Światłowodowe czujniki optyczne

Charakterystyka i zasada działania światłowodowych czujników optycznych

Optyczne czujniki światłowodowe to elementy instalowane na początku toru pomiarowego. Służą do wykrywania i pomiaru różnych wielkości fizycznych, których zmiany przekształcają na sygnał wyjściowy z czujnika.            

Wyróżniamy dwa główne typy optycznych czujników światłowodowych.

• Czujniki z modulacją wewnętrzną, w których czynniki oddziałujące na światłowód – np. nacisk lub temperatura – powodują zmianę parametrów światła w zastosowanym światłowodzie (natężenie, faza, długość fali, stan polaryzacji).
• Czujniki z modulacją zewnętrzną, w których zmiana parametrów fali świetlnej zachodzi już opuszczeniu światłowodu, w głowicy pomiarowej, i  wynika z oddziaływania mierzonych parametrów.

Wybór odpowiedniego typu czujnika zależy od zastosowania, wymagań środowiskowych oraz oczekiwanej precyzji i zakresu pomiarowego.

Najważniejsze zalety czujników światłowodowych

• Wyjątkowa odporność na zakłócenia elektromagnetyczne i chemiczne. Światłowody, szczególnie światłowody szklane, są odporne na drgania, promieniowanie elektromagnetyczne i wiele czynników chemicznych,
• Możliwość pracy w ekstremalnych temperaturach i środowiskach zagrożonych wybuchem,
• Szeroki zakres detekcji: od monitorowania położenia, przez identyfikację materiałów, po kontrolę parametrów procesów przemysłowych,
• Niewielkie rozmiary czujnika umożliwiające integrację z kompaktowymi urządzeniami oraz pracę w wąskich i trudno dostępnych miejscach,
• Duży zasięg dzięki bardzo niskim stratom podczas transmisji sygnału optycznego oraz możliwości zastosowania wzmacniaczy światłowodowych,
• Łatwa regulacja czułości czujnika i parametrów pracy.

Główne zastosowania światłowodowych czujników optycznych

Dzięki swoim unikalnym właściwościom, światłowodowe czujniki optyczne wykorzystywane są zarówno w klasycznych liniach przemysłowych, jak i w zastosowaniach specjalistycznych do:

• Monitorowania obecności, położenia i ruchu elementów na szybko przesuwających się liniach produkcyjnych (także obiektów mikroskopijnych oraz elementów przezroczystych lub odbijających światło),
• Detekcji obecności i kontroli jakości produktów w trudnych warunkach otoczenia (pył, wysoka temperatura, wilgoć),
• Pomiaru naprężeń i odkształceń konstrukcji mostów, budynków oraz w urządzeniach krytycznych dla bezpieczeństwa infrastruktury,
• Pomiarów wykonywanych w miejscach zbyt niebezpiecznych dla klasycznych, kontaktowych metod pomiarowych (np. wysokie napięcia, miejsca zagrożone wybuchem),
• Monitorowania składu i parametrów gazów oraz cieczy w rurociągach lub reaktorach w przemyśle naftowym i chemicznym
• Precyzyjnej detekcji niewielkich obiektów w robotyce, technologiach montażowych oraz przemyśle spożywczym.

Najczęściej zadawane pytania

Jakie są rodzaje czujników optycznych?

Czujniki optyczne dzielimy na kilka podstawowych typów pod względem konstrukcji i zastosowania:

• Przelotowe (bariery świetlne) z osobnym nadajnikiem i odbiornikiem znajdującymi się naprzeciw siebie. Wykrywają przerwanie wiązki światła przez obiekt.
• Odbiciowe (refleksyjne oraz rozproszone), których nadajnik i odbiornik umieszczone są w jednej obudowie, a odbita wiązka światła wraca do odbiornika lub jest rozpraszana przez obiekt.
• Światłowodowe, w których wiązka światła prowadzona jest kablem światłowodowym. W zależności od typu  obserwowany parametr albo oddziałuje na sam światłowód i zmienia parametry fali świetlnej, takie jak: długość fali, natężenie, faza, stan polaryzacji (czujniki z modulacją wewnętrzną), albo detekcja następuje w głowicy, po opuszczeniu światłowodu (czujniki z modulacją zewnętrzną)
• Czujniki eliminujące wpływ tła: zaawansowane analizatory sygnału pozwalające na wykrywanie obecności obiektu pomimo wpływu zmieniającego się tła.

Co wykrywa czujnik optyczny?

Czujnik optyczny są w stanie wykryć obecność obiektu, ruch, położenie, kolor, kontrast, krawędzie, poziom, albo strukturę materiału. W przemyśle stosowane są do:

• kontroli obecności obiektu,
• monitorowania położenia i ruchu detali na liniach produkcyjnych,
• sortowania przedmiotów na podstawie koloru lub właściwości powierzchni,
  wykrywania przezroczystych, niewielkich lub nieregularnych elementów.

Co to jest czujnik optyczny i do czego służy?

Czujnik optyczny to urządzenie wykorzystujące emisję, propagację i detekcję światła do monitorowania obecności, przemieszczenia lub parametrów obiektu znajdującego się w polu działania sensora.

Przetwarza zmiany w natężeniu lub strukturze wiązki świetlnej na sygnał elektryczny, który trafia następnie do układu sterowania systemu automatyki przemysłowej.