Введение
Датчики являются неотъемлемой частью любой системы автоматизации и позволяют обнаруживать наличие объектов. При рассмотрении фотоэлектрических датчиков существует три типа датчиков: сквозной луч, отражающий и рассеянный. Существует улучшенная версия датчиков диффузного режима, называемая «датчиками подавления фона». В этой статье мы поговорим о датчиках подавления фона и о том, как они работают.
Что такое датчик подавления фона?
Прежде чем говорить о подавлении фона, давайте освежим наши знания о фотоэлектрических датчиках в целом. Фотоэлектрические датчики используют оптические сигналы для обнаружения присутствия объекта. Существует три основных типа фотоэлектрических датчиков: сквозной луч (thru-beam), рефлекторный и диффузный.
Типы фотоэлектрических датчиков
Датчики на пересечение луча представляют собой простейшую форму фотоэлектрических датчиков. У них есть отдельный передатчик и приемник, расположенные друг напротив друга. Когда объект препятствует лазерному/световому лучу, отсутствие светового луча запускает приемник. Этот сигнал можно использовать для определения наличия объекта или его отсутствия.
В светоотражающих датчиках передатчик и приемник встроены в один блок. Поперек луча размещается специальный тип отражателя, который определенным образом отражает переданный луч обратно к передатчику. Когда объект помещается поперек луча, отраженный луч рассеивается, и количество отраженного света изменяется. Это позволяет датчику обнаруживать даже прозрачные объекты благодаря преломлению, присутствующему в самом объекте. Световозвращающие датчики полагаются на прерывание луча для обнаружения объекта.
Датчики диффузного отражения являются третьим типом фотоэлектрических датчиков. Они полагаются на сам объект, чтобы отразить световой луч обратно к датчику. По этой причине датчики диффузного отражения не нуждаются в отражателе.
Датчики стандартного рассеянного режима используют количество отраженного света для обнаружения объекта.
Проблема с отражением в диффузном режиме
Во многих случаях отражающие датчики диффузного режима предлагают вариант калибровки, при котором можно регулировать расстояние/диапазон срабатывания. Однако, поскольку датчик полагается на объект для отражения луча, любой блестящий объект на пути луча, кроме объекта, также может отражать луч. Это вызывает ложные срабатывания и может вызвать серьезные проблемы.
Например, датчик стандартного диффузного режима, настроенный на обнаружение отражающего объекта в пределах 15 дюймов, может ложно обнаружить другой объект с высокой отражающей способностью, который может находиться на расстоянии до 6 футов.
Датчик подавления фона
Датчики подавления фона помогают смягчить проблему, описанную выше. Это разновидность отражающего датчика диффузного режима, в котором используется «принцип триангуляции». В отличие от обычного датчика рассеянного света, который измеряет количество отраженного света, датчики подавления фона измеряют, под каким углом отраженный свет падает на датчик.
Принцип работы датчика подавления фона
Датчики подавления фона аналогичны датчикам диффузного режима. У них есть и излучатель, и приемник, встроенные в один и тот же корпус, и они полагаются на обнаруженный объект для отражения луча обратно.
Когда объект помещается перед датчиком подавления фона, луч отражается назад под углом. Этот угол меняется в зависимости от расстояния от датчика до объекта. Когда объект ближе, угол больше, чем когда он далеко.
Доступны два типа регулируемых датчиков: механические или электрические. В механическом типе датчик можно откалибровать с помощью винта, чтобы отрегулировать интересующую точку для обнаружения объекта. В моделях с электронной калибровкой датчик имеет кнопку для «запоминания» типа объекта и фона.
Как датчики подавления фона подавляют фон?
Датчики подавления фона имеют умный механизм для измерения относительного положения объекта по отношению к фону. Это делает этот тип датчика очень невосприимчивым к фону, который имеет такие же отражающие свойства, как и обнаруживаемый объект.
В отличие от датчиков с фиксированным фокусом или сенсоров с резкой отсечкой, которые вообще не учитывают фон, датчики с подавлением фона могут фактически отличить объект от аналогичного текстурированного цветного фона.
В датчике подавления фона есть один излучатель и несколько приемников, чувствительных к излучаемому свету. Это также может быть несколько областей одного и того же датчика с электронным подавлением фона.
Когда перед датчиком нет объекта, может быть два сценария.
- Испускаемый луч отражается фоном
- Испускаемый луч не отражается фоном
Если луч не отражается фоном, датчик делает вывод, что расстояние до объекта бесконечно, и не активирует свой выход. Если фон отражающий, отраженный луч падает на определенную область приемника (на верхнюю часть датчика на изображении выше).
Датчик откалиброван/настроен так, чтобы не учитывать эту область чувствительного элемента. Когда объект помещается перед датчиком, угол отраженного луча изменяется. Это приводит к тому, что луч попадает на другую часть датчика (или другой чувствительный элемент в некоторых моделях), которую датчик может распознать как обнаружение.
На приведенном выше рисунке обратите внимание, как ближайшее положение к датчику вызывает наибольший угол в отраженном луче. Угол уменьшается по мере удаления объекта от датчика.
Сравнение механического подавления фона и электронного подавления фона
Для оптимизации стоимости и производительности существует два типа датчиков подавления фона — механические и электронные. Электронный тип имеет один большой датчик, в котором выполняется программная обработка для установки и определения области обнаружения объекта. Это достигается с помощью специального датчика, называемого позиционно-чувствительным устройством (PSD). Программная обработка сигнала позволяет выполнять дополнительную фильтрацию сигнала для уменьшения артефактов от сильных вибраций. Это одно из преимуществ электронных датчиков BGS.
В механических типах есть два или более чувствительных элемента для обеспечения более высокой точности, лучших оптических характеристик и более резкого диапазона отсечки при температурной стабильности. Также имеется оптическая система, позволяющая выполнять точную настройку, что увеличивает размер сенсорного блока.
Заключение
В этой статье мы обсудили датчики подавления фона. Эти датчики очень полезны при обнаружении отражающих материалов, размещенных на фоне аналогичного цвета/текстуры. Pepperl + Fuchs является одним из ведущих производителей фотоэлектрических датчиков диффузного режима с подавлением фона.
