7.3.4 Емкостные датчики

Емкостные датчики, как и индуктивные, не требуют механического контакта с объектом измерения, однако могут обнаружить не только металлические, но и не токопроводящие объекты, например, полимеры, пластмассы, керамику, бумагу, а также объекты, расположенные за не токопроводящим слоем материала. Емкостные датчики обычно используются как выключатели, но могут определять и расстояние до объекта, правда, зона их действия довольно мала – до 30 мм. Главными достоинствами емкостных датчиков являются простота, высокая чувствительность и малая инерционность, а недостатками – влияние на датчик внешних электрических полей и сложность измерительных устройств датчика.

Принцип действия емкостного датчика основан на зависимости электрической емкости конденсатора от размеров, взаимного расположения обкладок и диэлектрической проницаемости среды между ними. Эта зависимость используются для преобразования механических перемещений в изменение емкости. При приближении объекта к активной поверхности датчика меняется емкость в колебательном контуре датчика и параметры генерируемых им колебаний. По изменению этих параметров определяется расстояние до объекта в датчиках-измерителях или происходит изменение уровня выходного сигнала на определенном расстоянии до объекта в датчиках-выключателях.

7.3.5 Оптические датчики

Оптические (фотоэлектрические) датчики с помощью светового луча могут детектировать любые объекты, удаленные от них на расстояния от нескольких миллиметров до десятков метров. Оптические датчики имеют малое время срабатывания, позволяют определять цвет объекта, могут работать на значительных расстояниях и могут быть установлены в труднодоступных местах.

Главные компоненты оптического датчика представлены на рис. 7.12, 7.13.

Рис. 7.12. Конструктивная схема оптического датчика:

1, 2 – источник и приемник света; 3 – электронные схемы; 4 – устройство согласования; 5 – сигнальные светодиоды; 6 – потенциометр, регулирующий чувствительность; 7 – корпус; 8 – линза; 9 – соединительный кабель

а б в

Рис. 7.13. Типовые структурные схемы оптических датчиков:

а – датчик типа «световой барьер»; б – рефлекторный; в – диффузный;

1 – излучатель света; 2 – приемник; 3 – генератор (источник интенсивного модулированного света); 4 – демодулятор для выделения полезного сигнала; 5 – транзистор (элемент выхода)

Эти компоненты датчика могут быть расположены в одном общем корпусе или в двух отдельных корпусах, в зависимости от того прерывает или отражает луч света обнаруживаемый объект 6 (рис. 7.13).

По принципу действия оптические датчики делятся на барьерные, диффузные и рефлекторные. Барьерные датчики (как правило, выключатели), имеют излучатель и приемник, смонтированные в разных корпусах. Свет посылается непосредственно от излучателя к приемнику, размещенному в отдельном корпусе соосно с источником света. Барьерные датчики обнаруживают объекты, которые появляются между излучателем и приемником, прерывая луч света и формируя выходной сигнал в приемнике. Датчики работают с объектами из любых материалов, причем поверхности объектов могут быть окрашенными, прозрачными, шероховатыми, гладкими, металлическими, пластмассовыми и т. д. Барьерные датчики малочувствительны к тяжелым внешним условиям, таким как пыль в воздухе, грязь на линзах, пар или туман. Дистанция их срабатывания может превышать 50 м.

Диффузные датчики также используются для обнаружения объектов различной формы и из различных материалов и могут просто переключать уровень выхода при фиксированном расстоянии или определять расстояние до объекта. Их излучатели и приемники встраиваются в единый корпус. Световой поток излучателя падает на поверхность объекта, от которого происходит его отражение. Отраженный поток света определяется расстоянием до объекта и его отражающей способностью (материалом, шероховатостью поверхности, цветом и т. д.). Часть потока попадает в приемник, вызывая срабатывание датчика. Преимущество данного типа датчиков заключается в простоте применения, а исполнение в едином корпусе обеспечивает максимально простой монтаж и кабельную разводку. Еще одно достоинство диффузных датчиков  отсутствие отражателя.

Диффузные датчики имеют малое операционное расстояние (обычно до 100 мм, редко до 200 мм), зависящее также от цвета и типа поверхности. Окружающие датчик блестящие поверхности, расположенные даже далеко от датчика, могут создавать помеху и вызывать ложные срабатывания датчика. Ухудшает характеристики датчика также оптическое вмешательство от естественного освещения или искусственного света близкого к спектру естественного света, а также свет переменной интенсивности (мигающий свет).

В рефлекторных датчиках излучатель и приемник, так же как и в диффузных датчиках, встроены в один корпус, но для возврата потока используются специальные отражатели или световозвращающие ленты (рис. 7.14).

Рис. 7.14. Отражатели и световозвращающие ленты

Рефлектор (световозвращатель) может выполняться либо в виде тонких полимерных пластин, либо в виде самоклеящейся ленты, наносимой на объект. Конструкция рефлектора обеспечивает обратное отражение света в сторону его падения.

Оптические выключатели, работающие на отраженном луче световозвращателя, обладают всеми преимуществами диффузных датчиков и к тому же позволяют увеличить расстояние срабатывания до 3…5 м.