روش های تشخیص نوع سنسور نوری

در کاتالوگ سنسورهای نوری از نمادهای متفاوتی جهت مشخص کردن نوع عملکرد آن ها استفاده می شود. این نمادها تاحد زیادی به نوع سنسور، روش تشخیص، خروجی و متعلقات آن ها اشاره می کند. در تصویر زیر برخی از نمادهای مربوط به سنسورهای نوری را مشاهده می کنید.

روش های تشخیص دادن یا Scan Techniques

سنسورهای نورانی از روش های مختلفی برای تشخیص اهداف یا اجسام استفاده می کنند. روش تشخیص سنسورهای نوری اصطلاحا اسکن تکنیک یا Scan Technique نام دارد. انتخاب روش تشخیص سنسور به محل نصب و نوع هدف آن بستگی دارد. برای انتخاب سنسور مناسب باید موارد زیر را در نظر بگیرید:

• نوع: برخی از اجسام به شکل کدر و برخی بسیار منعکس کننده هستند.
• رنگ: تشخیص رنگ در برخی از صنایع بسیار مهم است.
• فاصله: فاصله ی اندازه گیری یک عامل مهم در انتخاب روش تشخیص است. برخی روش های تشخیص مناسب فاصله های دور و برخی مناسب برای فاصله های نزدیک هستند.

سنسور نوری دارای دو بخش ارسال کننده یا امیتر و گیرنده یا رسیور است. پرتوی نور در سنسورهای نوری از Emitter خارج شده و توسط receiver دریافت می شود. نحوه ی ارسال و دریافت نور درسنسورها به شکل های مختلفی انجام می شود. برخی از سنسورها نیاز به رفلکتور یا منعکس کننده داشته و برخی به تنهایی کار می کنند. با توجه به مکانیزم ارسال و دریافت نور می توان سنسورهای نورانی را به گروه های زیر تقسیم کرد:

1. Through-beam photoelectric sensor
2. Retroreflective photoelectric sensor
3. Diffused photoelectric sensor

تصویر زیر شماتیکی از انواع سنسورهای نوری است.

روش اول) تشخیص پرتویی دوطرفه یا Through-Beam

در این نوع سنسورها برد فرستنده و گیرنده در دو قاب مجزا قرار گرفته است. این دو قسمت به گونه ای روبه روی هم تراز شده که حداکثر میزان نور تولید شده توسط فرستنده به گیرنده برخورد کند. جهت عملکرد صحیح این سنسور باید فرستنده یا emitter و گیرنده یا receiver در یک راستا قرار گیرند. قرار گیری جسم هدف در امتداد نور میان فرستنده و گیرنده باعث قطع ارتباط بین آن ها می شود. در این حالت جسم توسط سنسور تشخیص داده شده و خروجی آن تغییر می کند. وضعیت سنسور در صورت کنار رفتن هدف از مقابل پرتو مجدد به حالت عادی باز می گردد.

در نظر داشته باشید که لرزش در سنسورهای پرتویی باعث غیر همتراز شدن دو بخش فرستنده و گیرنده می شود. در ضمن سنسور پرتویی برای تشخیص اجسام کدر و یا منعکس بوده و قادر به تشخیص اجسام شفاف نیست. بیشترین برد دید این نوع سنسور ها 300 فوت یا 91 متر است. با نصب صحیح این سنسورها می توان اهداف را در فاصله ی دور به خوبی تشخیص داد.

انیمیشن زیر نحوه ی عملکرد یک Through-beam photoelectric sensor را نمایش می دهد.

محدوده ی پرتوی موثر سنسورهای دوطرفه پرتویی

پرتوی موثر یک سنسور نوری همان محدوده ای از قطر پرتو است که هدف در آن تشخیص داده می شود. پرتوی مؤثر در یک سنسور دوطرفه تابشی معادل با قطر لنزهای گیرنده و فرستنده است. به عبارت دیگر منظور از پرتوی موثر، فضای مابین لنزهای گیرنده و فرستنده می باشد. حداقل اندازه ی هدف تشخیصی نباید کمتر از قطر لنزهای سنسور باشد. در این حالت ممکن است نور به صورت کامل قطع نشده و جسم هدف تشخیص داده نشود.

رنج تشخیص یا Detection range

حسگرهای فوتو الکتریکی Through-Beam نسبت به سنسورهای Retroreflective و  Diffused Photoelectric Sensors رنج تشخیص بزرگ تری دارند. جهت نور در این سنسورها ثابت بوده و همواره از سمت فرستنده به گیرنده است. حرکت نور در یک جهت باعث افزایش رنج تشخیص سنسورهای Through-Beam می شود. مقایسه ی رنج تشخیص سه نوع سنسور نوری را در تصویر زیر مشاهده می کنید.

برخی از معایب سنسور Through-Beam در مقایسه با سنسور های Diffused یا Retroreflective عبارت اند از:

• هزینه ی بیشتر: به دلیل وجود دو جزء جداگانه تحت عنوان emitter و Receiver و در نتیجه نیاز به دو پایه و دو کابل و غیره
• فضای مورد نیاز بیشتر برای نصب صحیح
• عدم تشخیص نسبتا خوب اجسام شفاف: به دلیل امکان رسیدن نور از طریق جسم به Receiver

معایب این سنسور مانند هزینه ی بالاتر و عدم تشخیص جسم شفاف در تصویر زیر نمایش داده شده است.

روش دوم) تشخیص بازتابی یا بازتابشی Reflective یا Retroreflective

سنسورهای بازتابی به صورت یکپارچه ساخته می شوند. به عبارت دیگر هر دو بخش emitter و receiver سنسورهای Retroreflective Photoelectric Sensors در یک دستگاه یا component قرار دارند. سنسورهای بازتابی به یک منعکس کننده یا رفلکتور نیاز دارند. نور تولید شده توسط فرستنده از سنسور خارج شده و به رفلکتور برخورد می کند. باز تاب نور از رفلکتور مجدد به سمت سنسور بازگشته و توسط Receiver دریافت می شود. منعکس کننده یا reflector در شکل های مختلف مانند دایره یا مربع ساخته شده و مقابل سنسور نصب می شود.

قرارگیری جسم هدف بین فرستنده و گیرنده باعث قطع پرتوهای نور می شود. در این حالت سنسور وجود جسم را تشخیص می دهد. وضعیت سنسور پس از عبور جسم و دریافت مجدد پرتوی نور به حالت عادی برمی گردد. بیشترین برد دید این نوع سنسور ها 35 فوت یا 10 متر است. در انیمیشن زیر نحوه ی عملکرد Retroreflective Photoelectric Sensors را مشاهده می کنید.

سنسور های Retroreflective دارای برد تشخیص کوتاه تری نسبت به سنسور های Through-Beam هستند. نور در این سنسور به صورت یک جهته نبوده و باید به رفلکتور برخورد کند. تابش نور و دریافت انعکاس آن باعث کاهش برد در این سنسورها می شود.

محدوده موثر سنسورهای بازتابشی

طبق تصویر می توان محدوده موثر دید سنسور را از لنز سنسور تا گوشه های منعکس کننده در نظر گرفت. کم ترین اندازه ی جسم هدف بهتر است برابر با اندازه ی منعکس کننده یا Reflector باشد.

منعکس کننده ها Reflectors

Reflector یا منعکس کننده معمولا با سنسور ارائه می شود. در صورت نیاز به نوع خاصی از رفلکتور می توانید آن را به صورت جداگانه تهیه کنید. برخی از ویژگی های رفلکتور عبارت اند از:

• اندازه: رفلکتورها در اندازه های متفاوتی تولید می شوند.
• شکل: رفلکتورها می توانند به صورت دایره، مربع یا نوار منعطف انتخاب شوند.
• فاصله ی اندازه گیری: این فاصله با توجه به انواع آینه یا رفلکتورها تغییر می کند.

بهتر است از رفلکتورهای نواری شکل با سنسورهای بازتابی قطبی شده یا Polarized استفاده نشود. تصویر زیر مربوط به سنسور نوری تحت عنوان Retroreflective Blue M18 NPN PNP Photoelectric Sensor With Reflector همراه با رفلکتور است.

تشخیص بازتابش با اجسام براق

سنسور های بازتابشی قادر به تشخیص اجسام براق نیستند. اجسام براق همانند رفلکتور عمل کرده و نور را به سمت گیرنده منعکس می کند. در این حالت سنسور قادر به تشخیص تفاوت میان نور بازگشتی از جسم براق یا رفلکتور نخواهد بود.

تشخیص بازتابش قطبی شده Polarized

بازتابش قطبی شده یکی از روش های تشخیص نور در سنسورها است. در این روش از فیلترهای قطبی کننده مقابل لنزهای emitter و receiver استفاده می شود. این فیلترها فقط پرتوی فرستنده را در یک سطح تصویر می کنند. به این نور اصطلاحا Polarized Light یا نور قطبی شده گفته می شود. رفلکتوری که در مقابل سنسور قرار می گیرد منجر به چرخش نور و بازتاب آن به سمت گرینده خواهد شد. فیلتر قطبی کننده ی موجود در مقابل گیرنده هنگام بازگشت نور، تنها به نورهای چرخیده شده اجازه عبور و رسیدن به receiver را می دهد. روش بازتاب قطبی شده در تشخیص اجسام براق بسیار بهتر از روش بازتابشی معمولی عمل می کنند.

روش سوم) تشخیص به روش پراکندگی Diffuse

این سنسورها مانند مدل های بازتابشی بوده و دارای یک قاب یا بدنه هستند. به عبارت دیگر هر دو بخش Emitter و receiver این سنسور در یک جزء قرار دارد. سنسورهای پراکندگی نیازی به رفلکتور ندارند. نور در این سنسور از سمت فرستنده ارسال شده و به جسم هدف برخورد می کند. برخورد نور با جسم هدف باعث پراکندگی آن در زوایای مختلف خواهد شد. دریافت نور پراکنده در سنسور به معنی تشخیص جسم هدف است. در نظر داشته باشید که نور پراکنده باید به اندازه ی کافی توسط receiver دریافت شود. عدم دریافت نور پراکنده توسط گیرنده به معنی عادی بودن سیستم یا عدم تشخیص اجسام است. جهت تشخیص اجسام در سنسورهای پراکندگی باید جسم هدف به شکل عمود بر راستای نور فرستنده قرار بگیرد. در این مدل باید گیرنده در زاویه ای محدود قرار گیرد تا بتواند نور پراکنده شده از سطح هدف را دریافت کند. خارج شدن گیرنده از زاویه ی مجاز باعث عدم دریافت نور کافی خواهد شد.

تصویر زیر نحوه ی عملکرد سنسور پراکندگی را نمایش می دهد.

ضرایب تصحیح روش پراکندگی

دامنه دید سنسورهای پراکندگی با استفاده از آزمایش کاغذ سفید کدر محاسبه می شود. مقادیر تصحیح درج شده در جدول زیر در سایر سطوح نیز به کار می رود. این مقادیر تنها برای مثال ذکر شده و برای عملکرد صحیح نیاز به آزمون و خطا دارد.

روش پراکندگی با پس زمینه بازدارنده (Background Suppression)

این روش برای تشخیص اهداف در فاصله معین استفاده می شود. این سنسور می تواند اشیا و اجسام خارج از محدوده را نادیده بگیرد. طبق تصویر این سنسور ها شامل یک Emitter و آشکار ساز موقعیت سنسور یا PSD است. نور بازتاب شده از جسم هدف به وسیله ی PSD با توجه به فاصله ی آن جذب می شود. همانطور که مشاهده می کنید با دور شدن جسم هدف، زاویه ی نور تابشی نیز کوچک تر می شود.

محدوده مؤثر روش پراکندگی

محدوده مؤثر در روش پراکندگی، برابر با اندازه هدفی است که در مقابل پرتو نور قرار می گیرد.

وضعیت های عملکردی در سنسور نورانی

در این سنسور ها می توان وضعیت عملکرد خروجی سنسور را تغییر داد. سنسورهای نورانی دارای دو وضعیت عملکردی Dark On و Light On هستند.

• عملکرد خاموش DO یا Dark On: قطع نور در این روش باعث فعال شدن خروجی سنسور می شود. به عبارت دیگر عدم دریافت نور توسط گیرنده به شکل On و دریافت آن به شکل Off خواهد بود. در تصویر سمت چپ ارتباط نوری بین گیرنده و فرستنده برقرار بوده و خروجی سنسور خاموش یا Deenergized می باشد. در تصویر سمت راست یک جسم بین فرستنده و گیرنده قرار گرفته و خروجی سنسور فعال یا Energized شده است.

• عملکرد روشن LO یا Light On : قطع نور در این روش باعث غیر فعال شدن خروجی سنسور می شود. به عبارت دیگر دریافت نور توسط گیرنده به شکل On و عدم دریافت آن به شکل Off خواهد بود. در تصویر سمت چپ ارتباط نوری بین گیرنده و فرستنده برقرار بوده و خروجی سنسور روشن یا Energized  است. در تصویر سمت راست یک جسم بین فرستنده و گیرنده قرار گرفته و خروجی سنسور خاموش یا Deenergized شده است.

انیمیشن زیر نحوه ی عملکرد دو مد کاری DO و LO را نشان می دهد.

جدول زیر بیان کننده ی رابطه ی میان وضعیت عملکرد و خروجی سنسورهای مختلف است.

Load status		Light Path	Operation Mode
Diffuse	Thru San and Retroreflective
Deenergized Energized	Energized Deenergized	Not Blocked Blocked	Light Operate (LO)
Energized Deenergized	Deenergized Energized	Not Blocked Blocked	Dark Operate (DO)

برخی از سنسورها دارای یک سلکتور سوئیچ برای انتخاب وضعیت کاری LO یا DO را دارند. با این سلکتور سوئیچ می توانید به سادگی وضعیت کاری سنسور را انتخاب کنید.

این وب سایت دارای مجوز از وزارت فرهنگ و ارشاد اسلامی بوده و هر گونه کپی و نسخه برداری و انتشار مجدد اطلاعات آن غیرمجاز است. لطفا در صورت مشاهده هرگونه سوء استفاده ما را مطلع کنید.