Czujniki optyczne są jednym z rodzajów szeroko wykorzystywanych dziś sensorów w automatyce przemysłowej. Zyskują coraz większą popularność w wielu aplikacjach, a ich zalety w częstokroć pozwalają na zastąpienie nimi innych rodzajów wykorzystywanych w podobnym celu czujników.
Jak działają czujniki optyczne?
Zasada działania tego rodzaju czujników opiera się na wykorzystaniu wiązki promieni świetlnych, w formie światła laserowego, w zakresie podczerwieni lub światła widzialnego. Sygnał świetlny wysyłany jest z części czujnika będącej nadajnikiem do części stanowiącej odbiornik. Wzajemne usytuowanie tych elementów zależne jest od typu konstrukcji czujnika optoelektronicznego. Czujnik wykrywa przerwanie wiązki światła wysyłanej między nadajnikiem a odbiornikiem. Informacja o przecięciu wiązki przekazywana jest na wyjście czujnika w postaci sygnału elektrycznego. Może być on następnie wykorzystywany do kontroli, czy wiązka została przerwana, lub do zliczania ile razy wiązka została przerwana, co w łatwy sposób pozwala liczyć np. ilość obiektów przecinających strefę działania czujnika na taśmie produkcyjnej. Niektóre czujniki pozwalają także na mierzenie odległości przez mierzenie czasu mijającego między wysłaniem, a odebraniem sygnału świetlnego.
Rodzaje czujników optycznych
W zależności od typu budowy, z którą wiąże się dokładny sposób działania czujnika wyróżnia się trzy typy czujników optycznych:
Refleksyjne
Nadajnik i odbiornik czujnika umiejscowione są w jednej obudowie. Do działania tego typu czujnika stosuje się dodatkowy element odblaskowy, od którego odbijana jest wiązka światła. Czujnik wykrywa przesłonięcie wiązki światła przez obiekt.
Odbiciowe
Podobnie jak w przypadku czujników refleksyjnych nadajnik znajduje się w jednej obudowie z odbiornikiem. Nie wykorzystuje się natomiast dodatkowego elementu odblaskowego i wiązka światła odbijana jest bezpośrednio od wykrywanego obiektu. Często stosuje się pulsacyjny sygnał świetlny. Tego typu czujniki mają najmniejszy zasięg działania i jest od zależny od materiału wykrywanych obiektów.
Bariera optyczna
Bariery optyczne składają się z oddzielnych elementów działających jako nadajnik i jako odbiornik. Ustawia się je odpowiednio naprzeciwko siebie, tak by sygnał świetlny pomiędzy nimi przecinał kontrolowaną strefę. To rozwiązanie cechuje się największą strefą działania.
Bardziej złożoną wersją bariery optycznej jest kurtyna świetlna, która łączy w sobie większą ilość nadajników i odbiorników, których wiązki ustawione są równolegle, tak by zwiększyć powierzchnię wykrywania.
Zalety czujników optycznych
Do zalet czujników optycznych zaliczyć należy przede wszystkim ich zasięg wiążący się z dużą strefą wykrywania obiektów. Dzięki działaniu bezdotykowemu są one także odporne na zużycia i uszkodzenia mechaniczne. Ta cecha pozwala także na łatwą modernizację istniejących linii produkcyjnych i doposażenie ich w czujniki optyczne bez konieczności przeprojektowania całej instalacji. Wadą tego rozwiązania jest natomiast ograniczona użyteczność w zanieczyszczonym otoczeniu, gdzie powierzchnie odbiornika lub nadajnika mogą zostać zabrudzone, przez co sygnał świetlny będzie zakłócony.
Zastosowanie
W automatyce przemysłowej czujniki optyczne wykorzystywane są m.in. do:
- kontroli poziomu cieczy lub materiałów sypkich w zbiorniku,
- kontroli obecności i zliczania obiektów na taśmie,
- kontroli położenia ruchomych części maszyn,
- systemów bezpieczeństwa wykrywających np. niepożądane wejście w strefę działania maszyny.