1. Оптические датчики
Теоретические основы
Видимый свет можно рассматривать как электромагнитные волны определенной частоты (рис. 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. 1.1 - Частоты и длины волн электромагнитного спектра |
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. Рис. 1.2 иллюстрирует 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 1.3).
В оптических датчиках отражательного типа излучатель и приемник обычно объединены в едином корпусе (рис. 1.4).
Переключательное действие оптического датчика в значительной степени зависит от оптических свойств (цвет, отражательная способность) обнаруживаемых объектов и свойств промежуточной среды.
|
|
|
|
Рис. 1.2 - Принцип работы оптического датчика |
Рис. 1.3 - Мощность излучения в непрерывном режиме и в импульсном режиме |
|
|
Рис. 1.4 - Работа оптического датчика |
1.2. Ширина зоны сканирования
Ширина зоны сканирования (обозначается ITW) определяет, на каком расстоянии может быть реально обнаружен объект. Эта величина рассчитывается по отношению к стандартной белой пластине с отражательной способностью 90%.
Эксперимент
Ширина зоны сканирования / Величина гистерезиса
Исследуйте влияние типа поверхности объекта на ширину зоны сканирования оптического датчика и вычислите величину гистерезиса.
Процедура
Подключите оптический датчик к панели «Датчики приближения» в соответствии с выводами кабельного разъема.
Вставьте датчик в каретку таким образом, чтобы его чувствительный элемент был направлен влево.
Закрепите плату с белым стандартным образцом в держателе испытательных образцов.
Медленно перемещайте датчик по направлению к образцу, пока датчик не переключится (включается светодиод).
Запишите в табл. 1.1 отсчет со шкалы направляющей линейки, соответствующий начальному положению (нулю) p0 каретки в масштабе измерений.
Теперь медленно отодвигайте каретку с датчиком от образца, пока датчик не переключится (светодиод выключается) и запишите расстояние выключения датчика pa.
Повторите эту процедуру со всеми образцами, указанными в табл. 1.1
Запишите все полученные результаты в табл. 1.1 и определите значение ширины зоны сканирования ITW = pa – p0 для каждого образца.
Вычислите величину гистерезиса в процентах для каждого образца. Внесите эти значения в табл. 1.1
Примечание:
Значение максимальной ширины зоны сканирования (номинальной ширины зоны сканирования) ITWn составляет 48 мм
Табл. 1.1 |
|||||
|
|||||
Образец материала |
p0, мм |
pa, мм |
ITW, мм |
ITWn, мм |
Ha, % |
Белый стандартный |
|
|
|
48 |
|
Черный глянцевый |
|
|
|
48 |
|
Черный матовый |
|
|
|
48 |
|
Зеркало |
|
|
|
48 |
|