Czujniki optyczne – budowa, sposób działania i podstawowe rodzaje

Czujniki optyczne to urządzenia detekcyjne znajdujące zastosowanie wszędzie tam, gdzie niezbędne jest wykonywanie zautomatyzowanych i precyzyjnych pomiarów. Najprostsze czujniki wykorzystywane są do zliczania produktów na taśmach produkcyjnych, a urządzenia cechujące się sporą precyzją pomiaru, pomagają określić poziomy cieczy, gazu czy sypkich ciał stałych w zbiornikach lub innych odizolowanych układach.

Budowa i zasada działania czujników optycznych

Te dwa elementy są ze sobą ściśle powiązane, bowiem to jak zbudowane są czujniki optyczne, determinuje ich zasadę działania. Niezależnie od poziomu precyzji czujniki zawierają dwa główne elementy: nadajnik i odbiornik. Nadajnik emituje wiązkę światła o dowolnej długości fali (może to być światło widzialne podczerwone), która następnie przechwytywana jest przez odbiornik. W zależności od zaprogramowania czujnik zlicza sygnały docierające do odbiornika (co może być odnotowane jako pojawienie się przedmiotu na taśmie produkcyjnej) lub reaguje na całkowity brak sygnału (co może mieć miejsce w przypadku czujników mierzących poziom cieczy). Czujnik i odbiornik są zazwyczaj zlokalizowane naprzeciwko siebie. Zdarzają się jednak układy, w których odbiornik znajduje się w tej samej obudowie. W takim wypadku czujnik opiera swoje działanie na detekcji wiązki światła odbitej od danej powierzchni.

Rodzaje czujników optycznych

Klasyfikacja czujników optycznych jest determinowana głównie przez sposób działania oraz rodzaj budowy danego urządzenia. Najczęściej spotykane czujniki optyczne to:

• Czujniki odbiciowe – do detekcji wykorzystują odbitą wiązkę światła. Zarówno nadajnik, jak i odbiornik znajdują się w jednej obudowie. W czujnikach tego typu odbiornik musi cechować się szerokim kątem detekcji, by wyłapywać wiązki odbite pod różnym kątem od powierzchni odbijającej.
• Czujniki barierowe – w czujnikach tego typu nadajnik i odbiornik są umieszczone naprzeciwko siebie. Nadajnik wysyła stale wiązkę światła, która dociera do nadajnika, generując sygnał. Przerwanie sygnału oznacza pojawienie się obiektu pomiędzy nadajnikiem i odbiornikiem. Czujniki barierowe znajdują zastosowanie głównie na taśmach produkcyjnych, gdzie pozwalają zliczać przedmioty przerywające komunikację pomiędzy odbiornikiem a nadajnikiem.
• Dalmierze – ten typ czujników optycznych pozwala mierzyć odległości obiektów od czujnika, a konkretnie określać przemieszczenia i odległości rzędu metrów, a nawet kilometrów. W przypadku, gdy potrzebne jest precyzyjne narzędzie detekcyjne, można sięgnąć po czujniki mikroprzemieszczeń, które wykazują czułość rzędu milimetrów.
• Czujniki kontrastu – są to urządzenia detekcyjne pozwalające namierzyć odpowiedni marker (wskaźnik).
• Czujniki koloru – czujniki pozwalające wykrywać dany kolor. Ich działanie uzależnione jest od odpowiedniego zaprogramowania, umożliwiającego wychwytywanie żądanej barwy przedmiotu.
• Czujniki luminescencji –czujniki umożliwiające wykrywanie markerów, które pod wpływem oświetlenia wiązką UV odbijają światło przesunięte w widmie podczerwieni.

Zalety i wady czujników optycznych

Główną zaletą czujników optycznych jest ich szerokie zastosowanie. Są one obecne w wielu gałęziach przemysłu, w laboratoriach naukowych oraz w życiu codziennym. Ich mocną stroną jest również daleki zasięg działania oraz stosunkowo duża czułość, co przekłada się korzystnie na jakość pomiarów oraz możliwości konstrukcyjne.

Główną słabością czujników optycznych jest niedokładność pomiarowa w warunkach zanieczyszczonego powietrza oraz stosunkowo wysoka cena (w przypadku specjalistycznych czujników). Poszczególne rodzaje tego typu modułów posiadają oczywiście pewne wady wynikające ze sposobu ich budowy. Najczęściej jest to długi czas odpowiedzi na sygnał i mała odporność na szkodliwe czynniki zewnętrzne.