Czujniki optyczne – rodzaje i podstawowe parametry

Czujniki optyczne, zwane również fotoprzekaźnikami, są ważnymi elementami systemów automatyki przemysłowej i odpowiadają za wykrywanie obiektów lub pomiar odległości. Ich wykorzystanie wpływa na podniesienie poziomu bezpieczeństwa pracowników, zwiększenie wydajności procesów produkcyjnych oraz zmniejszenie ryzyka ewentualnych przestojów. Zatem, jakie są podstawowe parametry czujników optycznych i jakie ich rodzaje wyróżniamy?

Czujniki optyczne – parametry

Projektując system automatyki przemysłowej, istotne jest uwzględnienie podstawowych parametrów wykorzystywanych czujników optycznych. Wśród nich należy wziąć pod uwagę:

• Zasięg działania – maksymalna lub też zalecana przez producenta (pozwalająca na zachowanie zadanej dokładności pomiarowej) odległość od obiektu, który może ulec detekcji. Przykładowo, dużym zasięgiem charakteryzuje się czujnik określany, jako bariera optyczna.
• Dokładność pomiarowa – najczęściej definiowana, jako różnica pomiędzy wartością zmierzoną przez detektor a wartością rzeczywistą.
• Zakres pomiarowy – parametr bardzo istotny w przypadku czujników optycznych wykorzystywanych do bezdotykowego pomiaru odległości.
• Rozdzielczość pomiarowa – parametr ten określa najmniejszą zmianę parametru mierzonego, która jest wykrywana przez dany przyrząd pomiarowy.
• Powtarzalność pomiarowa (zwana również rozrzutem pomiarowym) – parametr ten określa zgodność pomiędzy wynikami serii pomiarów tej samej wartości pomiarowej (powtarzalność pomiarowa w kontekście pomiaru różnymi przyrządami nazywamy odtwarzalnością pomiarową).
• Funkcja wyjścia czujnika – wyróżnia się fotoprzekaźniki Light ON oraz Dark ON. W tym pierwszym przypadku czujnik reaguje stanem wysokim (brak reakcji), gdy wiązka wysłana przez nadajniki dociera do odbiornika. W przypadku czujników Dark ON sytuacja jest odwrotna – przekaźnik nie reaguje w momencie, gdy sygnał świetlny do niego nie dociera. Przykładowo, czujnikiem Light ON jest bariera optyczna, czy też czujnik refleksyjny, a czujnikiem Dark ON przekaźnik odbiciowy.
• Stopień ochrony IP – parametr ten informuje o stopniu odporności czujnika na zapylenie (pierwsza cyfra w kodzie IP) oraz nadmierną wilgotność lub zalanie (druga cyfra w kodzie IP).
• Klasa ochrony przeciwpożarowej – większość czujników charakteryzuje się klasą II lub III.

Rodzaje czujników optycznych

Na rynku znaleźć można różne rodzaje czujników optycznych. Spośród nich tylko kilka jest powszechnie wykorzystywanych. Najprostszym czujnikiem jest przekaźnik odbiciowy. Zasada jego działania sprowadza się do tego, iż przyrząd stale wysyła wiązkę świetlną i reaguje stanem wzbudzenia w momencie jej odbicia przez obiekt znajdujący się w jego polu widzenia. Czujniki odbiciowe są najczęściej wykorzystywane, jako popularne detektory ruchu.

Innym rodzajem czujników są czujniki refleksyjne. W ich przypadku wysyłana przez nadajnik wiązka przechodzi przez układ optyczny przyrządu, a następnie odbija się od odbłyśnika, który kierują ją do odbiornika. Przesłonięcie samego modułu odbierającego sygnał lub elementu odbijającego wiązkę prowadzi do wzbudzenia przekaźnika. Przekaźniki refleksyjne są często wykorzystywane w różnych gałęziach przemysłu, a ich dużymi zaletami są większy niż w przypadku czujników odbiciowych zasięg pomiarowy oraz mniejsza wrażliwość na zakłócenia (wbudowany układ optyczny polaryzujący wiązkę).

Równie popularnymi czujnikami są również czujniki barierowe (tak zwane bariery optyczne). Ich cechą charakterystyczną jest wykorzystanie wielu diod LED lub laserowych oraz wyjścia Dark ON. Do zalet czujników barierowych można zaliczyć duży zasięg pomiarowy i możliwość pracy w różnych widmach podczerwieni (korzystne w dużym zapyleniu). Wadą jest natomiast konieczność montowania dwóch osobnych modułów – nadawczego oraz odbiorczego.

Osobnym zagadnieniem są dalmierze, które służą do ustalenia odległości pomiędzy czujnikiem a danym obiektem. W przypadku tych przyrządów jednym z najważniejszych parametrów jest zakres pomiarowy – w zależności od jego wartości dzieli się je na przekaźniki odległości oraz mikroprzemieszczeń.

Słowem zakończenia, czujniki optyczne mogą służyć do detekcji obiektów lub też pomiaru odległości. W zależności od rodzaju oraz parametrów mogą być wykorzystywane w różnych gałęziach przemysłu.