В.Л. Конюх Фотоэлектрический датчик положения
.pdfМинистерство образования Российской Федерации Государственное учреждение
Кузбасский государственный технический университет Кафедра информационных и автоматизированных производственных систем
ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДАТЧИК ПОЛОЖЕНИЯ
Методические указания к лабораторной работе по курсу "Информационные устройства и системы в робототехнических системах" для подготовки студентов по направлению 552900 – "Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств"
Составитель В.Л.Конюх
Утверждены на заседании кафедры Протокол № 3 от 13.11.01
Рекомендованы к печати методической комиссией по направлению 552900 Протокол № 339 от 15.11.01
Электронная копия находится в библиотеке главного корпуса ГУ КузГТУ
Кемерово 2002
1
1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
Фотоэлектрический датчик положения (фотореле) предназначен для бесконтактного контроля положения подвижного элемента в зоне фоточувствительности датчика. Его работа основана на изменении освещенности фотоприемника при перемещении объекта. Фотоприемник преобразует свет в электрический сигнал. Он представляет собой фоторезистор, фотодиод, фототранзистор или фототиристор, изготовленные из светочувствительного полупроводника, как правило, арсенида галлия (рис. 1).
Рис. 1. Виды фотоприемников:
а– фоторезистор; б – фотодиод; в – фототранзистор;
г– фототиристор
При попадании света на светочувствительный материал изменяются сопротивление фоторезистора, проводимость фотодиода, величина тока через фототранзистор или же открывается фототиристор. Датчик положения выдает электрический сигнал при пересечении объектом луча света, идущего от источника света к фотоприемнику (рис. 2, а), или при попадании на фотоприемник света, отраженного от объекта
2
(рис. 2, б). В качестве источника света обычно используют светодиоды, излучающие свет при протекании электрического тока.
Рис. 2. Способы контроля положения объекта фотоэлектрическим датчиком:
а – перекрытие оптического зазора; б – отражение от объекта
Для предотвращения ложного срабатывания датчика при попадании обычного света используют ультрафиолетовый или инфракрасный диапазоны излучения, а также модулируют излучение импульсами с частотой, отсутствующей в обычных источниках света. Точность определения положения объекта фотоэлектрическим датчиком достигает десятых долей миллиметра. С целью повышения точности между объектом и фотоприемником вводят объектив.
В лабораторной работе изучается работа фотоэлектрического выключателя ВФ-2. Выключатель состоит из фотоэлектрического модуля с линзой 1 и отражателя 2 (рис. 3).
+24В |
-24В |
2 |
|
||
|
|
|
|
1 |
|
Реле
Рис. 3. Схема фотоэлектрического выключателя: 1- фотоэлектрический модуль; 2- отражатель
3
Внутри фотоэлектрического модуля размещены передатчик и приемник инфракрасного излучения. Передатчик состоит из модулятора и усилителя, к выходу которого подключен светодиод. Приемник содержит детектор, пороговый элемент и выходной ключ. Передатчик направляет инфракрасный луч на отражатель. Отраженный луч попадает в приемник, детектируется и поступает на пороговый элемент. Сигнал на выходе приемника при этом отсутствует и реле Р отключено. При появлении объекта между фотоэлектрическим модулем 1 и отражателем 2 пороговый элемент приемника переходит в другое состояние и выходной ключ приемника формирует сигнал включения реле Р. Появление выходного сигнала сопровождается включением светового индикатора на корпусе фотоэлектрического модуля.
2. ЛАБОРАТОРНЫЙ СТЕНД
Стенд (рис. 4) содержит направляющую 1, на которой размещены фотоэлектрический модуль 3 , излучатель которого направлен в сторону отражателя 4. Модуль 3 получает питание от источника постоянного тока 2. Отражатель может перемещаться перпендикулярно модулю. Между модулем и отражателем размещены подвижный экран 5 и лампа боковой засветки 6 .
Стенд изготовлен студентом гр. МР-971 Д. Копыловым.
Рис.4. Схема лабораторного стенда: 1- направляющая; 2- источник постоянного тока; 3- фотоэлектрический модуль; 4- отражатель; 5- под-
вижный экран; 6- лампа боковой засветки
4
3. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Сначала следует ознакомиться с конструкцией и принципом работы фотоэлектрического датчика положения. Затем надо найти зону чувствительности датчика - область, в которой датчик реагирует на объект. Вторая задача работы - определить дифференциал хода или разность между точкой включения датчика при прямом перемещении и точкой отключения датчика при обратном перемещении объекта. Третья задача - оценить влияние боковой засветки обычным светом на зону чувствительности датчика.
4.ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1.Нарисуйте схему стенда и опишите принцип работы датчика.
2.Включите источник питания стенда.
3.Перемещая непрозрачный объект перпендикулярно оси между модулем и отражателем, определите границы зоны чувствительности датчика. При их пересечении объектом будет включаться индикатор на корпусе фотоэлектрического модуля. Найдите угол расхождения излучения по формуле:
α = 2 arctg (D/S),
где D- расстояние от оптической оси до границы зоны чувствительности; S- расстояние по оптической оси от фотоэлектрического модуля до непрозрачного объекта (рис. 5).
5
4.Перемещая объект в прямом и обратном направлениях перпендикулярно оптической оси, найдите дифференциал хода датчика в процентах от расстояния между модулем и отражателем.
5.Включите лампу боковой засветки и закройте ее экраном. Поместите объект в зону чувствительности датчика. После включения датчика убирайте экран до момента отключения датчика. Зафиксируйте на схеме положения объекта и экрана в момент отключения датчика. Этим Вы определите влияние боковой засветки на работу датчика.
6.Ответьте на контрольные вопросы:
•В чем состоит принцип работы фотоэлектрического датчика?
•Будет ли работать датчик без отражателя?
•Как предотвратить влияние обычного света на работу датчика?
•От чего зависит чувствительность фотоэлектрического датчика положения?
Отчет о выполнении работы должен содержать:
1.Название и задачи работы.
2.Схему стенда и порядок работы.
3.Построенную зону чувствительности.
4.Найденный экспериментально дифференциал хода.
5.Оценку влияния боковой засветки на работу датчика.
6.Ответы на контрольные вопросы.
7.Предложения по применению фотоэлектрических датчиков положения в задачах автоматизации производства.
6
Составитель Владимир Леонидович Конюх
ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДАТЧИК ПОЛОЖЕНИЯ
Методические указания к лабораторной работе по курсу "Информационные устройства и системы в робототехнических системах" для подготовки студентов по направлению 552900 – "Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств"
Редактор З.М. Савина
ЛР № 020313 от 23.12.96.
Подписано в печать 26.11.01. Формат 60х84/16.
Бумага офсетная. Отпечатано на ризографе. Уч.-изд. л. 0,5. Тираж 50 экз. Заказ ГУ Кузбасский государственный технический университет.
650026, Кемерово, ул. Весенняя, 28.
Типография ГУ Кузбасский государственный технический университет. 650099, Кемерово, ул. Д. Бедного, 4 а.