Jak działają czujniki optyczne odbiciowe?

Czujniki optyczne odbiciowe wykrywają wiązkę światła (na przykład światła podczerwonego), która po odbiciu od obiektu wraca do czujnika. Zasadę działania czujnika odbiciowych opisaliśmy dokładniej w tekście "Co to jest czujnik optyczny i jak działa?".

Zróżnicowanie czujników refleksyjnych sprawia, że są w stanie realizować różne funkcje w bardzo odmiennych zastosowaniach. Z drugiej strony szukając czujnika do konkretnego zastosowania, stajemy przed wyborem odpowiedniego typu optycznego czujnika odbiciowego oraz jego parametrów.

3 typy optycznych czujników odbiciowych

Czujniki dyfuzyjne

Czujniki dyfuzyjne emitują światło, które rozprasza się na obiekcie i następnie wraca do odbiornika. Są proste w instalacji i nie wymagają osobnego reflektora. Sprawdzają się dobrze przy wykrywaniu detali o matowych powierzchniach.

Zalety

• Prosta instalacja,
• kompaktowa konstrukcja (nadajnik i odbiornik znajdują się w jednej obudowie),
• dobre do wykrywania przedmiotów o matowych powierzchniach.

Wady

• Ograniczony zasięg,
• wrażliwość na kolor i połysk obiektu.

Czujniki odbiciowe z funkcją tłumienia BGS

Czujniki odbiciowe z funkcją tłumienia BGS (BGS - Background Suppression) wykorzystują triangulację do precyzyjnego określenia odległości obiektu. Pozwalają wykryć obiekty niezależnie od ich koloru i połysku, ignorując obiekty znajdujące się poza ustawioną granicą detekcji.

Zalety

• Precyzyjna detekcja niezależnie od koloru i połysku obiektu,
• możliwość ignorowania obiektów znajdujących się poza ustawioną granicą,
• dobre do zastosowań ze zmiennymi tłami.

Wady

• Wyższy koszt,
• mogą mieć problemy z przezroczystymi obiektami.

Czujniki z polaryzacją

Czujniki z polaryzacją wykorzystują specjalne filtry do eliminowania fałszywych odbić od błyszczących powierzchni. Są przydatne w przypadku detekcji obiektów o wysokim połysku lub przezroczystych.

Zalety

• Doskonałe do wykrywania błyszczących i przezroczystych obiektów,
• eliminowanie fałszywych odbić.

Wady

• Wyższy koszt,
• mogą mieć ograniczony zasięg.

Jakie parametry czujników optycznych odbiciowych trzeba uwzględnić przy wyborze?

Wybierając czujnik odbiciowy, należy wziąć uwagę parametry mające podstawowy wpływ na sposób jego pracy. Niżej wymieniliśmy kilka najważniejszych czynników.

Rodzaj światła

Czujnik optyczny odbiciowy wykorzystuje różne źródła światła. Najczęściej są to diody LED emitujące czerwone światło widzialne (ok. 620-650 nm) lub podczerwone (850-950 nm). Widoczne dla ludzkiego oka czerwone światło widzialne ułatwia kalibrację i sprawdza się w zastosowaniach, w których ważna jest wysoka rozdzielczość detekcji. Z kolei czujniki emitujące światło podczerwone lepiej radzą sobie w warunkach o dużym natężeniu światła zewnętrznego, np. w systemach zabezpieczeń, halach produkcyjnych lub otwartych przestrzeniach.

Zasięg wykrywania

Jednym z najważniejszych parametrów przy wyborze czujnika optycznego odbiciowego jest jego strefa detekcji, która może wynosić od kilku milimetrów do nawet kilkunastu metrów. Wybierając czujnik odbiciowy, warto pamiętać, że zbyt duży zasięg wykrywania może prowadzić do niepotrzebnych kosztów i zwiększonego ryzyka zakłóceń, podczas gdy zbyt mały – może ograniczyć funkcjonalność systemu.

Wykrywane obiekty

Przy wyborze czujnika ogromne znaczenie ma rodzaj wykrywanych detali. Należy wziąć pod uwagę takie czynniki jak: materiał, kolor i połysk powierzchni, kształt i rozmiar oraz przezroczystość obiektu.

Niektóre rodzaje czujników optycznych odbiciowych są lepiej przystosowane do wykrywania określonych typów obiektów. Na przykład, czujniki BSG świetnie sprawdzają się przy detekcji obiektów o różnych kolorach i stopniu połysku.

Szybkość detekcji i rozdzielczość

W niektórych aplikacjach bardzo ważna jest szybkość reakcji czujnika. Czas odpowiedzi może wahać się w zależności od modelu od mikrosekund do milisekund.

Rozdzielczość czujnika określa najmniejszy obiekt lub zmianę położenia, jaką jest w stanie wykryć sensor. Wysoka rozdzielczość jest niezbędna w zastosowaniach wymagających precyzyjnej detekcji małych obiektów lub niewielkich zmian położenia.

Kompatybilność

Należy upewnić się, że wybrany czujnik optyczny odbiciowy jest kompatybilny z istniejącym systemem sterowania. Ważne parametry to:

• typ wyjścia (PNP, NPN, analogowe),
• napięcie zasilania,
• protokoły komunikacyjne (jeśli są niezbędne).

Najczęściej spotykane są wyjścia cyfrowe PNP (przełączanie dodatnie) i NPN (przełączanie ujemne). PNP dominuje w europejskich systemach PLC, a NPN może być konieczny w starszych rozwiązaniach lub kontrolerach. Niektóre modele oferują przełączanie NO/NC (normalnie otwarte/zamknięte), co zwiększa elastyczność konfiguracji.

W bardziej zaawansowanych zastosowaniach warto rozważyć użycie czujników z wyjściem analogowym (np. 0-10 V lub 4-20 mA), dających na wyjściu czujnika sygnał ciągły, proporcjonalny do odległości obiektu. Rozwiązanie to sprawdza się w systemach monitorowania położenia, poziomu napełnienia lub różnych typach systemów bezpieczeństwa.

Odporność na warunki zewnętrzne

Czujniki optyczne odbiciowe mogą być narażone na działanie różnorodnych warunków środowiskowych, takich jak temperatura otoczenia, wilgotność, obecność pyłów lub oparów, wibracje i wstrząsy czy zakłócenia elektromagnetyczne.

Czujniki odbiciowe przeznaczone do pracy w trudnych warunkach często mają dodatkowe zabezpieczenia i wzmocnione obudowy o wyższym stopieniu ochrony ze względu na ryzyko uszkodzenia. Stopień ochrony IP65, np. w przypadku obudów z tworzywa sztucznego, wystarczy w typowych warunkach przemysłowych. Jednak w środowiskach mokrych lub zapylonych warto wybierać czujniki w obudowach o stopniu ochrony IP67 lub wyższym. Należy też wziąć pod uwagę zakres temperatur pracy. W modelach standardowych są to temperatury w zakresie od -25°C do +55°C, ale w ekstremalnych przypadkach dostępne są wersje specjalne, działające nawet przy -40°C lub +70°C.

W razie wątpliwości – zapytaj!

Wybór odpowiedniego czujnika optycznego odbiciowego wymaga uwzględnienia wielu czynników, takich jak typ detekcji, zasięg, szybkość reakcji, rodzaj wykrywanych obiektów, rodzaj światła, czy odporność na warunki zewnętrzne. Dobrze dobrany czujnik odbiciowy pozwala zapewnić nie tylko niezawodne działanie systemu, ale również może przyczynić się do optymalizacji kosztów i zwiększenia efektywności procesów produkcyjnych. Dlatego w przypadku wątpliwości warto skorzystać z doświadczenia pracowników sklepu gigaom.pl, którzy zawsze pomogą w wyborze najlepszego rozwiązania do konkretnej aplikacji. Warto zaglądać również na naszego bloga, na którym cały czas pojawiają się nowe artykuły dotyczące automatyki przemysłowej.