Оптические датчики. Устройство и принцип действия. Ширина зоны сканирования

5      Оптические датчики 5.1    Теоретические основы

Видимый свет можно рассматривать как электромагнитные волны определенной частоты (рис. 5.1.1). Он распространяется в пространстве линейно и во всех направлениях. С помощью зеркал или линз можно изменить направление света или сформировать световой луч. В отличие от ультразвуковых волн свет может распространяться в вакууме, т. к. не нуждается в передающей среде.

Рис. 5.1.1. Частоты и длины волн электромагнитного спектра

5.1.1   Устройство и принцип действия

Основу оптического датчика приближения составляют источник света (светоизлучающий диод), приемник света (фотодиод или фототранзистор), электронный преобразователь и выходной каскад. Существуют различные типы оптических датчиков. На рис. 5.1.1.1 иллюстрируется принцип работы оптического датчика отражательного типа. Здесь излучатель генерирует вспышки света, а приемник принимает эти вспышки после их отражения от обнаруживаемого объекта и преобразует их в электрический сигнал. Далее электронный преобразователь определяет интенсивность принятого отраженного светового сигнала и в зависимости от ее значения формирует переключательный сигнал на выходе датчика.

В оптических датчиках используется инфракрасный и красный видимый свет, поскольку распространенные источники и приемники света наиболее эффективны именно в этом частотном диапазоне.

Как отмечалось выше, свет излучается вспышками. Это позволяет повысить мощность импульсов и гарантирует высокую устойчивость против интерференции (рис. 5.1.1.2).

В оптических датчиках отражательного типа излучатель и приемник обычно объединены в едином корпусе (рис. 5.1.1.3).

Переключательное действие оптического датчика в значительной степени зависит от оптических свойств (цвет, отражательная способность) обнаруживаемых объектов и свойств промежуточной среды.

Рис. 5.1.1.1. Принцип работы оптического датчика

Рис. 5.1.1.2. Мощность излучения в непрерывном режиме и в импульсном режиме

Рис. 5.1.1.3. Работа оптического датчика

5.1.2. Ширина зоны сканирования

Ширина зоны сканирования(обозначается I_TW) определяет, на каком расстоянии может быть реально обнаружен объект. Эта величина рассчитывается по отношению к стандартной белой пластине с отражательной способностью 90%.

Интенсивность принимаемого излучения зависит от установленного расстояния сканирования. В соответствии с фотометрическим законом,

E = I_V/r²,

где:

Е- освещенность (поверхностная плотность светового потока); I_V -яркость, кд; r- расстояние, м.