سنسور نوری

سنسور نوری

سنسور نوری از المان­ های تشعشع کننده نور با نام فرستنده (Emitter) و گیرنده این امواج (Receiver) تشکیل شده است.

امواج نوری انتشار یافته توسط فرستنده، به­ طور مستقیم یا غیرمستقیم توسط گیرنده دریافت شده و پس از تقویت در خروجی ظاهر می ­شود.

 

 

امواج در سنسورهای نوری به صورت­ مرئی(قرمز)، نامرئی(مادون­ قرمز) و یا لیزری مورد استفاده قرار می­ گیرند.

انواع سنسور نوری

• سنسور نوری یک­طرفه
• سنسور نوری دو طرفه
• سنسور نوری رفلکتوری
• سنسور نوری رفلکتوری پلاریزه
• سنسور نوری با اثر حذف زمینه
• سنسور نوری کنتراست یا کد رنگ
• سنسورهای نوری فیبر نوری

سنسور نوری در انواع مختلف تولید می شود که در زیر به بررسی هر کدام از سنسورهای نوری فوق خواهیم پرداخت :

سنسور نوری یک­طرفه

(Opto-Electronic Diffuse Sensor)

 

 

در این نوع از سنسورهای نوری، فرستنده و گیرنده یک عدد سنسور می باشد، امواج نوری ساطع شده از سمت فرستنده در خط مستقیم و به­ موازات محور سنسور پخش می­ شود.

در صورت عدم قرارگیری جسم در مقابل این امواج، نوری به گیرنده نمی ­رسد و هنگامی که جسم در مسیر این امواج قرار گیرد امواج نوری منعکس شده و توسط گیرنده شناسایی می ­شود.

اگر شدت امواج منعکس شده به اندازه کافی باشد خروجی سنسور فعال شده و نشان خواهد داد که جسمی در مقابل سنسور نوری یکطرفه قرار گرفته است.

فاصله سوئیچینگ این نوع از سنسورهای نوری  شدیدا تابع رنگ جسم، شرایط سطح جسم (صیقلی ، ناهموار و …) و میزان انعکاس نور از سطح جسم می­ باشد.

سنسور نوری دوطرفه

(Opto-Electronic Through-Beam Sensor)

 

 

در سنسور نوری دوطرفه، یک عدد فرستنده و یک عدد گیرنده وجود دارد که موقعیت قرار گیری فرستنده و گیرنده نیز در مقابل یکدیگر است و زمانی که جسمی در مقابل این دو قرارگیرد تشخیص داده خواهد شد.

سنسور نوری رفلکتوری

(Opto-Electronic Reto-Reflective Sensor)

 

 

در این نوع از سنسور نوری رفلکتوری نیز، فرستنده و گیرنده یک عدد سنسور می باشد که امواج نوری فرستنده توسط یک عدد رفلکتور به گیرنده می ­رسد.

هرگاه جسمی مابین سنسور و رفلکتور قرار گیرد، سنسور وجود آن را حس خواهد کرد، سنسورهای نوری رفلکتوری در مقابل اجسام براق و آینه ایجاد خطار می نمایند.

سنسور نوری رفلکتوری پلاریزه

(Opto-Electronic Polarised Retro-Reflective Sensor)

 

 

این نوع از سنسورها مشابه سنسورهای نوری رفلکتوری عادی می­ باشند، با این تفاوت که در این نوع از سنسورهای نوری از فیلترهای پلاریزه کننده جهت رفع ایراد در هنگام حضور اجسام شفاف استفاده می­ شود.

سنسور نوری با اثر حذف زمینه

(Opto-Electronic Background Suppression Sensor)

 

 

در این نوع از سنسورهای نوری، فرستنده و گیرنده در یک بدنه قرار می­ گیرند، در برخی از مدل­ ها از دو گیرنده و در برخی دیگر ، از المان­ های نوری خطی استفاده شده است.

سنسورهای نوری با اثر حذف زمینه با تنظیم زمینه مجاز برای سنسور، هر جسمی که جلوتر از زمینه و در مقابل سنسور قرار گیرد آشکار خواهد شد.

(به عنوان مثال از این سنسورها در تشخیص شکلات­ های در حال حرکت بر روی نوار نقاله، که در آن نوار نقاله به عنوان زمینه برای سنسور تعریف می­ شود استفاده می ­شود).

از مزایای مهم این سنسورهای نوری می­ توان به مستقل بودن آن از رنگ و سطح جسم اشاره کرد و این ویژگی سبب برتری این نوع سنسور نسبت به سنسورهای نوری یک­طرفه شده است.

سنسور نوری کنتراست یا کد رنگ

(Opto-Electronic Contrast Sensor Or Color-Mask)

 

 

این سنسور، برای تشخیص علائم رنگی بر روی کاغذهای بسته­ بندی و یا هر زمینه دیگر ، به­ کار می­ رود و برخی از این سنسورهای نوری دارای خروجی آنالوگ نیز می ­باشند که می­ توان انحراف حرکت نوارها را با آن کنترل کرد.

سنسور نوری فیبر نوری

(Opto-Electronic Fibre-Optic Sensor)

 

 

در این نوع از سنسورهای نوری، فرستنده و گیرنده در یک بدنه قرار داده می ­شوند و سیگنال­ های فرستنده توسط کابل فیبر نوری به محل تشخیص هدایت می­ شود و سپس سیگنال انعکاسی نیز توسط کابل فیبر نوری دیگری به محل گیرنده منتقل می­ شود که از این سنسورها به صورت­ های یک­طرفه و دوطرفه می­ توان استفاده کرد.

قطعه استاندارد

فواصل سوئیچینگ سنسورهای نوری توسط اندازه­ گیری با قطعه استاندارد درج شده است که قطعه استاندارد برای سنسورهای نوری مختلف متفاوت بوده و به شرح زیر می ­باشد :

• قطعه استاندارد برای سنسورهای نوری یک­طرفه :

عبارت ­است از یک قطعه کاغذ سفید با میزان انعکاس 90% که ابعاد این قطعه برای سنسورهای نوری با برد تا 40cm برابر است با 100×100mm.

برای سنسورهای با برد بیشتر، از کاغذهایی با ابعاد 200×200mm استفاده ه می شود، برای مقایسه فاصله سوئیچینگ سنسورها نسبت به رنگ قطعه از کاغذهایی با ابعاد اشاره شده اما به رنگ سیاه و میزان انعکاس 9%  و 18% استفاده می شود.

از این کاغذها برای سنسورهای Background Suppression نیز استفاده می ­شود.

• قطعه استاندارد برای سنسورهای رفلکتوری معمولی و پلاریزه :

قطعه استاندارد، رفلکتور مدل FR-110 می­ باشد.

•  سنسورهای نوری دو­طرفه :

در این نوع از سنسورها، فاصله سوئیچینگ با کمک فرستنده مناسب برای گیرنده، اندازه ­گیری می­شود.

ضریب تقویت اضافی Excess Gain(E_G)

بیانگر نسبت سیگنال دریافت شده (درفاصله معین) به سیگنال لازم جهت تریگر کردن سنسور می ­باشد.

معمولا عمل سوئیچینگ سنسور در E_G=1 انجام می ­گیرد، اما در برخی مدل­ها که به دلیل مسائل فنی این عمل ممکن است در E_G>1 انجام می ­گیرد.

• فاصله عملکرد Operating Distance (S)

هر گاه از قطعه استاندارد استفاده کنیم ، فاصله عملکرد سنسور که در نقطه­E_G=1 است ، اتفاق می­ افتد. اما این نقطه فقط برای سنسورهای یک­طرفه صدق می کند و برای سنسورهای نوری دوطرفه و رفلکتوری با توجه به شرایط محیطی از قبیل گرد و غبار ، شدت نور محیط و… ، این فواصل عملا در E_G>1 رخ می­ دهد.

• منطقه کور Blind Zone

تمامی سنسورهای نوری دارای منطقه کور در نزدیکی لنز سنسور می­ باشند. در این منطقه E_G<1 می­ باشد.

اگر از قطعه ه­ای غیر از قطعه استاندارد استفاده کنیم و یا فاصله عملکرد سنسور را توسط پتانسیومتر تغییر دهیم ، اندازه منطقه کور تغییر خواهد کرد.

• فاصله عملکرد نامی Nominal Sensing Distance(S_n)

عبارت است از مقدار معمول S بدون تنظیم حساسیت سنسور. S_n شامل تغییرات دما و ولتاژ نمی­ شود  و همچنین تلرانس 10% برای این مقدار همیشه باید در نظر گرفته شود.

• رنج تشخیص Detection Range(S_d)

عبارت است از محدوده قابل تغییر فاصله عملکرد سنسور ،زمانی که این فاصله توسط پتانسیومتر تغییر پیدا می­ کند.

(مثال : 1…10cm). حداکثر مقدار این رنج  S_n و حداقل آن نیز در صورت اشاره نشدن ، مقدار صفر خواهد بود.

• فاصله عملکرد مفید Effective Operating Distance (S_r)

عبارت است از فاصله عملکرد سنسور تحت شرایط نامی تغذیه و دمای محیط (23°C  ± 5%) که به صورت درصدی از S_n بیان می ­شود، S_r برای برخی از سنسورها به صورت زیر می­ باشد:

سنسور نوری یک­طرفه (برخی مدل­ها)	(EG=1)  0.9Sn < Sr <1.33Sn
سنسور نوری یک­طرفه (برخی مدل­ها)	(EG=1.5)  0.9Sn < Sr <1.33Sn
سنسور نوری رفلکتوری	(EG=1.5)  0.9Sn < Sr <1.5Sn
سنسور نوری دو­طرفه	(EG=1)  0.9Sn < Sr <2Sn

• فاصله سوئیچینگ قابل استفاده Usable Operating Distance (S_u)

عبارت ­است از رنج عملکرد سنسور به ازای حرارت ثابت و تحت ولتاژ تغذیه 85% الی 110% مقدار نامی.

S_u معمولا 90% الی 110% مقدار S_r می ­باشد و حداقل مقدار S_u نیز برابر 0.85×S_n خواهد بود.

• فاصله عملکرد تضمین شده Assured Operating Distance (S_a)

فاصله عملکرد سنسور به ازای تمام شرایط محیطی را فاصله عملکرد تضمین ­شده گویند. در صورت در نظر نگرفتن منطقه کور سنسور ، عملکرد تضمین­ شده مابین 0 الی 0.81S­_n می ­باشد.

• دقت تکرار Repeat Accuracy(R)

دقت تکرار بیانگر این است که تحت شرایط دمای محیط ثابت (23°C ±5%) ، رطوبت معین و ولتاژ تغذیه تقریبا ثابت (حداکثر تغییرات ولتاژ تغذیه ±5%) ، درصد تغییرات به هیچ عنوان از مقدار مجاز ، تجاوز نخواهد کرد.

مقدار معمول دقت تکرار در صورت اشاره نشدن به مقدار دقیق آن ، کوچکتر از 0.1S_n می ­باشد. این مقدار برای سنسورهای یکطرفه تعریف شده است و برای سنسورهای نوری رفلکتوری و دوطرفه ، در صورت عدم قرارگیری جسم یا قطعه به‌صورت عمود در مقابل سنسور، این مقدار دلالت نمی کند.

هیسترزیس Hystersis:Travel Distance (H)

معمولا بر حسب درصدی از S_r می ­باشد و بیان کننده فاصله مکانی بین نقطه وصل و قطع سنسور می ­باشد .

حفاظت سنسورها Protections

تمامی سنسورهای نوری ساخت فرانگار تبریز تحت موارد زیر حفاظت شده می ­باشند:

• اتصال معکوس تغذیه سنسور
• اضافه بار
• قطع و وصل بارهای سلفی
• اتصال کوتاه بار

ولتاژ تغذیه نامی (V_S)

بیان کننده ولتاژ نامی تغذیه اعمالی به سنسور می ­باشد. شرکت فرانگار تبریز ، عملکرد صحیح سنسورهای نوری را در رنج تغذیه 0.85V_s<V<1.1V­s را تضمین می ­کند.

توابع سنسورهای نوری

در سنسور القایی توابع توسط عبارت­ های N.O(نرمال باز) و N.C(نرمال بسته) نشان داده شدند، اما در مورد سنسورهای نوری این توابع توسط عبارات “Light On” و “Dark On” نشان داده می ­شوند.

• Light-On : خروجی سنسور فقط در صورت رسیدن نور، فعال خواهد شد.
• Dark-On : خروجی سنسور در حالتی که نوری به آن نمی ­رسد، فعال می ­باشد و در صورت رسیدن نور ، غیرفعال خواهد شد.

جدول زیر، رابطه بین ین عبارات را  برای انواع مختلف سنسورهای نوری را نشان می­ دهد:

	Light-On	Dark-On
سنسور نوری یکطرفه	N.O	N.C
سنسور نوری با حذف اثر زمینه	N.O	N.C
سنسور نوری رفلکتوری	N.C	N.O
سنسور نوری دوطرفه	N.C	N.O

خروجی سنسورهای نوری

سنسورهای نوری شرکت فرانگار تبریز، در انواع زیر ارائه می ­شوند:

نوع خروجی	تعداد سیمها	تابع خروجی
NPN	3-Wire	Dark-On OR Light-On
NPN	4-Wire	Dark-On +  Light-On
PNP	3-Wire	Dark-On OR Light-On
PNP	4-Wire	Dark-On + Light-On
AC	3-Wire	Dark-On OR Light-On

تنظیم سنسور نوری

تنظیمات سنسورهای نوری توسط یکی از سه روش زیر انجام می­ پذیرد:

•  بدون تنظیم
• تنظیم توسط پتانسیومتر
• تنظیم توسط دکمه Teach-In

سنسور نوری چیست ؟

سنسور نوری از المان­ های تشعشع کننده نور با نام فرستنده (Emitter) و گیرنده این امواج (Receiver) تشکیل شده است.