УСТРОЙСТВО ОПТИЧЕСКОГО ДАТЧИКА

Принцип работы оптического датчика (ОД) основан на контроле изменения интенсивности светового потока, излучаемого передатчиком. Тип зоны, контролируемый таким прибором – линейный, диапазон частот – инфракрасный (ИК).

Теоретически можно работать в любой части оптического спектра, но в ИК области уровень фоновых помех ниже, следовательно при небольших мощностях сигнала можно получить высокую достоверность обнаружения.

Существуют еще лазерные детекторы, но они дороже. В целом, принцип действия для всех типов оптических датчиков схож.

Контроль объектов осуществляется двумя основными способами:

• при пересечении луча, как следствие ослаблении его интенсивности на приемной части вплоть до нуля (рис.1);
• при отражении излучения от объекта и облучении им приемника (рис.2).

В первом случае возможны два варианта организации контроля:

1. С использованием двухпозиционных датчиков (приемник и передатчик размещены в отдельных корпусах и размещены друг напротив друга).

2. Применение однокорпусного приемопередатчика. В этом случае напротив корпуса датчика (излучателя) устанавливается специальный отражатель, который возвращает излучение на приемник.

В каждом случае событие регистрируется при пересечении объектом инфракрасного барьера. Я говорю об инфракрасных оптических датчиках поскольку они для "бытовых" нужд используются чаще всего.

При использовании отраженного луча значение имеет материал контролируемого объекта с точки зрения коэффициента поглощения излучения в рабочем диапазоне устройства.

Отсюда же вытекает ограничение на использование всех типов ОД в условиях недостаточной оптической прозрачности среды, например, пыльных помещениях.

ВИДЫ И ТИПЫ ОПТИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ

В зависимости от типа и конструктивного исполнения ОД могут применяться в системах:

• автоматизированного управления;
• охранно пожарной сигнализации;
• контроля и управления доступом.

В первом случае основной задачей является определение перемещения или положения предмета.

Если говорить про однолучевое исполнение, то при этом можно зафиксировать только факт появления объекта в зоне контроля. Причем точность такого позиционирования зависит от ширины (угла раскрыва) луча в рабочей зоне.

Косвенно определяется и факт перемещения (по появлению и исчезновению предмета в рабочей зоне). При этом направление перемещения определить невозможно. Для этих целей нужны, минимум, двухлучевые датчики с независимыми приемниками, работающими на прием каждым "своего" луча.

Такие технические решения применяются для детекции прямолинейных перемещений, или траекторий, спроецированных на плоскость. Плоскость перемещения или проекции в идеале должна быть перпендикулярна оптической оси датчика.

Классический вариант использования – контроль продукции на конвейере.

Если говорить про выбор конструктивного исполнения, то устройства, отслеживающие пересечение луча, предпочтительней по нескольким причинам:

• они стабильней в работе;
• при прочих равных условиях обеспечивают бо́льшие дальности обнаружения.

К вопросу о расстояниях. Оптические датчики способны работать на дистанциях до десятков метров. Правда, чем больше расстояние – тем ниже точность позиционирования и больше минимальный размер контролируемого объекта.

Но, как правило, для средств автоматики достаточно бывает расстояний до 1-2 метров.

Если условия эксплуатации не позволяют установить двухблочное оборудование, то применяют датчик, контролирующий отражение оптического излучения непосредственно от наблюдаемого предмета.

В этом случае возникают некоторые сложности:

• регулировка чувствительности в зависимости от коэффициента отражения луча от предмета;
• дальность действия относительно невелика и зависит от упомянутого выше коэффициента.

ПРИМЕНЕНИЕ ОПТИКО ЭЛЕКТРОННЫХ ДАТЧИКОВ

Кстати, использование дополнительного названия "электронный" к рассматриваемым типам датчиков вполне оправдано.

Помимо оптической система (излучатель, приемник) они имеют электронную схему обработки сигнала и для систем сигнализации используется термин оптико электронные.

Области применения в системах ОПС таких устройств разнообразны. Это датчики:

• движения для охранной сигнализации;
• дыма и пламени для пожарных систем.

Если до сих пор мы говорили про устройства, имеющие в своем составе приемник и передатчик и формирующие лучевой барьер – линейные датчики, то в системах охранной сигнализации широко используется объемный принцип обнаружения.

Между прочим, то что было выше указано как недостаток – поглощение или рассеивание инфракрасного излучения в определенных условиях в пожарной сигнализации работает на благо.

Это касается обнаружения дыма как одного из факторов, сопутствующих возгоранию.

Что касается систем контроля доступа (СКУД), то здесь оптические датчики используются как средства обнаружения прохода. Нужно это для того, чтобы реализовать опции контроля нахождения людей в конкретном помещении или зоне контроля, например, для учета рабочего времени.

Несколько общих замечаний по выбору и условиям эксплуатации оптико электронных устройств.

Во-первых, обращать внимание на степень пыле- влаго- защиты и температурный диапазон эксплуатации. Это достаточно очевидно.

Но какая бы степень защиты не была, нельзя забывать, что загрязнение излучателей и приемников приводит к ослаблению уровня излучения, соответственно может нарушить работу датчика.

Во-вторых, существуют различные конструктивные исполнения: накладные, врезные, на кронштейнах. Выбор любого из них определяется конкретными условиями применения.

Но следует помнить, что линейные оптические датчики нуждаются в юстировке – совмещении оптических осей в направлении передачи и приема.

Поэтому при установке нужно предусмотреть:

• удобство такой настройки;
• надежную фиксацию датчиков в рабочем положении.