工業自動化系統中的光纖傳感器

確定自動生產線上傳送帶的一部分的存在，獲取有關照明設備操作的信息，管理緊湊但高效的機器......在過程控制中的任何地方都需要最少的錯誤，如果出現故障發生故障時，了解故障原因很重要，這樣錯誤就不會在未來重演，因為現代技術流程不容忍質量差。這是傳感器來救援的地方。

傳感器有多種類型：磁式、電感式、光電式、電容式——它們各有優缺點。光伏是用途最廣的一種。這裡有激光和紅外線，單光束和反射式。但我們將著眼於光學傳感器，因為它們具有最廣泛的配置選項，即使對於最難以到達的地方也是理想的選擇。

光電傳感器分為一對器件：光電放大器和帶光頭的光纜。電纜傳輸來自放大器的光。

原理很簡單。發射器和接收器一起工作：接收器檢測發射器發出的光波。從技術上講，這個過程以不同的方式進行：跟踪光波的角度，測量光量，或測量光波的返回時間以測量到物體的距離。

光源和接收器可以簡單地位於頭部（漫射或反射單元），也可以單獨製造——兩個頭部（單光束）。光纖傳感器頭包含內部電子設備，而接收器通過光纖直接連接到電子設備。接收波和傳輸波以類似於光網絡中高速數據傳輸的方式在光纖中傳播。

這種分離的好處是接收器安裝在被測物體上。光纖電纜佈線並連接到放大器，該放大器安裝在一個特殊的控制櫃中，可保護放大器免受製造工廠通常惡劣的室外環境的影響。選項的選擇是多種多樣的。放大器有簡單的和復雜的，特別是多功能的，具有執行邏輯和開關操作的能力。

基本的光纖傳感放大器組具有最少的電子元件和功能，最複雜的是即插即用的，電子元件是完全定制的。一些傳感器電子設備能夠處理 10 根以上的輸入光纖。當然，也有暗示。指示燈顯示傳感器是否正常工作。它還具有其他功能。

控制器的接口由輸出格式決定。此處提供了傳感器設置和放大器重置。輸出有常開、常閉、集電極、發射極、推動。使用多芯電纜進行連接。使用按鈕或簡單的電位器即可完成編程。

此類傳感器選項提供了額外的靈活性，例如：開/關延遲、脈衝輸出、間歇信號的消除，——根據生產過程的個別要求，在詳細設計和調整放大器參數方面實現更大的自由度。延遲允許您延遲工作身體的反應，中斷信號作為違反工作條件的標誌。一切都是個性化的。

輸出狀態的 LED 指示或帶有信號和輸出狀態信息的顯示屏是高級選項，允許在現場對變送器進行診斷和編程。

為了在不斷變化的環境中進行更穩定的測量，具有更高采樣率和信號過濾功能的傳感器是合適的。儘管該設備仍將以低頻率運行，但是 用於 PLC 這將是有用的。開/關延遲有助於匹配輸出和輸入信號。

輔助塊的使用將擴展編程的可能性，例如，您可以在處理玻璃等特殊材料時調整測量元件的靈敏度，或者在切換點之間關閉/打開的程序：跟踪工件的位置和它在空間中的定位。

光纖電纜的美妙之處在於它們傳輸光而不是電流。不同材料的配置是可能的，具有不同程度的頭部靈敏度。

漫射光纖電纜由一對小面組成，其中一個連接放大器，另一個連接傳感頭。同時，兩根電纜連接到敏感頭——一根用於光源，另一根用於電子設備。

單光束光纖電纜包含一對相同的電纜，每根電纜都連接到一個放大器並有自己的光學頭。一根電纜用於傳輸光，另一根用於接收光。

纖維本身通常是玻璃或塑料。塑料——更薄、更便宜、更靈活。玻璃更堅固，可以在更高的溫度下工作。塑料可以切割成一定長度，但玻璃只能在製造階段切割。纖維護套——從擠壓塑料到重型不銹鋼編織。

選擇光學傳感器最重要的是選擇合適的光學頭。畢竟，正是與頭部的靈敏度有關，檢測零件的準確性，無論是小的、靜止的還是移動的，都是相關的。接收器和發射器相對於物體位於什麼角度，允許的色散是多少。是需要圓形光纖束來產生圓形光束，還是需要擴展光纖束來產生水平投影。

至於圓形光束，在漫射頭中，它們可以均勻地分支，所有輸出光纖在一半上，接收光纖在另一半上。這種設計很常見，但在從與分叉線成直角移動的部件中讀取信息時可能會導致延遲。

源和接收器光纖的均勻分佈導致更均勻的光束。均勻的光束使您可以均衡發送和接收波的影響，並且無論物體的運動方向如何，檢測都會結果。

光學頭的類型、電纜長度和放大器對光學觀察距離有顯著影響。很難給出準確的估計，但製造商會指出這些數據。單光束傳感器比漫反射傳感器具有更寬的範圍。更長的纖維，更短的距離。更好的放大器——更強的信號，更大的範圍。

分佈式 I/O 越來越多地用於工業自動化，並且可以將多條電纜從光學傳感器連接到單個歧管。

光放大器通常是獨立的、單通道 DIN 導軌安裝設備，易於面板安裝，唯一的缺點是從單個放大器路由連接。

收集器可以將多個光學通道組合到一個控制中心：收集器配備菜單驅動的顯示器，每個通道都可以單獨編程。配置好的通道可以通過AND/OR邏輯使用，大大簡化了PLC的控制。

光纖的使用在高電噪聲條件下運行的系統中表現良好。光纖不接收電噪聲，電子放大器由機櫃保護。在設備裝配過程中自動檢測傳送帶上零件的小型裝配線是光學傳感器的另一種非常有前途且已經相當廣泛的應用。

具有不同方向、不同尺寸、不同分散度的頭部可提供所需的聚焦精度，而不管傳感器的尺寸如何——所有這些與控制邏輯一起，開闢了巨大的可能性潛力。例如，一個傳感器檢測組裝開始處是否存在零件，第二個傳感器確認組裝結束。

此外，無論應用如何，選擇具有適合用戶所需應用參數的傳感器和探頭非常重要：在散射、距離、採樣、設置和編程選項方面。

唯一的缺點是不能過度彎曲纖維。有必要再彎曲一點，纖維將發生不可修復的塑性變形，吞吐量將降低或完全消失。允許的彎曲半徑取決於光纖的類型以及光纖束中光纖的尺寸和分佈。在為您的應用選擇傳感器時應考慮這些特性。