объекта. В своей конструкции приемник и излучатель присутсвуют в одном корпусе.

Оптические датчики, отражающие от световозвращателя, принимают и излучают свет, который исходит от специального рефлектора, и когда происходит прерывание луча объектом, на выходе появляется соответствующий сигнал. Область действия такого устройства зависит от состояния среды, которая окружает датчик и объект (туман, дым, пыль и др.). В данном приборе излучатель и приемник также размещаются в одном корпусе.

К третьему виду относятся оптические датчики, которые имеют раздельно расположенные приемник и источник света. Данные элементы устанавливаются друг напротив друга по одной оси. Предмет, попадающий в район светового потока, вызывает его прерывание, а на выходе, соответственно, изменяется логический уровень.

Световые элементы устройств могут работать на разных длинах волн, к которым относятся инфракрасный или видимый (лазерный) свет, а также другие индикаторы цветовых меток.

В своей конструкции датчик оптический состоит из излучателя, генерирующего свет в различных диапазонах, а также приемника, который различает сигнал, испускаемый первым элементом. Обе составляющие устройства располагаются как в одном, так и в разных корпусах.

В основе работы приборов лежит изменение оптического излучения при появлении в зоне действия непрозрачного объекта. При включении устройства издается оптический луч, принимаемый через рефлектор или отраженный от объекта.

Затем на выходе датчика возникает цифровой или аналоговый сигнал, имеющий различную логику, который далее используется исполнительным устройством или схемой регистрации.

Волоконнооптические датчики имеют разную зону чувствительности, которая расположена в пределах от нескольких сантиметров до сотен метров.

Удобнее всего использовать диффузные устройства, которые самостоятельно срабатывают на объект. В своем большинстве оптические датчики позволяют изменять настройки чувствительности и индексации состояния выхода, производятся также самонастраиваемые модели.

На рынке устройства представлены многими производителями. Например, особой популярностью пользуются приборы, выпускаемые компанией AUTONICS. Они отличаются большим разнообразием, низкой ценой и высокой надежностью.

fb.ru

Выбор, применение и подключение оптоволоконных датчиков

Знания о наличии деталей в машинах, работе осветительной арматуры, наличии деталей на конвейерах автоматических линий – один из важнейших компонентов промышленной автоматизации. Последовательность ошибок при сборке деталей и управлении процессами часто необходимо для выявления причины отказа. Во многих случаях ошибка происходит из-за отсутствия детали, необходимой для сборки, или ее плохого качества. Для избегания этого устанавливается датчик, который выполняет функцию проверки наличия необходимых деталей.

Существует огромное количество различных типов датчиков – индуктивные, емкостные, магнитные, фотоэлектрические. Каждый из них имеет свои сильные и слабые стороны в зависимости от области применения. Тем не менее, фотоэлектрические датчики имеют наиболее широкое предложение различных технологий  и типов, а также самый широкий спектр применения.

Фотоэлектрические датчики бывают с различными типами светового излучения (инфракрасного, видимого красного, класс лазера 1 и 2), чувствительных технологий (диффузных, подавление фона, светоотражающих, однолучевой) и с различными конфигурациями корпуса (фото глаз (photo eye) или волоконно-оптические). В данной статье рассматриваются определение и применение волоконно-оптических датчиков (или как их еще называют оптоволоконные датчики), которые предлагают расширенные возможности и параметры конфигурации, и прекрасно подходят для узких мест, которые слишком малы для датчика фото глаз (photo eye).

Оптоволоконная технология

Оптоволоконные датчики включают в себя два устройства, которые обычно указываются отдельно: усилитель, который часто называют электронным или  волоконно-фотоэлектрическим усилителем; и оптоволоконный кабель, который включает в себя оптическую головку и волоконно-оптический кабель, пропускающий свет от усилителя.

Принцип работы всех фотоэлектрических датчиков довольно прост. Каждый прибор имеет излучатель световых волн и приемник, который обнаруживает этот сигнал. При этом существует множество технологий для обнаружения и измерения световых волн, поступающих на приемник. Например, датчики подавления фона отслеживают угол, под которым возвращается световая волна, в то время как стандартные фотоизмерители отслеживают количество света, возвращаемого к датчику. Другие разновидности фотоизмерительных устройств контролируют время возврата световой волны, тем самым обеспечивая измерение расстояния.

Пара источник-приемник может устанавливаться как в одной оптической головке (при использовании диффузных и отражательных единиц), так и в двух оптических головках (использование однолучевых единиц). Волоконно-оптические датчики помещают в один корпус всю электронику с оптическими головками для излучателя и приемника световых волн, в котором приемник отделен от подключенной к корпусу электроники оптоволоконным кабелем. Излучаемые и получаемые волны проходят через этот кабель так же, как и при высокоскоростной передачи данных в волоконно-оптических сетях.

Одним из преимуществ такого разделения является то, что головка измерителя должна устанавливаться на измеряемом объекте. Интегрированный волоконно-оптический кабель прокладывается и подключается к усилителю, который может быть установлен в безопасном месте (как правило, шкаф управления), защищая его от часто жесткой производственной среды.

Разнообразие вариантов, доступных для обоих усилителей и волоконно-оптических кабелей просто огромен. Усилители варьируются от примитивных до сложных, а машиностроители продолжают требовать больше функций, в том числе логических и коммуникационных возможностей.

Усилители для оптоволоконных датчиков

Волоконно-оптические усилители варьируются от имеющих базовую комплектацию электронных компонентов и функциональности, до  устройств типа «подключи и работай»,  для моделей с полностью настраиваемой электроникой.  У некоторых даже есть электронные блоки, которые могут обрабатывать до 15 входов волокон в конфигурации коллекторного типа. Индикация выхода крайне желательна, поскольку он показывает, работает ли датчик корректно, но другие основные функции (таблица ниже) также должны быть указаны:

Формат вывода и подключения к усилителям имеют важное значение, поскольку они определяют интерфейс к контроллеру, так как установка и сброс настроек является неотъемлемой частью конфигурации усилителя.

Типы выходов могут быть либо нормально открытыми (NO), либо нормально закрытыми (NC), а подключение может осуществляться по типу sinking, sourcing или push-pull. Параметры электрического соединения предварительно монтируются, как правило, с кабелем длиной 2 метра или quick disconnect со стандартным многоконтактным разъемом  M8 или M12. Установки переключателей программируются с помощью потенциометра или в цифровом виде, с помощью кнопок.

Помимо основных, расширенные возможности усилителей обеспечивают существенную гибкость с такими функциями как: импульсные выходы, задержки включения / отключения, а также возможность исключить прерывистые сигналы. Эти передовые элементы современной электроники дают машиностроителям возможность детализировать и корректировать параметры усилителя в соответствии с требованиями установки.

Задержки включения / отключения часто применяют для замедления реакции системы управления на изменения регистрируемых параметров. В случае прерывистых сигналов, некоторые приложения возвращают датчикам краткосрочные паразитные сигналы, которые не согласуются с общими условиями эксплуатации. Возможность устранить эти сигналы на датчике освобождает контроллер от этой задачи.

Большинство моделей снабжены светодиодами выходного состояния, в то время как некоторые предлагают дисплеи, на которых представлены сведения о силе сигнала и состояния выхода. Более продвинутые блоки имеют многострочные OLED дисплеи с настраиваемыми функциями диагностики и возможностью программирования.

Фильтрация сигнала часто требует увеличения частоты дискретизации, так как это обеспечивает более устойчивое измерение при изменяющихся условиях окружающей среды. Это усиливает сигнал, но заставляет блок работать на более низких частотах коммутации. Импульсные выходы позволяют растягивать входной сигнал, что может быть полезно в случае слишком большой частоты для входа программируемого логического контроллера ПЛК. Задержки включения/отключения позволяют потребителям устанавливать необходимые времена задержки выходных и входных сигналов.

Дополнительные блоки обеспечивают больше возможностей программирования, например, настройка чувствительности. С помощью данных опций пользователи могут подгонять чувствительность измерительного элемента для работы со сложными материалами, такими как стекло. Данная функция обучения устраняет или уменьшает необходимость в программировании контроллера для выполнения данных функций. Они также могут запрограммировать выход для включения/отключения между двух точек переключения. Например, для позиционирования деталей, переключатель включается в одном положении и отключается в другом, отслеживая при этом положение детали в пространстве.

Видимость света оптоволоконного кабеля

Волоконно-оптические кабели не проводят электрический ток — они пропускают свет. Они изготавливаются с различными конфигурациями и из различного материала, а также имеют различные типы чувствительной головки. В таблице ниже приведены некоторые из основных параметров оптоволоконных кабелей:

Диффузные волоконно-оптические кабели состоят  из двух шпон – одна для соединения с усилителем, а вторая с чувствительной головкой. При чем с чувствительной головкой соединяют два кабеля – тот который подключается к источнику света, и тот который подключается к измерительному элементу. Однолучевые волоконно-оптические кабели имеют два отдельных идентичных кабеля, которые подключаются к усилителю и каждый имеет свою оптическую головку. Один кабель передает свет – другой его принимает. Частая ошибка при работе с однолучевыми кабелями – это заказ только одного кабеля из двух. Это связано с тем, что некоторые поставщики могут поставлять только одну часть системы по номеру детали, поэтому при выборе однолучевых кабелей будьте внимательны.

Волоконные материалы, как правило, состоят из пластика или стекла. Пластиковые блоки тоньше, дешевле, обеспечивают большие радиусы изгиба. Стеклянные блоки более прочные и имеют более высокие рабочие температуры. Пластиковые волокна можно отрезать до нужной длины с помощью специального резака, в то время как стеклянные обрезаются только раз – при изготовлении и поставляются нужной длины. Оболочка волоконного материала может варьироваться от экструдированного пластика до оплетки из нержавеющей стали, для работы в самых неблагоприятных условиях.

Выбор оптической головки – самый важный этап в выборе оптоволоконного датчика.  Это связано с тем, что именно чувствительность головки влияет на обнаружение небольших неподвижных или подвижных частей. Выбор головки зависит от того, под каким углом излучатель и приемник расположены к измеряемому объекту, а также от дисперсии. Головки могут иметь округлые пучки волокна для создания кругового луча или протяженные, для создания горизонтальных проекций.

Круглые пучки в диффузионной головке могут быть строго разветвлены со всеми волокнами источника на одной половине, и с волокнами  приемника на другой половине. Такая конструкция встречается часто, но она может приводить к запаздыванию считывания информации с части, движущейся перпендикулярно к бифуркационной линии. Существует вариант с равномерным распределением волокон источника и приемника сигнала для получения более равномерных лучей. Равномерное распределение позволяет выравнивать воздействия при отправке и получении световых волн, что обеспечивает обнаружение независимо от направления движения.

На расстояние срабатывания волоконной оптики будет оказывать влияние усилитель, тип оптической головки, длина волокна кабеля. Исходя из этих трех параметров, влияющих на работу датчика, точную оценку точности и диапазона срабатывания дать трудно, но производители, как правило, приводят эти данные. Однолучевой датчик имеет больший диапазон, чем диффузный. Чем длиннее волокна кабеля, тем короче диапазон, а также стоит отметить, усовершенствованные усилители обычно имеют более сильные излучающие сигналы и более длинные диапазоны.

Подключение волоконно-оптических датчиков

Использование распределенного ввода / вывода и распределенных интеллектуальных систем растет во всей промышленной автоматизации, и волоконно-оптические датчики не являются исключением. Подключение нескольких волоконно-оптических кабелей датчиков к одному электронному коллектору имеет свои преимущества.

Волоконно-оптические усилители, как правило, одноканальные автономные устройства. С тонкими корпусами и креплением на DIN-рейку, они легко могут быть вмонтированы в панели управления. Один из недостатков может касаться маршрутизации электрических соединений для каждого отдельного усилителя.

Другой вариант заключается в использовании волоконно-оптический коллектора, который группирует множественные каналы волокна в одном центре управления:

Эти волоконно-оптические коллекторы обычно оснащены дисплеем OLED с меню, чтобы позволить программирование каждого канала волокна. Каждый оптоволоконный канал может быть сконфигурирован отдельно, например, установка на свет или затемнение, или гистерезис переключения. Этот централизованный контроль также позволяет группировку выходов через И / ИЛИ логику, которая может сократить и упростить выходной сигнал в ПЛК.

Применения и основные вопросы

Волоконная оптика работает довольно хорошо и обычно используется в системах со значительными электрическими шумами. Волокно кабеля не восприимчиво к электрическому шуму, а усилитель (восприимчив к шумам) может устанавливаться вдали от источника шума (например, в шкафу управления).

Другой, весьма распространённой область применения, являются небольшие сборочные линии. Операции на этих линиях, как правило, полностью автоматизированные и требуют наличия датчиков обнаружения детали на конвейере или в сборочном механизме, чтобы подтвердить сборочную операцию.

Оптоволоконные решения могут быть различными – размеры оптических головок, иметь различную ориентацию и дисперсию для обеспечения минимальных и максимально точных  фокусов света для каждого приложения независимо от размера корпуса. С помощью логики на плате управления и использовании двухканального датчика один канал может использоваться  для определения наличия детали в месте сборки, а второй канал может использоваться для подтверждения окончания операции сборки.

Общей проблемой всех видов оптоволоконных систем является чрезмерное сгибание волокон. Кабели и пучки отдельных волокон довольно податливы, чем позволяют монтажнику легко согнуть их больше, чем это допускает максимальный радиус изгиба. Это может привести к непоправимой пластической деформации волокон, что значительно снизит пропускание световых волн, или вовсе приведет к разрыву волокна и невозможности пропускать сигнал. Максимальный радиус изгиба варьируется в зависимости от типа волоконного материала, размеров, дисперсии волокон в пучке, и он должен выполнятся при любых условиях.

Вне зависимости от применения, потребители должны выбрать подходящую технологию датчиков. Волоконно-оптические датчики, усилители и волоконно-оптические головки должны быть тщательно отобраны для приложения, чтобы обеспечить надежную производительность измерения.

elenergi.ru

Оптические датчики

Когда ось вращается, датчик регистрирует смену темных и  отражающих участков. Оба типа оптронов обладают схожими характеристиками, которые необходимо учитывать при проектировании систем. Данные  характеристики рассматриваются в следующих разделах.  

 

Скорость срабатывания 

    Поскольку фототранзистор довольно медленнодействующий  оптический прибор, то данное обстоятельство ограничивает максимальную  скорость регистрации. Типичное время включения фототранзистора 8 мкс, а выключения 50 мкс. Эти временные параметры определяются скоростью носителей под действием света в переходе база-эмиттер транзистора. 

 

Коэффициент усиления по току 

      Оптопара светодиод-фототранзистор имеет ограниченный  коэффициент усиления, обычно меньше единицы. 

   Отношение тока, протекающего в коллекторе фототранзистора к току через светодиод, называется  коэффициентом передачи по току, КПТ (Current Transfer Ratio, CTR). Типичное значение КПТ для щелевых оптронов составляет 0.1. Это значит, что при токе 10 мА, протекающем через светодиод, ток коллектора фототранзистоpa составит 1 мА. КПТ иногда задается как коэффициент, иногда  приводится в виде таблицы, показывающей различные значения токов  коллектора для различных величин тока светодиода. КПТ зависит от  характеристик светодиода и фототранзистора и может варьироваться от одного изделия к другому. 

    КПТ следует принимать во внимание при создании интерфейса между оптроном и микропроцессорной системой. Во-первых, если вы хотите  присоединить оптрон прямо к цифровому входу (Рис. 3.8), выход транзистора необходимо согласовать по логическим уровням со входом цифрового  устройства. Для быстрого насыщения фототранзистора величину нагрузочного резистора следует ограничить. Например, если через светодиод протекает ток 10 мА, а минимальная величина КПТ равна 0.1, то величину  нагрузочного резистора следует выбрать порядка 5 кОм. Меньшая величина  резистора обеспечит лучшую устойчивость к шумам (из-за меньшего импеданса) и, возможно, большую скорость переключения, но не гарантирует  совместимости со всеми устройствами, так как транзистор не смог бы пропускать  достаточный ток для обеспечения НИЗКОГО логического уровня. Чтобы  снизить величину нагрузочного резистора, можно использовать оптопару с  более высоким КПТ или питать светодиод большим током. 

      Выпускаются оптроны с составным транзистором Дарлингтона на  выходе, что обеспечивает КПТ > 1, но скорость переключения такого оптрона ниже, чем у одиночных транзисторов и составляет 20% от скорости  одиночных транзисторов. К тому же напряжение насыщения транзистора  Дарлингтона больше, чем у одиночного транзистора.   

 

kip21.ru

Волоконно-оптический датчик — Традиция

Волоконно-оптический датчик в виде плоской катушки оптического волокна

Волоконно-оптический датчик — это датчик, который в качестве основного элемента использует оптическое волокно. Волоконно-оптические датчики можно грубо разделить на датчики, в которых оптическое волокно используется в качестве линии передачи, и датчики в которых оптическое волокно используется в качестве чувствительного элемента.

Перспективность применения волоконно-оптических датчиков[править]

Применение волоконно-оптических датчиков перспективно, так как из-за своего небольшого размера они могут быть очень компактны, нет необходимости подвода внешнего питания, что позволяет размещать их в удаленном месте, кроме того большое число датчиков возможно подключить к одному волокну методом мультиплексирования с использованием различных длин волн излучения для каждого датчика, либо путем измерения времени задержки данных от каждого датчика.

Волоконно-оптические датчики также могут быть невосприимчивы к электромагнитным помехам и являясь диэлектриками не проводить электричество, что позволяет использовать их в местах, где есть опасность воздействия высокого напряжения или работа в горючих и взрывоопасных средах, таких как например топливные баки для реактивных двигателей. Волоконно-оптические датчики могут противостоять высоким температурам и давлениям. Основным преимуществом компактных датчиков является возможность их установки в местах, недоступных для других типов датчиков. Примером является измерение температуры внутри реактивных двигателей. Волоконно-оптические датчики также могут быть использованы например для измерения внутренней температуры в электрическом трансформаторе, где из-за наличия мощного электромагнитного поля другие методы измерения невозможны.

Современные волоконно-оптические датчики позволяют измерять почти всё. Например, давление, температуру, расстояние, положение в пространстве, скорость вращения, скорость линейного перемещения, ускорение, вращающего момента, скручивания, колебания, вибрации, массу, звуковые волны, уровень жидкости, деформацию, коэффициент преломления, электрическое поле, электрический ток, магнитное поле, концентрацию газа, концентрацию различных загрязнений, дозу радиационного излучения и т. д.

Помимо высоких метрологических характеристик датчики должны обладать высокой надёжностью, долговечностью, стабильностью, малыми габаритами, массой и энергопотреблением, совместимостью с микроэлектронными устройствами обработки информации при низкой трудоёмкости изготовления и небольшой стоимости. Этим требованиям в максимальной степени удовлетворяют волоконно-оптические датчики.

Основными элементами волоконно-оптического датчика являются оптическое волокно, светоизлучающие (источники света) и светоприёмные устройства, оптический чувствительный элемент.

Волоконно-оптические датчики не подвержены электромагнитным помехам (EMI), даже вблизи разряда молнии, и сами по себе не электризуют другие устройства. Материалы из которых они изготовлены могут быть химически инертны, то есть не загрязняют окружающую среду, и не подвержены коррозии.

Принципы заложенные в основу работы волоконно-оптических датчиков[править]

Оптические волокна могут быть использованы в качестве датчиков для измерения температуры, давления и других величин. Для этого используют волокна с различными свойствами так, что измеряемая величина модулирует интенсивность, фазу, поляризацию, длину волны или меняет время прохождения света в волокне. Датчики, которые основаны на изменении интенсивности света являются наиболее простым. Особенно полезным свойством волоконно-оптических датчиков является то, что они могут, при необходимости, обеспечивать распределение зондирования на очень больших расстояниях.^[1]

Сравнение параметров волоконно-оптических датчиков с другими типами[править]

Помимо высоких метрологических характеристик волоконно-оптические датчики обладают высокой надёжностью, долговечностью, стабильностью, небольшой массой, малыми габаритами и энергопотреблением, совместимостью с микроэлектронными устройствами обработки информации при низкой трудоемкости изготовления и небольшой стоимости.

Применение волоконно-оптических датчиков кардинально изменило некоторые типы приборов. Так например волоконно-оптические гироскопы очень надежны, так как у них отсутствуют механические движущиеся части и при этом они очень точны.

Классификация волоконно-оптических датчиков[править]

Типы волоконно-оптических датчиков

С точки зрения использования оптического волокна, волоконно-оптические датчики изначально можно разделить на два основных вида: датчики, в которых оптическое волокно используется в качестве линии передачи сигнала, и датчики, в которых оптическое волокно используется в качестве чувствительного элемента.

В датчиках использующих оптическое волокно в качестве «линии передачи» используется в основном многомодовое оптическое волокно, а в датчиках использующих оптическое волокно в качестве «сенсора» чаще всего используется – одномодовое оптическое волокно.

Основные структуры волоконно-оптических датчиков основаны на использовании следующих свойств:

1) Изменение характеристик оптического волокна при механическом воздействии. Работа таких датчиков основана на таких физических явлениях, как эффект Фарадея, эффект Керра. На этих принципах строят датчики реагирующие на изменение давления, на воздействие радиации. В этого типа датчиках используют люминесцентное волокно.

2) Изменение параметров проходящего через оптическое волокно излучения. Работа этого типа датчиков основана на преобразовании «физическая величина – свет». Чувствительным элементом в этого типа датчиках может быть как сам измеряемый объект, так и специальный элемент, прикрепляемый к нему.

3) Изменение параметров чувствительного элемента закреплённого на торце оптического волокна. В качестве внешних чувствительных элементов наиболее часто используются мембраны и другие упругие элементы, на которых устанавливаются шторки или решётки, перекрывающие световые потоки. В основе этих волоконно-оптических датчиков лежит механический принцип смещения того или иного оптического элемента (решетки, шторки, зеркала, торца волокна) в результате внешних воздействий.

История создания[править]

Первые попытки создания датчиков на основе оптических волокон можно отнести к середине 1970-х годов. Публикации о более или менее приемлемых разработках и экспериментальных образцах подобных датчиков появились во второй половине 1970-х годов. Однако считается, что этот тип датчиков сформировался как одно из направлений техники только в начале 1980-х годов. Тогда же появился и термин “волоконно-оптические датчики” (optical fiber sensors). Таким образом, волоконно-оптические датчики — очень молодая область техники.

Повсеместное внедрение цифровой измерительной техники в корне изменило подход к созданию современных датчиков. Ранее для определения того или иного параметра использовались аналоговые электроизмерительные приборы принцип работы которых был основан на силах взаимодействия электрического тока и магнитного поля (закон Био — Совара). В настоящее время, значительно изменилась элементная база измерительных приборов. От электронных ламп перешли к транзисторам, интегральным схемам (ИС), большим ИС (БИС). Таким образом сегодня электроника является основой измерительной техники.

От аналоговых измерений к цифровым[править]

Оборудование которым проводились электронные измерения, до середины ХХ века, и современное оборудование принципиально различно. Суть заключается в том, что во многие измерительные приборы введена цифровая техника обработки сигнала. Внедрение цифровой измерительной техники подразумевает в идеале, что цифровой сигнал поступает непосредственно от чувствительного элемента датчика. Но пока, чаще всего сигнал от датчика имеет аналоговый вид, и на входе блока обработки данных необходима установка аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Цифровая техника используется главным образом в блоке обработки данных и в выходном устройстве (индикаторе).

Основное преимущество использования цифровой техники в процессе обработки данных — это сравнительно простая реализация операций высокого уровня, которые трудно осуществимы с помощью аналоговых устройств. К таким операциям относятся подавление шумов, усреднение, нелинейная обработка, интегральные преобразования и др. При этом функциональная нагрузка на чувствительный элемент датчика уменьшается и снижаются требования к характеристикам элемента. Кроме того, благодаря цифровой обработке становится возможным измерение весьма малых величин.

Распространённые датчики[править]

Схема устройства волоконно-оптического гироскопа

На основе комбинированного оптического волокна легированного эрбием были созданы высокоточные датчики температуры и напряжения.^[2]

Волоконно-оптические датчики для измерения температуры и давления разрабатывались например, для проведения измерений в глубоких нефтяных скважинах.^[3]

Такие волоконно-оптические датчики способы работать в условиях с экстремальными характеристиками параметров окружающей среды, при температурах и давлениях слишком высоких для ранее существующих датчиков.

Оптические волокна используются в гидрофонах для регистрации сейсмических и звуковых колебаний. Гидрофонные системы используются нефтедобывающей промышленностью так же как флотами различных стран.

Немецкая компания Sennheiser разработала лазерный микрофон, основными элементами которого являются лазерный излучатель, отражающая мембрана и оптическое волокно^[4].

В настоящее время используется например, волоконно-оптический кислородный сенсор, предназначенный для определения содержания кислорода в жидких и газообразных средах в режиме реального времени. Кислородный сенсор состоит из волоконно-оптического флуоресцентного пробника (отрезка оптического волокна), на торец которого нанесёно специальное тонкоплёночное покрытие. В качестве источника возбуждения датчика служит голубой светодиод. Приёмником этой сенсорной системы служит высокочувствительный спектрометр. Для измерения абсолютной концентрации кислорода используется техника флуоресценции. Оптическое волокно передаёт возбуждающее флуоресценцию излучение синего светодиодного источника к тонкому покрытию торца пробника. Генерируемая материалом покрытия флуоресценция улавливается приёмной частью оптоволоконного пробника и передаётся на детектор спектрометра. Кислород, проникающий из газовой или жидкой среды в плёночное покрытие, тушит его флуоресценцию. Степень тушения флуоресценции коррелирует с концентрацией кислорода.

На базе оптического волокна были разработаны интерференционные датчики, для оптических гироскопов, которые используются например в авиалайнерах Боинг 767.

Эффекты рассеяния Мандельштама – Бриллюэна могут быть использованы для регистрации различных воздействий на параметры оптического волокна на больших расстояниях (до 30-и и более километров).^[5]

Оптоволоконные датчики для регистрации напряжения переменного и постоянного тока в среднем и высоком диапазоне напряжений (от 100V до 2000V) могут быть созданы на основе измерения нелинейности параметров применяемого в качестве датчика оптического волокна.^[6]

Высокочастотные (5 MГц – 1 ГГц) электромагнитные поля могут быть обнаружены вызванными нелинейными эффектами в оптическом волокне с подходящей структурой. Для этих целей используется волокно разработанное специально для использования эффектов Фарадея, в котором возникает значительное изменение фазы сигнала при присутствии внешнего поля.^[7]

Такого типа датчики, могут использоваться, для измерения различных электрических и магнитных параметров.

Оптоволоконные датчики используются в устройствах предназначенных для регулировки (поддержания) параметров электрической дуги.^[8]

1. ↑ “An Integrated System for Pipeline Condition Monitoring”. Retrieved 2010-09-22. 
2. ↑ Trpkovski, S.; Wade, S. A.; Baxter, G. W.; Collins, S. F. (2003). “Dual temperature and strain sensor using a combined fiber Bragg grating and fluorescence intensity ratio technique in Er3+-doped fiber”. p. 2880. doi:10.1063/1.1569406. http://link.aip.org/link/?RSINAK/74/2880/1. Retrieved 2008-07-04.
3. ↑ Sensornet. “Upstream oil & gas case study” (pdf). http://www.sensornet.co.uk/download.cfm?casestudy_id=41&type=casestudy. Retrieved 2008-12-19.
4. ↑ “TP: Der Glasfaser-Schallwandler”. Archived from the original on 2011-08-21. Retrieved December 4. 
5. ↑ Measures, Raymond M. (2001). Structural Monitoring with Fiber Optic Technology. San Diego, California, USA: Academic Press. pp. Chapter 7. ISBN 0-12-487430-4.
6. ↑ Ghosh, S.K.; Sarkar, S.K.; Chakraborty, S. (2002). “Design and development of a fiber optic intrinsic voltage sensor”. Proceedings of the 12th IMEKO TC4 international symposium Part 2 (Zagreb, Croatia): 415–419.
7. ↑ Ghosh, S.K.; Sarkar, S.K.; Chakraborty, S.; Dan, S. (2006). “High frequency electric field effect on plane of polarization in single mode optical fiber”. Proceedings, Photonics 2006
8. ↑ Zeller, M.; Scheer, G. (2008). “Add Trip Security to Arc-Flash Detection for Safety and Reliability, Proceedings of the 35rd Annual Western Protective Relay Conference, Spokane, WA”. 

• Окоси Тамакори, Окамото К., Оцу М., Нисихара Х., Кюма К., Хататэ К. Волоконно-оптические датчики. Энергоатомиздат, Ленинградское отделение, 1991. – с. 256;
• Жилин В.Г. Волоконно-оптические измерительные преобразователи скорости и давления. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – с.11-12;
• Авдошин Е.С. Волоконная оптика в военной технике США // Зарубежная электроника, 1989. – №11. – с.98-99;
• Бусурин В.И., Носов Ю.Р. Волоконно-оптические датчики: Физические основы, вопросы расчета и применения. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – с.40-41.
• Л.М.Андрушко и др., Справочник по волоконно-оптическим линиям связи, под ред. С.В.Свечникова и др., Киев, Тэхника, 1988

traditio.wiki

Оптические датчики положения — КиберПедия

Современные оптические датчики положения (ОДП) обеспечивают наиболее высокую разрешающую способность, надежность и точность, ОДП обладают и другими достоинствами. Для них характерна независимость метрологических параметров от нагрузки, а также высокая помехозащищенность.

Фотоэлектрический

По физическому принципу работы этот преобразователь относится к классу фотоэлектрических датчиков. Фотоэлектрические датчики Фотоэлектрические датчики используют фотоэлектрический эффект – явлении испускания электронов веществом под действием света, открытым 1887 Г.Герцем. Во время работы фотоэлектрического датчика происходит непрерывное преобразование света в электрический сигнал. Основными элементами фотоэлектрических датчиков СКБ ИС являются: источник света (лазеры, светодиоды), оптические среда и приемник светового луча (фотоприёмники, ПЗС матрицы). По сравнению с другими физическими принципами, фотоэлектрический более требователен к технологии производства, условиям эксплуатации, размерам конструкции и т.д., однако обладет большим потенциалом по точности и разрешению. Как правило, стоимость фотоэлектрических датчиков, по сравнению с магнитными, выше. Оптоэлектронные датчики Боллее современное название фотоэлектрических датчиков – оптоэлектронные. Оптоэлектроника – направление электроники, охватывающее оптические и электрические методы обработки информации. Поэтому преобразователи, использующие такую электронику, называют иногда оптоэлектронными датчиками. Название “оптоэлектронный датчик” не популярно. Оптронные датчики Оптоэлектроника развивалась в двух направлениях. Ту часть оптоэлектроники, которая основана на фотоэлектрическом преобразовании оптического сигнала в электрический, называют оптроника. Поэтому преобразователи СКБ ИС иногда называют оптронными датчиками. Как и “оптоэлектронный датчик”, название “оптронный датчик” также не популярно. Оптические датчики Еще одно название датчиков СКБ ИС – оптические датчики. Название “оптические датчики”, хотя весьма популярно, но не несет достаточно информации о физическом принципе работы и является слишком общим.

 

Основой ОДП является оптическая система, включающая источник света, кодирующий элемент (диск или линейка) и блок фотоприемников. В качестве источников света используются оптронные пары и осветители в виде ламп накала с вольфрамовой нитью. Для обеспечения равномерной освещенности области кодирующего элемента применяются коллимационные линзы. Самым ответственным узлом ОДП, в наибольшей степени определяющим его характеристики, является кодирующий диск, на котором с высокой точностью фотоспособом выполнена маска. Тип маски определяет способ кодирования.

Обычно используют кодирующие диски, на дорожках которых по окружности размещается до 2500 оптических сегментов. Если же использовать лампы со специальной тонкой нитью накаливания, то на диске с диаметром 100 мм можно различать свыше 5000 таких сегментов.

ОДП классифицируются по двум основным при­знакам.

1. По форме выходного сигнала: относительные (накапливающие) и абсолютные.

2. По способу кодирования: растровые, импульсные и кодовые.

Накапливающие (циклические) преобразователи используют датчик и счетную систему, суммирующую отдельные приращения, а также репер (метку), относительно которого эти приращения суммируются.

Датчики абсолютных значений не содержат репера и выполняются либо одношкальными, либо в виде систем грубого и точного отсчета.

Импульсные (инкрементальные) цифровые датчики перемещений. Ин­крементальные цифровые датчики отображают измеряемое положение ко­личеством импульсов, которые затем подсчитываются с учетом направления перемещения.

Датчики этого типа мало подвержены дестабилизирующим факторам окружающей среды, имеют большую долговечность, очень высокую точность, но и относительно высокую стоимость. Их применение оправдывается там, где нужны точность и надежность.

Импульсные датчики перемещений формируют на своем выходе после­довательности импульсов напряжения электрического тока, параметры ко­торых (сумма импульсов, фазовый сдвиг, частота) или их комбинация позво­ляют оценить наблюдаемые переменные. Импульсы формируются за счет модуляции потоков энергии — световой, электромагнитной и т. п. — и пре­образования сигналов приемников этой энергии в электрические импульсы. Импульсные датчики, как правило, имеют относительную шкалу отсчета, и при запуске привода с таким датчиком применяют алгоритмы базирования по сигналам датчиков конечных положений (ДКП) или референтным шкалам.

Импульсные датчики используются в виде типовых комплектующих бло­ков (энкодеры, линейные датчики) либо встраиваются подетально в конст­рукцию мехатронного устройства.

Примеры компоновочных решений типовых импульсных датчиков и спо­собов их крепления приведены на рис.

 

Рис.

Типовые импульсные датчики:

а, б, в, г — преобразователи углового перемещения; д — преобразователи линейного перемещения.

 

Рис. 64

Импульсные датчики перемещений:

а — индуктивный импульсный датчик; б — фотоимпульсный датчик; в — трехрастровый фотодатчик на тонкосетчатых штриховых растрах и диаграммы изменения сигналов на выходе фотодатчиков растров a, b, с.

Импульсные фотоэлектрические датчики положения

Датчик импульсный фотоэлектрический предназначен для преобразования угла поворота вала датчикав количество импульсов и угловой скорости вала в частоту следования импульсов, для формирования релейного сигнала ограничения скорости.

Принцип действия.Датчик представляет собой фотоэлектрический пpеобpазователь, в котором поток инфpакpасного излучения, модулированный механическим модулятором, пpеобpазуется в последовательность электрических импульсов, количество которых пpопоpционально угловому перемещению вала датчика, а частота следования импульсов пропорциональна угловой скорости вращения вала.

В последнее время наиболее распространенным типом импульсных оптических датчиков положения в мехатронных системах стали инкрементные энкодеры (однофазные и квадратурные). Их назначение — измерять относительноелинейное и угловое перемещение рабочего органа, а также его скорость.На выходе датчика формируется унитарныйкод, т. е. последовательность импульсов, число которых пропорционально углу поворота входного вала.

 

Рис. 6. Внешний вид энкодера абсолютного типа серии EP58

В настоящее время импульсные ОДП являются наиболее распространен­ным типом ДПП. Гальваническая развязка информационных цепей, а также простота и надежность конструкции импульсных ОДП обусловили преиму­щественное использование их в типовых задачах измерения перемещений. В то же время следует помнить, что для них характерно накопление ошибок при сбоях питания и необходимость периодического определения нуля отсчета.

Растровые оптические датчики положения.

Растровые оптические датчики (РОДП) предназначены для преобразования линейных и угловых перемещений в цифровой код на основе использования растровой решетки. Растровые решетки модулируют световой поток на пути от источника света к приемнику. Конструктивно растровая решетка – это прозрачная пластина, на которую нанесено большое количество непрозрачных штрихов различной формы, обычно равноудаленных и параллельных.

Для измерения линейных перемещений обычно используются сопряжение двух плоских параллельных растров, а для измерения угловых – сопряжение радиальных растров.

РОДП включает блок осветителя, создающий параллельный пучок света, растровое сопряжение из подвижного (измерительного) и неподвижного (индикаторного) растров, блок фотоприемников и электронный блок обработки. Блок обработки состоит из логической схемы и реверсивного счетчика, используемого в качестве накапливающего сумматора.

Рис. Схема растрового оптического датчика.

Диафрагма сканирующей головки содержит четыре щели, размещенные так, что выходные сигналы фотоприемников сдвинуты на четверть периода измерительной решетки. Количество импульсов определяет величину перемещения, а логическая схема определяет направление перемещения, используя последовательность поступления импульсов.

Точность РОДП определяется минимальным расстоянием между растрами шкал (шагом) и количеством растровых полос на 1 мм/рад. Это расстояние достигает у лучших датчиков 3 … 5 мкм, а количество полос – 1000 на 1 мм. Разрешающая способность линейных РОДП составляет 1 … 2 мкм.

К достоинствам РОДП относятся простая и технологичная конструкция, а также малые размеры и масса.

К недостаткам: накопление ошибок от сбоев и помех в цепях реверсивного счетчика, потеря информации о перемещении при отказе в цепи питания, а также необходимость периодичного определения нулевого отсчета (для получения достоверного абсолютного значения измеряемого перемещения).

Другие типы импульсных датчиков перемещений

 

Кодовые оптические датчики положения

Рассмотренные ранее датчики формируют выходной сигнал в виде последовательности импульсов. Однако в большинстве случаев ДПП являются элементами цифровых систем управления, что требует преобразования выходного сигнала в цифровую форму. Именно такой сигнал формируется в кодовых фотоэлектрических датчиках (КОДП).

Датчики этого типа формируют на выходе re-разрядный двоичный, па­раллельный или последовательный цифровой код, измеряющий перемеще­ние входного звена преобразователя в абсолютной шкале отсчета.

Абсолютные цифровые датчики — это рейки для линейных перемеще­ний или диски для угловых перемещений, разделенные на N равновеликих площадок (полос — в случае рейки, секторов — в случае диска), на которых записаны бинарные слова, соответствующие определенному положению. Поэтому при сбоях в работе, включении, прерывании питающих напряже­ний или предельной частоты работы на выходе датчика имеется точная по­зиция положения. Чаще всего используют помехозащищенную двоичную Грей-кодировку, при которой за каждый шаг измерения изменяется лишь один знак кодовой информации, и при этом легко контролируются ошибки передачи сигнала. Распространено также двоичное и двоично-десятичное кодирование. Имеются датчики с механическим и бесконтактным съемом информации.

Шкала кодовых датчиков угла поворота не превышает 360°, и для изме­рения неограниченных углов поворота применяют алгоритмы счета прохож­дения полных шкал по сигналам датчиков конечных положений или рефе­рентным меткам.

Чаще всего в проекты МУ закладывают типовые конструкции импульс­ных кодовых датчиков, выбирая их по следующим параметрам: количество разрядов, длина шкалы, цена деления шкалы, тип выходного кода (парал­лельный или последовательный), тип интерфейса, уровень выходных сигна­лов, предельная скорость смещения, напряжение питания, потребляемая мощность, способ крепления корпуса и входного вала, ОТП.

Применение нетиповых встраиваемых кодовых датчиков также возмож­но при точном технико-экономическом обосновании.

Ввод информации из кодовых датчиков в цифровой контроллер осущест­вляется через параллельные порты.

Оптические системы КОДП и РОДП построены похожим образом, а кодирующая шкала КОДП пред­ставляет собой стеклянное основание с нанесенной на ней кодовой маской. Маска выполнена в виде нескольких (обычно до 20) дорожек с прозрачными и непрозрачными сегментами. Количество дорожек, как правило, определяет разрядность выходного двоичного кода. В момент съема информации луч, проходя через прозрачные сегменты кодовых дорожек шкалы и ограничивающую щелевую диафрагму, освещает фотоприемники (фотодиодные линейки) (рис. 7).

Рис. . Вид кодовой маски.

Отсутствие сигнала с фотоприемника соответствует двоичному нулю, наличие – двоичной единице. В результате каждому перемещению соответствует определенная комбинация двоичных единиц и нулей, являющаяся его цифровым кодом.

Пример. Датчик ЛИР

ЛИР-ДА158 Абсолютные угловые фотоэлектрические датчики положения (абсолютные энкодеры)

Просмотр: 1     Абсолютный датчик углового положения (абсолютный энкодер). Принцип действия – фотоэлектрический. Отличительные особенности: Диаметр корпуса 58 мм. Цельный вал. Разрешающая способность – до 17 разрядов на оборот. Способ выдачи данных – параллельный, параллельно-байтовый или последовательный SSI. Возможные напряжения питания – +5 В; +12 В; +24 В. Может быть использован для замены импортных датчиков. Синонимы: абсолютные датчики, датчик перемещения, датчик угловой, датчик поворота, датчик угла, датчик угловых перемещений.

 

Рис. Внешний вид энкодера абсолютного типа серии EP58

 

cyberpedia.su