کاربرد انواع سنسورهای نوری

سنسور های نوری بر اساس عملکرد و کمیت مورد اندازه گیری به گروه های مختلفی تقسیم می شوند. این سنسور ها در صنعت کاربرد داشته و شامل گروه های زیر هستند:

آشکار سازهای مجاورتی
سنسورهای فروسرخ
سنسورهای لیزری
سنسورهای حرکت
سنسور نور
سنسور گاز
سنسورهای لومیناس
سنسورهای مهندسی پزشکی

آنچه در این مقاله می خوانید−

کاربرد انواع سنسورهای نوری

برخی کاربردها

برخی از کاربرد های این سنسور ها عبارت اند از:

تشخیص اشیاء روی نوار نقاله

تشخیص لبه ی کاغذ

تشخیص بلوک engine روی نوار نقاله

شمارش rolling frequency of cam

شمارش تعداد

تشخیص بدنه ی خودرو

کنترل سرعت چرخش میز

تشخیص اجسام افتاده: به عنوان مثال تشخیص قوطی

Checking position of discrete resistor before soldering

بررسی قرار گیری اجسام در موقعیت صحیح خود

آشکار سازهای مجاورتی نوری

این سنسورها بر اساس تغییر در شدت نور برگشتی عمل کرده و عمدتا به سه گروه زیر تقسیم می شوند:

سنسورها ی نوری یک طرفه
سنسورها ی رفلکتوری
سنسورها ی دو طرفه یا روش نقطه ی متقابل

سنسورهای نوری یک طرفه

در سنسور های نوری یک طرفه هر دو جزء فرستنده و گیرنده در یک بدنه قرار دارد. اگر نور ارسالی از فرستنده به جسم برخورد کرده و در ادامه به گیرنده برسد، آنگاه خروجی فعال میشود. از این سنسور ها در آشکارسازی اشیا و تشخیص پارگی و انحراف ورق استفاده می شود. سنسور های نوری یک طرفه بر اساس ارسال امواج مادون قرمز مدوله شده و دریافت بازتابش امواج از سطوح مختلف عمل می کنند.

عملکرد سنسورهای نوری یک طرفه

در این سنسورها، امواج مادون قرمز مدوله شده توسط فرستنده به صورت مستقیم در فضا پخش می شود. برخورد این امواج با یک مانع موجب انعکاس آن ها خواهد شد. مقدار این انعکاس به رنگ و جنس سطح مانع بستگی داشته و به صورت خط مستقیم نیست. به صورت کلی انعکاس سطوح روشن و صیقلی بیش از سطوح تیره و غیر صیقلی است. فاصله ی سوئیچینک این سنسور ها به میزان انعکاس نور بستگی دارد. با قرار گرفتن مانع در مقابل سنسور، امواج انعکاس یافته به گیرنده ی سنسور منتقل می شود. به این ترتیب خروجی سنسور تغییر حالت خواهد داد. سیگنال دریافتی این سنسور ضعیف بوده و بهترین عملکرد آن در فاصله ی 2 متری است. قابل ذکر است که این عملکرد در صورت انعکاس جسم تا 3.5 متر افزایش می یابد. تصویر زیر نمونه ایی از سنسور های نوری یک طرفه را نشان می دهد.

در این سنسور به منظور داشتن خروجی دیجیتال از یک مدار مقایسه کننده استفاده شده است. برخی از ویژگی های سنسور های نوری یک طرفه عبارت است از:

در مقابل اشیاء شفاف عمل نمی کنند.
در مقابل اجسام آینه ای دچار خطا می شوند.
به دو صورت عدسی دار و بی عدسی ساخته می شوند. نوع بدون عدسی موجب کاهش خطا در اجسام صیقای می شود. قابل ذکر است که در این نوع، دامنه ی تشخیص نیز کاهش می یابد.

در حالت کلی این سنسورها به دو نوع زیر تقسیم بندی می شوند:

نرمال باز: در حالت عادی مانعی در مقابل سنسور قرار نداشته و نور ارسال شده توسط فرستنده به گیرنده نمی رسد. به این ترتیب خروجی سنسور غیر فعال و در اصطلاح Light ON است. اگر در اثر وجود مانع در مقابل سنسور، امواج مادون قرمز به گیرنده برسند آنگاه خروجی از حالت غیر فعال به حالت فعال تغییر می کند.

نرمال بسته: در حالت عادی مانعی در مقابل سنسور وجود نداشته و نور ارسال شده توسط فرستنده به گیرنده نمی رسد. به این ترتیب خروجی سنسور فعال و در اصطلاح Dark ON نامیده می شود. اگر در اثر وجود مانع در مقابل سنسور، امواج مادون قرمز به گیرنده برسند آنگاه خروجی از حالت فعال به غیرفعال تغییر خواهد کرد.

سنسورهای رفلکتوری یا Reflex

در سنسور های Reflex نور ارسالی از فرستنده، پس از برخورد به رفلکتور توسط گیرنده دریافت می گردد. اگر جسمی میان سنسور و رفلکتور قرار گیرد آنگاه خروجی سنسور تغییر می کند. به عبارت دیگر عمل سوییچ، زمانی که جسم مابین سنسور و رفلکتور قرار گیرد، انجام می شود. رنج عملکرد این سنسورها 55 متر است. تصویر زیر نمونه ایی از سنسور رفلکتوری را نمایش می دهد. نحوه ی عملکرد این سنسور به این صورت است که امواج مادون قرمز به صورت پلاریزه شده در فضا پخش می شوند. یک منعکس کننده در جلوی سنسور در فاصله ی معینی قرار می گیرد. امواج ارسال شده پس از برخورد به این منعکس کننده با زاویه ی 90 درجه نسبت به امواج پخش شده، به طرف گیرنده بر می گردد.

برخی از کاربردهای این سنسور عبارت اند از:

کنترل سطح مخازن

شمارش بطری های تولید شده

تشخیص پارگی یا کنترل حرکت ورق

لوازم جانبی سنسورهای نوری یا Photoelectric Sensor Accessories

برخی از رفلکتورهای قابل استفاده در سنسورهای نوری در تصویر زیر نمایش داده شده اند.

سنسورهای دو طرفه یا روش نقطه ی متقابل یا Through-Beam

سنسور نوری دوطرفه یکی از پرکاربرد ترین سنسورهای مورد استفاده در صنایع و سیستم های کنترل آنالوگ و دیجیتال است. این سنسور از یک فرستنده و یک گیرنده ی مستقل تشکیل شده که به صورت مجزا و مقابل یکدیگر متصل می شوند. عملکرد آن ها بر اساس ارسال امواج مادون قرمز مدوله شده از فرستنده و دریافت این امواج توسط گیرنده می باشد.

در صورت ارسال یک اشعه میان فرستنده و گیرنده، قرار گرفتن یک مانع در مسیر اشعه موجب فعال شدن سیگنال آلارم خواهد شد. از این ویژگی می توان جهت تشخیص وجود موانع، اشیا، شمارش محصولات، کنترل خط تولید و غیره استفاده نمود. برخی از ویژگی های سنسور نوری Through-Beam که انتخاب آن را در اولیت قرار می دهد عبارت اند از:

فاصله ی تشخیص بالا
مصرف توان پایین
نویز پذیری حداقل
مجهز بودن به پارامترها و ویژگی های مختلف جهت استفاده ی آسان تر در محیط های مختلف
قابلیت کار در محیط های با دمای بالا

از سنسورهای نوری Through-Beam در محیط های زیر استفاده می شود:

محیط هایی که فاصله ی زیادی تحت کنترل باشد مانند درب پارکینگ ها، گاراژها، کارواش ها و غیره
محیط هایی که حضور فیزیکی در آن ها به دلیل شرایط دمایی نامناسب ممکن نیست، مانند کارخانجات و صنایعی که در دمای بالای 50 درجه فعالیت می کنند
محیط هایی که نیاز به عملیات هم زمان چند سنسور، بدون تداخل روی عملکرد یکدیگر دارند مانند گیت های کنترل تردد، درب های آسانسور و غیره
محیط هایی که از لحاظ شرایط محیطی آلودگی هوا در آنها زیاد است مانند کارخانجات مواد شیمیایی، قرارداشتن چند عدد شیشه بین فرستنده و گیرنده و غیره
محیط هایی که حضور فیزیکی فرد خطرآفرین بوده و یا به علت ازدحام جمعیت ممکن نیست مانند ورودی درب اتوبوس ها و متروها، اعلام زمان ورود مترو یا اتوبوس به ایستگاه، درب آسانسورها، ورودی مراکز تجاری و مغازه ها، ورودی پله برقی‌ها و غیره

قابل ذکر است که در سنسورهای مجاورتی، عموما از پرتو فروسرخ مرئی و فروسرخ نامرئی استفاده می شود. استفاده از مدولاسیون های پالس و فیلترهای پلاریزه موجب پیشگیری از تحریک سنسور با نورهای ناخواسته می شود. برخی از این سنسورهای نوری مجهز به رله ی داخلی نبوده و باید از رله خارجی استفاده شود. این سنسور ها در دو مدل نرمال باز و نرمال بسته وجود دارند.

سنسورهای نوری سطح مایعات

این سنسور ها بر اساس انتشار نور و دریافت امواج شکست یافته از نوک منشوری شکل سنسور عمل می کنند. هنگامی که نوک سنسور در تماس با سطح مایعات قرار گیرد، زاویه ی شکست امواج، تغییر یافته و به گیرنده نمی رسد. در نتیجه خروجی سنسور تغییر خواهد کرد. جنس بدنه ی این سنسورها از فولاد ضد زنگ و جسن پروب آن ها از اکرولیک است. سنسور نوری سطح مایعات عموما در مقابل مایعات مختلف مانند اسید ها بسیار مقاوم است.

تصویر زیر نحوه ی عملکرد این سنسور ها را نشان می دهد.

در تصویر زیر نحوه ی نصب این سنسور را مشاهده می کنید.

سنسورهای جاروب یا اسکنرهای سطح : Area Sensor

این سنسورها با ایجاد یک سطح نوری دو بعدی، توانایی آشکارسازی و اندازه گیری ابعاد اجسام را دارند.

برخی از کاربردهای این سنسور عبارت اند از:

اندازه گیری میزان انحنای رول

جداسازی کارتن ها با ارتفاع مختلف با استفاده از اندازه گیری ارتفاع

جدول زیر مشخصات سنسور های سطح را نشان می دهد.

	سری DS1	سری DS3
فاصله ی عملکرد	برد کوتاه 0.15 … 0.85 m برد بلند 0.8 … 2.1 m	برد کوتاه 0.2 … 0.6 m برد بلند 0.6 … 1.5 m
خروجی	دیجیتال PNP آنالوگ	دیجیتال PNP آنالوگ
رزولوشن (قطعه با حداقل ضخامت دید)	4 mm	با اشعه های موازی 6 mm با اشعه های منقطع 0.5 mm
ارتفاع دید	100 mm 150 mm 300 mm	150 mm 300 mm
زمان عکس العمل	1 … 2.75 ms	حداکثر 23 میلی ثانیه
کلاس حفاظتی	IP 65	IP 65
نور	مادون قرمز 880 nm	مادون قرمز 880 nm
دقت اندازه گیری	±3mm	دقت در اندازه گیری مطلق ±6 mm دقت در اندازه گیری نسبی ±3 mm
تنظیمات	بدون تنظیم	Teach in & Dip Switch

Safety Light Curtains

پرده های نوری حفاظتی در واقع همان اسکنر های سطح هستند. از این پرده ها معمولا جهت حفاظت دست و انگشتان در برابر دستگاه های اتوماتیک مانند پرس، استفاده می شود. برخی از ویژگی های پرده های نوری حفاظتی عبارت اند از:

شامل فرستنده و گیرنده ایی جدا از هم و با رزولوشن های مختلف 4, 20, 30, 40 میلی متر است.
رنج عملکرد آنها تا 20 m می باشد.

تصویر زیر نمونه ی استفاده از Safety Light Curtains را نشان می دهد.

تصویر زیر نمونه ی دیگری از Safety Light Curtain را نشان می دهد.

فتوالکتریک های حفاظتی

به منظور حفاظت از افراد هنگام ورود به محیط های خطرناک از فتوالکتریک های حفاظتی استفاده می شود. سنسور های یاد شده به صورت تک بیم با قابلیت تست خودکار است. در فتوالکتریک های حفاظتی، هر دو جزء فرستنده و گیرنده از یکدیگر جدا هستند.