Введение

Датчики являются неотъемлемой частью любой системы автоматизации, позволяющей определять наличие объектов. Если рассматривать фотоэлектрические датчики, то они бывают трех типов: с поперечным лучом, отражающие и диффузные. Существует улучшенная версия датчиков диффузного режима, называемая "датчиками подавления фона". В этой статье мы расскажем 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: со сквозным лучом (thru-beam), со светоотражающим и диффузным режимом.

Типы фотоэлектрических датчиков

Датчики со сквозным лучом - это простейшая разновидность фотоэлектрических датчиков. Они имеют отдельный передатчик и приемник, расположенные друг напротив друга. Когда объект загораживает лазерный/световой луч, отсутствие светового луча вызывает срабатывание приемника. Этот сигнал может быть использован для определения наличия или отсутствия объекта.

В ретроотражательных датчиках передатчик и приемник встроены в один блок. Поперек луча устанавливается специальный отражатель, который отражает передаваемый луч определенным образом обратно к передатчику. Когда поперек луча помещается объект, отраженный луч рассеивается, и количество отраженного света изменяется. Это позволяет датчику обнаруживать даже прозрачные объекты благодаря преломлению света, присутствующему в самом объекте. Для обнаружения объекта светоотражающие датчики полагаются на прерывание луча.

Диффузно-отражательные датчики - это третий тип фотоэлектрических датчиков. Они полагаются на сам объект для отражения светового луча обратно к датчику. По этой причине диффузно-отражательные датчики не нуждаются в отражателе.

Стандартные датчики диффузного режима используют количество отраженного света для обнаружения объекта.

Проблема с отражением в режиме Diffuse

Во многих случаях отражающие датчики диффузного режима предлагают возможность калибровки, при которой можно настроить расстояние/диапазон срабатывания. Однако, поскольку датчик зависит от объекта, отражающего луч, любой блестящий объект, расположенный напротив него, также может отразить луч. Это приводит к ложным срабатываниям и может вызвать значительные проблемы.

Например, стандартный датчик с диффузным режимом, настроенный на обнаружение отражающего объекта в пределах 15 дюймов, может ложно обнаружить другой объект с высокой степенью отражения, который может находиться на расстоянии до 6 футов.

Датчик подавления фона

Датчики подавления фона помогают смягчить проблему, о которой говорилось выше. Это разновидность диффузного датчика отражения, использующая "принцип триангуляции". В отличие от обычного датчика диффузного режима, 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 похожи на датчики диффузного режима. В них излучатель и приемник встроены в один корпус и полагаются на то, что обнаруживаемый объект отразит луч обратно.

Когда объект находится перед датчиком подавления фона, луч отражается назад под углом. Этот угол меняется в зависимости от расстояния от датчика до объекта. Когда объект находится ближе, угол отражения больше, чем когда он находится далеко.

Регулируемые датчики бывают двух типов: механические и электрические. В механическом типе датчик можно откалибровать с помощью винта, чтобы настроить точку интереса для обнаружения объекта. В моделях с электронной калибровкой датчик оснащен кнопкой для "изучения" типа объекта и фона.

Как датчики подавления фона подавляют фон?

Датчики подавления фона имеют продуманный механизм измерения относительного положения объекта по отношению к фону. Это делает датчики данного типа невосприимчивыми к фону, который имеет такие же отражающие свойства, как и обнаруживаемый объект.

В отличие от датчиков с фиксированным фокусом или резкой отсечкой, которые вообще не учитывают фон, датчики с подавлением фона действительно могут отличить объект от аналогичного текстурного или цветного фона.

В датчике подавления фона имеется один излучатель и несколько приемников, чувствительных к излученному свету. В датчиках электронного типа для подавления фона может быть несколько областей одного и того же датчика.

Когда перед датчиком нет объекта, возможны два сценария.

1. Излучаемый луч отражается от фона
2. Излучаемый луч не отражается от фона

Если луч не отражается от фона, датчик делает вывод, что расстояние до объекта бесконечно, и не активирует свой выход. Если фон отражается, то отраженный луч попадает на определенную область приемника (на верхнюю область датчика на рисунке выше). 

Датчик откалиброван/настроен таким образом, чтобы игнорировать эту область чувствительного элемента. Когда перед датчиком помещается объект, угол отраженного луча изменяется. В результате луч попадает на другую часть датчика (или другой чувствительный элемент в некоторых моделях), которую датчик может распознать как объект обнаружения. 

На рисунке выше обратите внимание, что самое близкое положение к датчику вызывает наибольший угол в отраженном луче. Угол уменьшается по мере удаления объекта от датчика.

Механическое подавление фона по сравнению с электронным подавлением фона 

Чтобы оптимизировать стоимость и производительность, существует два типа датчиков подавления фона - механические и электронные. Электронный тип имеет один большой датчик, в котором программная обработка задает и определяет область обнаружения объекта. Для этого используется специальный датчик, называемый позиционно-чувствительным устройством (PSD). Программная обработка сигнала позволяет дополнительно фильтровать его для уменьшения артефактов от сильных вибраций. Это одно из преимуществ электронных датчиков BGS.

В механических типах имеется два или более чувствительных элемента, обеспечивающих более высокую точность, лучшие оптические характеристики и более резкий диапазон отсечки с температурной стабильностью. Также имеется оптическая система для точной настройки, что увеличивает размер блока датчика.

Заключение

В этой статье мы рассмотрели датчики подавления фона. Эти датчики очень полезны для обнаружения отражающих материалов, расположенных на схожих по цвету/текстуре фонах. Пепперль+Фукс является одним из ведущих производителей, выпускающих диффузные фотоэлектрические датчики с функцией подавления фона.