بهترین سنسور نوری

سنسورهای نوری از المان های تشعشع کننده نور با نام فرستنده (Emitter) و گیرنده این امواج (Receiver) تشکیل شده است.

امواج نوری انتشار یافته توسط فرستنده، به طور مستقیم یا غیرمستقیم توسط گیرنده دریافت شده و پس از تقویت در خروجی ظاهر می شود.

امواج در سنسورهای نوری به صورت مرئی (قرمز)، نامرئی(مادون-قرمز) و یا لیزری مورد استفاده قرار می گیرد.

این سنسورها در انواع نوری یکطرفه، دوطرفه، رفلکتوری، کنتراست، حذف اثر زمینه، فیبرنوری و چند نوع خاص دیگر طراحی و تولید می شوند.

سنسورهای نوری یکطرفه در این نوع از سنسورهای نوری ، فرستنده و گیرنده در داخل یک بدنه قرار می گیرند. امواج نوری ساطع شده از سمت فرستنده، در خط مستقیم و به موازات محور سنسور پخش می شود.

این امواج که به صورت مرئی ، مادون قرمز و لیزری می باشند، از طرف فرستنده مدوله شده ارسال می شوند و دلیل این امر نیز صرفه جویی در مصرف توان و دستیابی به فواصل بالاتر انتشار امواج، می باشد.

در صورت عدم قرارگیری جسم هدف در مقابل سنسور نوری، نوری به گیرنده نخواهد رسید و در نتیجه خروجی نیز غیر فعال خواهد بود و هنگامی که جسم در زاویه دید سنسور قرار گیرد، امواج نوری منعکس شده به گیرنده سنسور باعث فعال شدن خروجی خواهند شد.

فاصله سوییچینگ این سنسورها شدیدا تابع رنگ جسم، صیقلی بودن و میزان انعکاس نور از سطح جسم می باشد به طوری که اجسام رنگ روشن با ضریب انعکاس 98 درصد، در فاصله Sn و اجسام تیره با ضریب انعکاس 18 درصد در فاصله 1/2Sn آشکار خواهند شد.

انتشار امواج مادون قرمز از سمت فرستنده با الگوی خاصی انجام می پذیرد که این الگو بیانگر میدان دید سنسورهای نوری خواهد بود.

الگوی انتشار سنسور نوری که نمونه ای از آن در تصویر دیده می شود، با استفاده از کاغذ استاندارد Kodak 90% اندازه گیری می-شود که معمولا میزان انعکاس آن 10% بیشتر از اکثر کاغذهای سفید می باشد.

در منحنی تصویر، محور افقی فاصله قطعه از مرکز سنسور و محور عمودی اندازه موج نوری در دوطرف محور سنسور می باشد.

ضریب تقویت (Excess Gain) بطور کلی سنسورهای نوری یکطرفه با وجود اینکه کاربرد فراوانی در صنعت دارند، سنسورهای با راندمان کمی تلقی می شوند.

در این نوع از سنسورها ، گیرنده مجبور است مقدار خیلی کمی از امواج بازتابیده شده را تشخیص دهد و در نتیجه EG به دست آمده از این نوع از سنسورها کمتر از نوع دیگر سنسورهای نوری می باشد.

برای رسم نمودار ضریب تقویت سنسورهای نوری یکطرفه نیز از کاغذ استاندارد استفاده می شود.

سنسورهای نوری دوطرفه

سنسور نوری دوطرفه از یک فرستنده و گیرنده که بصورت مجزا از هم قرار گرفته اند تشکیل یافته است.

امواج نوری در خط مستقیم از فرستنده به طرف گیرنده ساطع می شود، هر گاه جسمی مابین فرستنده و گیرنده قرار گیرد به طوری که مانع رسیدن نور فرستنده به گیرنده شود، در این حالت گیرنده وجود جسم را تشخیص خواهد داد.

سنسورهای نوری دوطرفه دارای بیشترین راندمان و بیشترین سطح انرژی هستند که حتی در محیط های آلوده و یا نصب اشتباه گیرنده و فرستنده مقابل هم کار می کنند.

الگوی انتشار ) ( Beam Pattern در سنسورهای نوری دوطرفه، پترن نوری منطقه ای است که در آن گیرنده تشعشعات فرستنده را آشکار خواهد کرد.

این منحنی، فاصله مجاز چند سنسور را که به موازات یکدیگر نصب شده اند مشخص می کند، محور افقی در این نمودار، فاصله بین گیرنده وفرستنده بوده و محور عمودی، عرض مفید موج نوری نسبت به محور نوری گیرنده و فرستنده و در دوطرف آن را نشان می دهد.

در هنگام نصب سنسور، باید دقت کرد که محور نوری فرستنده و گیرنده طوری باشد که حداکثر انرژی به گیرنده منتقل شود. ضریب تقویت اضافی (Excess Gain) ضریب تقویت اضافی برای سنسورهای نوری دوطرفه، متناسب با عکس توان دوم فاصله فرستنده از گیرنده می باشد.

به عنوان مثال اگر این فاصله دوبرابر شود ، ضریب تقویت 1/4 خواهد شد و در صورت سه برابر شدن فاصله این مقدار 1/9 می شود.

شعاع نوری مفید (Effective Beam) فاصله سوئیچینگ سنسورهای نوری دوطرفه ، برابر با حداکثر فاصله ممکن مابین فرستنده و گیرنده است.

شعاع نوری مفید برابر است با قسمتی از شعاع نوری که به طور کامل توسط جسم قطع می شود و سنسور وجود جسم را تشخیص داده و معمولا به صورت پرتویی استوانه شکل درآمده و لنز فرستنده را به گیرنده متصل می کند.

هرگاه اندازه لنزها یکسان نباشد، شعاع نوری مفید به صورت مخروطی خواهد بود. توجه داشته باشید که شعاع نوری مفید ، با پترن نوری متفاوت است.

سنسورهای نوری رفلکتوری در این نوع از سنسورهای نوری، فرستنده و گیرنده یک عدد سنسور می باشد،امواج نوری ساطع شده فرستنده از طریق رفلکتور به گیرنده می رسد و هنگامی که جسمی مابین آنها قرار گیرد با قطع شدن مسیر انتشار امواج ، گیرنده این وضعیت را تشخیص داده و به سیگنال مناسب تبدیل می کند.

از جمله موارد کاربرد این سنسورها می توان به تشخیص قطعات و یا جعبه های بزرگ بر روی نوار نقاله اشاره کرد.

فاصله عملکرد این سنسورها می تواند بین سنسور و رفلکتور باشد تا سنسور عملکرد مطمئنی داشته باشد.

برای اندازه گیری این فاصله ، معمولا از یک رفلکتور مشخص استفاده می شود که دارای راندمان بالایی باشد.

ساختمان رفلکتورها از منشورهای هرمی ریزی تشکیل شده است که قابلیت انعکاس امواج نوری در راستای برخورد را دارا می باشد.

رفلکتورهای مورد استفاده برای سنسورهای فرانگار تبریز R2 و R5 می باشند، همچنین به جای رفلکتور می توان از آینه استفاده کرد به شرطی که عمود بر امواج تابیده شده باشد.

این بدین معنی است که در مواقعی که با جسم صیقلی و شفافی برخورد کنند ایجاد خطا خواهند کرد. باید دقت نمود که امواج منتشر شده به شکل مخروطی به گیرنده می رسند ، بنابراین لازم است جسم به طور کامل مانع از انعکاس امواج نوری باشد.

الگوی انتشار ) ( Beam Pattern در سنسورهای نوری رفلکتوری ، پترن نوری بیانگر منطقه ای است که در آن سنسور، رفلکتور مورد نظر را تشخیص خواهد داد.

محور افقی، فاصله رفلکتور از سنسور و محور عمودی ، دورترین فاصله عمودی انتشار امواج از محور نوری می باشد.

هرگاه چند سنسور نوری رفلکتوری به موازات یکدیگر نصب شوند، حداقل فاصله مجاز آنها از روی این پترن به دست می آید.

ضریب تقویت اضافی (Excess Gain) هر چقدر فاصله رفلکتور و سنسور کم باشد، مقدار بهره بیشتر است و در نتیجه اگر لنز سنسور و یا سطح رفلکتور کثیف باشد، می توان عملکرد مطمئنی از مجموعه انتظار داشت.

سنسورهای نوری رفلکتوری پلاریزه مشکل اساسی سنسورهای رفلکتوری معمولی این است که این سنسورها در برخورد با اجسام سطح صاف و براق به مشکل بر می خورند.

به همین علت سنسورهایی به نام سنسورهای نوری رفلکتوری پلاریزه مطرح شده است.

این سنسورها همانند سنسورهای رفلکتوری از یک رفلکتور استفاده می کنند. تفاوت این نوع از سنسورهای نوری با نوع رفلکتوری در استفاده از یک فیلتر پلاریزه کننده است که نور را در یک جهت عبور می دهد.

این فیلترها در مقابل فرستنده و گیرنده و عمود بر هم قرار می گیرند. فیلتر پلاریزه امواج فرستنده را در یک صفحه منتشر می کند که این امواج بعد از عبور از فیلتر ، امواج پلاریزه شده نامیده می شوند.

حال رفلکتور استفاده شده باید به گونه ای باشد که این امواج را 90 درجه چرخش داده و به سمت فیلتر پلاریزه گیرنده ارسال کند که این امواج به دلیل اینکه هم جهت با فیلتر هستند عبور داده می شوند و توسط گیرنده شناسایی می شوند.

رفلکتورها رفلکتورها سطوح منعکس کننده منشوری شکلی می باشند که می توانند با سنسورهای رفلکتوری مادون قرمز ، قرمز مرئی و لیزری مورد استفاده قرار گیرند.

رفلکتور FR50 ، نوع استاندارد و با راندمان بالا می باشد که در تعیین فاصله عملکرد سنسورهای رفلکتوری به عنوان مرجع استفاده می شود.

درفلکتور FR20 نیز برای کار با سنسورهای لیزری مورد استفاده قرار می گیرد.

رفلکتوری نوع کاغذی هم برای مصارف خاص با طول های متفاوت ، موجود می باشد.

مشخصات کلی رفلکتورها کلاس حفاظتی : IP67 جنس رفلکتورها: PMMA جنس بدنه : ABS دمای کار : -30…+70°C سنسورهای نوری با حذف اثر زمینه در این نوع از سنسورهای نوری ، فرستنده و گیرنده در یک بدنه قرار می گیرند و اجسام هدف را در فاصله معینی تشخیص می دهند، این سنسورها به قطعه PSD مجهز هستند.

نور منعکس شده از جسم هدف با زوایای مختلفی به قطعه PSD برخورد می کند و بسته به زاویه برخورد خروجی این قطعه متفاوت خواهد بود که این موقعیت ها توسط مدارات الکترونیکی به سیگنال های الکتریکی تبدیل می شوند.

این مقادیر را می توان به عنوان شاخص تشخیص یرای سنسور تعیین کرد تا زمینه بعد از قرارگیری جسم هدف توسط سنسور نوری نادیده گرفته شود.

یکی از کاربردهای اصلی این سنسور در صنعت ، تشخیص اجسام در حرکت در خط تولید و بر روی نوار نقاله می باشد که نوار نقاله به عنوان زمینه و جسم در حرکت به عنوان جسم هدف برای سنسور تعریف می شود.

الگوی انتشار پترن نوری این نوع از سنسورها شبیه سنسورهای نوری یکطرفه است، اما می توان گفت که فاصله سوییچینگ مستقل از رنگ جسم است.

شکل مقابل نمونه ای از پترن این سنسورها را برای دو نوع کاغذ تیره و روشن نشان می دهد. در شکل مقابل تفاوت کم پترن های نوری برای سنسور نوری با حذف اثر زمینه برای دو رنگ مختلف ، به وضوح نشان داده شده است.

منحنی Excess Gain شکل های مقابل دو نمونه از منحنی مزبور را برای این نوع از سنسورها نشان می دهد: خروجی سنسورها این نوع از سنسورهای نوری در انواع DC و بصورت سه و چهار سیمه تولید می گردند.

سنسورهای نوری کنتراست منظور از کنتراست، تفاوت بین سیگنال دریافتی گیرنده در حالت Light نسبت به حالت Dark می باشد.

کاربرد سنسورهای نوری کنتراست، بیشتر در تشخیص علائم رنگی بر روی کاغذهای بسته بندی می باشد.

در این سنسورها، فرستنده و گیرنده در یک بدنه قرار می گیرند و امواج نوری به صورت نور سفید از فرستنده ساطع می شوند.

امواج برگشتی از سطح رنگ مورد نظر در همان راستای پخش، به طرف گیرنده برگشت داده می شود.

شدت این اواج برگشتی بستگی به کنتراست سطح دارد. این سیگنال با سیگنال تنظیم شده سنسور مقایسه می شود.

با این روش، سنسور می تواند کدهای چاپ شده بر روی کاغذ و یا هر شی رنگی دیگر را تشخیص دهد.

تنظیمات این سنسورها توسط دکمه Tech-in انجام می گیرد و به دو روش Easy-Adjust و Fine-Adjust انجام می پذیرد.

مد Easy-Adjust برای مواقعی است که تفاوت کنتراست ها زیاد باشد و Fine-Adjust ، هنگامی که تفاوت کنتراست ها کم هستند، کاربرد دارد.

الگوی انتشار شکل مقابل نمونه ای از پترن نوری این سنسورها را نشان می دهد.

طبق این منحنی، بهترین نقطه کار سنسور، زمانی است که فاصله علائم و یا صفحه کار سنسور در حوالی 10mm می باشد.

خروجی سنسورهای کنتراست این نوع از سنسورهای نوری در انواع DC و بصورت چهار سیمه تولید می گردند. فیبر نوری در این نوع از سنسورها ، گیرنده و فرستنده در یک بدنه قرار دارند و کابل های نوری استاندارد به قطر 2.2mm قابل اتصال به این سنسورها می باشند.

کابل فیبر نوری می تواند به صورت یکطرفه و یا دوطرفه باشد.