Принцип действия и основные типы

Основные понятия и светотехнические величины

Оптоэлектрические преобразователи

Оптический бесконтактный датчик – это электронное устройство, которое обнаруживает контролируемый объект путем отражения или прерывания оптического излучения.

Функциональный резерв определяется как отношение светового потока, полученного приемником, к минимальному световому потоку, вызывающему срабатывание датчика. Функциональный резерв позволяет компенсировать ослабление сигнала в результате загрязнения оптики в окружающем пространстве.

Контрастность объекта определяется его собственным коэффициентом отражения и величиной отраженного света от окружающего фона.

Основные параметры электрических источников света: напряжение питания; номинальная мощность; световая отдача; пусковые и рабочие токи; номинальный световой поток; спад светового потока через заданное время эксплуатации; срок службы, а также габариты.

Световой поток ( люмен (лм))–световая энергия, излучаемая источником света в единицу времени в видимом диапазоне спектра, заключенная внутри телесного угла q, в вершине которого расположен точечный источник света силой J, и определяется по формуле Ф= J q.

Световая эффективность (световая отдача) (люмен на ватт (лм/Вт))– отношение светового потока к соответствующей потребляемой электрической мощности.

Сила света J (кд (кандела))–интенсивность светового потока, приходящаяся на единицу телесного угла в заданном направлении.

Кандела –это сила света, испускаемая с площади 1/600 000 м² сечения полного излучателя в перпендикулярном к этому сечению направлении при температуре излучателя, равной температуре затвердевания платины (2045 К), и давлении 101 325 Па.

Телесный угол в равен отношению площади поверхности о, вырезанной на сфере конусом с вершиной в точке S, к квадрату радиуса r. Если r = 1, то телесный угол численно равен площади поверхности, вырезанной конусом на сфере единичного радиуса. Единицей телесного угла служит стерадиан (ср).

Освещение рабочей поверхности будет тем лучше, чем больший световой поток приходится на эту поверхность. Степень освещения поверхности, т. е. плотность светового потока на освещаемую поверхность, характеризуется освещенностью Е, которая измеряется в люксах (лк). При освещении рабочей поверхности в ней выделяются светлые и темные детали, различающиеся своей яркостью I, которая зависит не только от освещенности, но и от отражающих свойств поверхности. Яркость равна отношению силы света к площади проекции отражающего (излучающего) тела в заданном направлении; измеряется в канделах на метр квадратный (кд/м²).

Разные типы ламп имеют разную световую отдачу, определяющую эффективность преобразования электрической энергии в свет. Лампы, дающие белый свет, представляющий собой смесь разных излучений, могут иметь разный спектр: линейчатый, полосатый, сплошной. В зависимости от спектра световая отдача может быть разной. Максимально возможная отдача равна 683 лм/Вт и теоретически может существовать только у монохромного источника, преобразующего энергию в свет без потерь. Теоретический предел для белого света около 250 лм/Вт.

Световой поток лампы уменьшается в процессе работы. Предел падения светового потока определяет полезный срок службы. Важнейший эксплуатационный параметр ламп – полный срок службы (пока не перегорит). Современные источники света сильно отличаются по сроку службы. Наивысшее значение этого показателя у светодиодов. Их полный срок службы в 100 раз превышает срок службы лампы накаливания.

Лампы накаливания имеют сплошной спектр с максимумом в инфракрасной области, который плавно спадает с уменьшением длины волны. Спектральное распределение энергии лампы накаливания в видимом диапазоне частично зависит от номинальной мощности.

Принцип действия и конструкция. Оптический датчик состоят из 2 функционально законченных узлов – источника излучения и приемника этого излучения (рис 5.70). Источник оптического излучения (излучатель) и приемник могут быть выполнены в одном корпусе или в разных корпусах и имеет полупроводниковый или релейный коммутационный элемент на выходе.

Рис. 5.70. Оптический датчик

Датчики классифицируются на три группы:

тип Т – барьерный (рис. 5.71);

тип R – ретрорефлекторный (рис. 5.72);

тип D – прямого действия, диффузионный (рис. 5.73).

Датчик типа Т состоит из отдельных излучателя и приемника, установленных на одной оси. Датчик срабатывает на прерывание луча контролируемым предметом.

Излучатель Приемник
Рис. 5.71. Оптический датчик типа Т

Особенности:

– обнаружение непрозрачных и зеркальных объектов;

– дальность действия до 100 метров.

Излучатель и приемник имеют разные обозначения и заказываются как разные изделия.

Излучатель/ Отражатель Приемник
Рис. 5.72. Оптический датчик типа R

Датчик типа R состоит из излучателя и приемника, установленных в одном корпусе. Луч излучателя отражается световозвращателя и попадает в приемник. Датчик срабатывает при прерывании луча контролируемым предметом. Датчик может иметь поляризационные фильтры для обнаружения объектов с зеркальной поверхностью.

Особенности:

– обнаружение непрозрачных объектов;

– обнаружение полупрозрачных объектов;

– дальность действия до 8 метров;

Датчик типа D состоит из излучателя и приемника, установленных в одном корпусе. Луч излучателя диффузно отражается от контролируемого объекта и попадает в приемник.

Рис. 5.73. Оптический датчик типа D

Датчик срабатывает при наличии контролируемого предмета в зоне действия датчика.

Особенности:

– дальность действия зависит от отражательных свойств объекта и при использовании стандартной мишени может достигать значения 2 метра;

– для объектов с различными характеристиками отражения дальность действия может быть определена при помощи поправочных коэффициентов.

Задержка включения/отключения – время, необходимое для срабатывания коммутационного элемента датчика после изменения положения контролируемого объекта.

Частота циклов оперирования – число циклов оперирования, производимых датчиком за единицу времени.

Допустимая освещенность окружающей среды – предельная освещенность, поступающая в приемник оптического датчика от внешних источников, при которой сохраняется работоспособность датчика.

Дата добавления: 2014-12-16