Czujniki optyczne szczelinowe

Czujniki optyczne szczelinowe, nazywane również transoptorami szczelinowymi lub fotoprzerwaniami, wykrywają obecność, położenie albo ruch elementu bez kontaktu mechanicznego. Nadajnik i odbiornik są ustawione naprzeciw siebie po obu stronach szczeliny. Gdy przesłona, tarcza lub detal wejdzie w szczelinę, przerywa wiązkę i powoduje zmianę sygnału wyjściowego.

W typowej konstrukcji źródłem jest dioda podczerwieni, a detektorem fototranzystor, fotodioda lub układ z wyjściem logicznym. Geometria obudowy utrzymuje oba elementy we właściwym położeniu, co upraszcza projektowanie toru optycznego. Przy doborze trzeba uwzględnić nie tylko szerokość szczeliny, lecz także sposób montażu, rodzaj wyjścia, liczbę kanałów, czasy narastania i opadania sygnału oraz warunki środowiskowe.

Zastosowania czujników optycznych szczelinowych

Czujniki szczelinowe sprawdzają się w układach, w których obiekt może fizycznie przejść pomiędzy nadajnikiem a odbiornikiem. Najczęstsze zastosowania to:

• wykrywanie położenia krańcowego w drukarkach i mechanizmach podających,
• zliczanie detali na liniach produkcyjnych,
• kontrola obecności elementu w maszynach i automatach,
• odczyt tarcz szczelinowych w enkoderach i pomiar prędkości obrotowej,
• synchronizacja napędów, rolek, podajników i przenośników,
• detekcja otwarcia, położenia dźwigni lub ruchu małego mechanizmu.

Rozwiązanie bezstykowe ogranicza zużycie wynikające z przełączania mechanicznego. Czujnik może jednak wymagać ochrony przed pyłem, olejem lub przypadkowym przesunięciem elementów. Standardowego fotoprzerwania nie należy traktować jako elementu bezpieczeństwa maszyny, jeżeli producent nie przewidział i nie potwierdził takiego zastosowania.

Rodzaje i warianty czujników szczelinowych

Najprostsze modele mają wyjście fototranzystorowe, które wymaga odpowiedniego rezystora i interpretacji przez układ sterujący. Warianty fotodiodowe mogą być użyte tam, gdzie ważna jest szybkość, ale zwykle potrzebują dodatkowego toru wzmacniającego. Czujniki fotologiczne lub z wbudowanym buforem dostarczają bardziej bezpośredni sygnał cyfrowy; dostępne są również przemysłowe wykonania z wyjściem NPN lub PNP typu otwarty kolektor.

W zależności od konstrukcji można wybrać:

• elementy THT do montażu przewlekanego na płytce,
• kompaktowe modele SMD do montażu powierzchniowego,
• czujniki panelowe, zatrzaskowe lub w obudowie ze złączem,
• wykonania jedno- i wielokanałowe,
• warianty o różnych szerokościach szczeliny i położeniu osi optycznej.

Różne typy wyjść nie są zamienne bez sprawdzenia poziomów logicznych, polaryzacji, obciążalności i sposobu podłączenia. Oznaczenie rodziny produktu również nie przesądza o identycznym układzie wyprowadzeń.

Jak dobrać czujnik optyczny szczelinowy?

Punktem wyjścia powinna być geometria ruchomego elementu i wymagany sygnał dla sterownika. Należy porównać:

• szerokość szczeliny – musi zapewnić przejście przesłony z uwzględnieniem tolerancji i bicia mechanicznego;
• położenie osi optycznej i głębokość szczeliny – decydują o miejscu przecięcia wiązki;
• urządzenie wyjściowe – fototranzystor, fotodioda, układ fotologiczny, bufor, NPN albo PNP;
• czas narastania i opadania – powinien odpowiadać częstotliwości zdarzeń i wymaganej rozdzielczości;
• liczbę kanałów – ważną np. przy rozpoznawaniu kierunku lub wielu ścieżkach tarczy;
• typ montażu i obudowy – THT, SMD, panelowy, zatrzaskowy lub w gotowej obudowie;
• parametry elektryczne nadajnika i odbiornika – prąd diody, napięcia oraz sposób polaryzacji wyjścia;
• temperaturę roboczą – wraz z warunkami rzeczywistego montażu;
• odporność na światło zewnętrzne i zabrudzenie – ocenianą na podstawie danych producenta i konstrukcji osłony;
• wymagane kwalifikacje – np. AEC-Q101, jeśli projekt samochodowy tego wymaga.

Zbyt mała szczelina grozi kolizją, natomiast zbyt duża może utrudnić uzyskanie stabilnego przesłonięcia. Przy szybkich tarczach enkodera trzeba jednocześnie sprawdzić czas reakcji, szerokość impulsu i układ kondycjonowania sygnału. Przed zatwierdzeniem zamiennika warto porównać kartę katalogową, rozkład wyprowadzeń i charakterystyki przy zakładanym prądzie oraz temperaturze.

Czujniki optyczne szczelinowe w ofercie RS

Oferta RS obejmuje czujniki do automatyki, urządzeń elektronicznych, mechanizmów drukujących, pomiaru prędkości i prototypowania. Produkty można filtrować według marki, urządzenia wyjściowego, liczby kanałów, szerokości szczeliny, czasu narastania i opadania, typu montażu, obudowy, wymiarów oraz temperatury pracy. Dostępne są rozwiązania m.in. Optek,Omron, Vishay, Sharp i ROHM.

Jeżeli obiekt nie może wejść w szczelinę, warto porównać czujniki optyczne odbiciowe. Do budowy własnego toru optycznego mogą być potrzebne fotodiody albo fototranzystory, a pełny wybór elementów znajduje się w kategorii transoptory i fotodetektory. Ustal geometrię przesłony, typ sygnału i wymaganą szybkość, a następnie porównaj dane katalogowe dostępnych modeli.