Czujniki zbliżeniowe

Czujniki zbliżeniowe – to rodzaj czujników, które na wyjściu dają sygnał zero-jedynkowy, czyli informują nas czy np. jakiś przedmiot znajduje się  w zasięgu czujnika czy też nie. Detekcja przebiega bezdotykowo, co oznacza że wykrywany element nie musi bezpośrednio dotykać sensora. Czujniki zbliżeniowe, to najbardziej rozpowszechnione sensory w automatyce.  Spotykamy je niemal w każdym zakładzie przemysłowym, urządzeniu bądź w maszynie.

Czujniki zbliżeniowe – klasyfikacja

Najbardziej popularne rodzaje czujników zbliżeniowych to:

– Indukcyjne

Czujniki zbliżeniowe indukcyjne
Czujniki zbliżeniowe indukcyjne

– Optyczne

Czujniki zbliżeniowe refleksyjne
Czujniki zbliżeniowe refleksyjne
Czujniki zbliżeniowe odbiciow
Czujniki zbliżeniowe odbiciowe
Czujniki zbliżeniowe bariera optyczna
Czujniki zbliżeniowe bariera optyczna

– Pojemnościowe

Czujniki pojemnościowe
Czujniki pojemnościowe

– Ultradźwiękowe

Czujniki ultradźwiękowe
Czujniki ultradźwiękowe

– Światłowodowe

Czujniki światłowodowe
Czujniki światłowodowe

Czujniki indukcyjne – wykrywają obecność metalowych elementów. Są to najbardziej rozpowszechnione czujniki w każdej gałęzi przemysłu. Stosowane są często jako wyłączniki krańcowe, wykrywają obecność suportów maszyn, służą jako czujniki bazowania, mogą być użyte do pomiaru prędkości obrotowej wirujących przedmiotów itp. Zasięgi czujników indukcyjnych to zazwyczaj klika, kilkadziesiąt milimetrów.

Czujniki optyczne – zwane są również fotoelektrycznymi, służą do detekcji dowolnego typu elementów, również przeźroczystych.  Czujniki optyczne dzielą się na trzy podkategorie:

  •  odbiciowe – wiązka świetlna odbija się od przedmiotu i wraca do czujnika.
  • refleksyjne – czujnik posiada dodatkowe lusterko (odbłyśnik), promień świetlny odbija się od lusterka i wraca do czujnika. Przerwanie wiązki zmienia stan na wyjściu czujnika.
  • bariera optyczna – czujnik składa się z dwóch osobnych urządzeń: nadajnika i odbiornika. Przecięcie wiązki powoduje zmianę stanu na wyjściu czujnika.

Czujniki optyczne posiadają większe zasięgi niż czujniki indukcyjne czy pojemnościowe – od kliku milimetrów do kilkudziesięciu metrów. Typowe zastosowania: wszelkiego rodzaju maszyny, urządzenia, linie technologiczne, informowanie o obecności pojazdów, ludzi itp. Do czujników optycznych możemy zaliczyć również kurtyny bezpieczeństwa, które zabezpieczają strefy niebezpieczne przed dostępem ludzi.

Czujniki pojemnościowe – służą do wykrywania dowolnego typu obiektów: szkła, papieru, metalu, wszelkiego rodzaju cieczy, ziaren, piasku itp. Trzeba zwrócić uwagę w przypadku detekcji tworzyw sztucznych, gdyż nie każdy czujnik pojemnościowy potrafi tego typu materiał wykryć! Zasięgi czujników pojemnościowych to zazwyczaj klika, kilkadziesiąt milimetrów.

Czujniki ultradźwiękowe – czujniki ultradźwiękowe służą do wykrywania dowolnego typu materiałów. Ze względu na cenę nie są tak popularne jak np. czujniki optyczne. Potrafią natomiast wykrywać bardzo dobrze przedmioty przeźroczyste, gdzie optyczne sobie niezbyt radzą – np. bardzo nieregularny kształt przeźroczystej butelki. Zasięgi czujników ultradźwiękowych to od kilkunastu centymetrów do kilku metrów.

Czujniki światłowodowe – w zasadzie można by było zaklasyfikować je do optycznych, ale chciałbym je omówić osobno. Podobnie jak optyczne, czujniki światłowodowe mają swoje podkategorie, dzielą się na odbiciowe i bariery optyczne. Czujnik światłowodowy składa się ze światłowodu i z głowicy. Do poprawnej pracy układu potrzeby jest jeszcze wzmacniacz światłowodowy, czyli urządzenia, które generuje i odbiera wiązkę świetlną z czujnika. Sensory światłowodowe mają przewagę nad optycznymi ze względu na gabaryty. Tam gdzie np. nie zmieści się czujnik optyczny, często możemy zastosować światłowodowy. Dodatkowo wzmacniacz światłowodowy może być oddalony od głowicy światłowodowej o np. metr lub dwa. Dzięki temu, że układ elektroniczny znajduje się dalej, światłowody mogą pracować z trudniejszych warunkach środowiskowych, np. temperatura, wilgotność. Zasięgi wahają się od kilku milimetrów do kilkudziesięciu centymetrów.

W następnych postach omówię szczegółowo każdą z grup czujników.

Enkodery – klasyfikacja.

Enkoder to urządzenie wykorzystywane w automatyce do pomiaru kąta lub przesunięcia. Pod tym pojęciem kryje się wiele jego rodzajów i odmian. W tym poście postaram się je pokrótce opisać.

Enkodery – klasyfikacja

Podział ze względu na rodzaj

Enkodery inkrementalne

– obrotowo – impulsowe (optyczne i magnetyczne)

Enkoder inkrementalny, obrotowy.
Enkoder inkrementalny, obrotowy.

– liniowe (magnetyczne)

Enkoder inkrementalny, liniowy.
Enkoder inkrementalny, liniowy.

Enkodery absolutne

– obrotowe (optyczne i magnetyczne)

Enkoder absolutny, obrotowy.
Enkoder absolutny, obrotowy.

– liniowe (magnetycze)

Enkoder absolutny, liniowy.
Enkoder absolutny, liniowy.

 Enkodery inkrementalne, obrotowe, zwane są również przyrostowymi lub impulsatorami. Zasada działania polega na generowaniu impulsów prostokątnych, po obrocie wału enkodera. Enkoder inkrementalny, optyczny składa się z układu nadajnik – odbiornik oraz z tarczy obrotowej, na której znajdują się szczeliny. Przez nie przechodzi wiązka świetlna wysyłana z nadajnika do odbiornika. Ilość szczelin definiuje rozdzielczość – jeden z głównych parametrów enkodera, czyli liczbę impulsów, które generowane są na wyjściu, po wykonaniu jednego, pełnego obrotu wału enkodera. Enkodery obrotowe, magnetyczne, zbudowane są z układu magnetycznego (pierścień) i czujnik, który bada przemagnesowania. Enkoder inkrementalny posiada przynajmniej 2 kanały wyjściowe A i B, które są przesunięte w fazie o 90 stopni. Dzięki temu możliwe jest rozpoznawanie kierunku obrotu wału.

Budowa wewnętrzna enkodera inkrementalnego.
Budowa wewnętrzna enkodera inkrementalnego.

Enkodery inkrementalne, liniowe, zwane są również liniałami magnetycznymi. Typowy liniał magnetyczny składa się z enkodera liniowego, który porusza się nad taśmą magnetyczną (pomiar bezdotykowy).  Taśma magnetyczna posiada przemagnesowania, tzw. krok magnetyczny. Może on wynosić np. 1; 2; 2,5; 3,2; 5mm itp. W zależności od tego jaki mamy enkoder, wybieramy taśmę z odpowiednim krokiem magnetycznym. Enkodery inkrementalne liniowe, podobnie jak obrotowe mogą pracować z różnymi rozdzielczościami, typowe to: 1mm, 0,1mm, 0,01mm, 0,05mm, 0,001mm. Zastosowania: pomiar odległości w maszynach kamieniarskich lub CNC itp. Maszyny i urządzenia, w których zamontowane są enkodery inkrementalne zwykle na początku pracy wymagają bazowania, w celu ustawienia pozycji początkowej (bazowej).

Enkodery absolutne, obrotowe podobnie jak inkrementalne dzielą się na optyczne i magnetyczne. Zasada działania i budowa są bardzo do siebie zbliżone. Różnica polega na tym że na wyjściu enkodera mamy informację o pozycji (słowo cyfrowe). Najprościej rzecz ujmując enkoder absolutny zna zawsze swoją pozycję, czyli prościej mówiąc „wie” gdzie się znajduje.  Dodatkowo wyróżniamy enkodery jedno i wieloobrotowe. Enkoder jednoobrotowy rozpoznaje unikalne pozycje w zakresie jednego obrotu, gdy go wykona zaczyna pokazywać pozycję „od zera”. Enkoder wieloobrotowy dodatkowo rozpoznaje ilość obrotów np. 8, 16, 256, 1024 itd.

Tarcza enkodera absolutnego, optycznego.
Tarcza enkodera absolutnego, optycznego.

Enkodery absolutne, liniowe. Podobnie, jak w enkoderach inkrementalnych liniał magnetyczny absolutny składa się z enkodera liniowego, absolutnego oraz taśmy magnetycznej – kodowanej absolutnie. Na taśmie magnetycznej znajdują się unikalne pozycje, które rozpoznaje enkoder. Układów, w których zastosowano enkodery absolutne nie trzeba bazować.

W następnych postach omówię najważniejsze parametry na które należy zwrócić uwagę podczas doboru enkoderów.