Элементы

Датчики, использующие фотоэлектрические

Датчики, использующие фотоэлектрические элементы, применяются для измерения параметров среды, счета, определения цветовых характеристик, в целях безопасности и т.д. В основе датчика лежат элементы, чувствительные к излучению. Они могут работать на поглощение и отражение излучения и использовать как видимое излучение, так и невидимое, инфракрасное.

Датчик контроля проникновения предмета в определенную зону.

Для контроля проникновения человека или предметов в определенную зону применяют разнесенные пары приемник-передатчик оптического излучения, работающие на пресечение оптического луча (рис.10.6).

 

Рисунок 10.6 – Фотоэлектрический датчик проникновения предмета

в зону: D₁-светодиод с линзовой системой; D₂- фотодиод; L- луч света; ОУ₁- усилитель фототока; ОУ₂- компаратор;1- предмет.

Светодиод с оптической системой D₁ создает луч света L, направленный строго по оси оптической системы фотодиода D₂, который включен на вход усилителя ОУ₁, сигнал которого в свою очередь подается на компаратор ОУ₂.

Если в зоне луча L нет посторонних предметов, то он освещает фотодиод D₂, который своим током через усилительОУ₁ поддерживает на выходе компаратора ОУ₂ высокий потенциал (логическую единицу) – «предмета в зоне нет».

Если предмет 1 пересекает луч L, то последний не попадает на фотодиод D₂, в результате чего его ток снижается, а компаратор ОУ₂ переключается в режим низкого потенциала (логический нуль) –«предмет находится в зоне действия луча».

Подобные системы применяются для создания систем безопасности, чтобы человек не проникал в зону, очерченную лучом, охраны объектов, а также счета продукции. Каждое пересечение луча принимается за еще вновь поступивший предмет.

В качестве задающего элемента генератора используется кварцевая емкость П_э. Генератор с элемента L₁ питает красный светодиод DR, а с элемента L₂- зеленый DG. Красный и зеленый светодиоды горят попеременно, поэтому поверхность плода O попеременно освещается то красным, то зеленым светом. Частота следования импульсов облучения должна на порядок превышать частоту подачи плодов в зо­ну контроля.

Датчики цветовых характеристик продукции.На рис.10.7. приведена схема датчика цвета поверхности продукции (томаты, пе­рец, вишня), в которой используют осмотр поверхности, попавшей в зону его действия, например, при сортировании. Схема состоит: из генератора прямоугольных импульсов, собранного на логических элементах ИЛИ L₁ и L₂; светодиодной сборки CD на два цвета- зеленой DG и красной DR; фотоприемника ФД; усилителя фототока на ОУ₁; переключателя тока КЛ и двух интеграторов ОУ₂ и ОУ₃ .

Отраженный от всей поверхности плода поток излучения воспринима­ется фотоприемником ФД, на выходе которого имеется электрический сигнал U(RG), про­порциональный величине красного или зеленого отраженного от поверхности плода потока.

Импульсы на выходе фотодиода по величине соответствуют уровню красного (первый импульс) или зеленого (второй импульс) света, отраженного от поверхности плода.

 

Рисунок 10.7 – Схема датчика цвета продукции: CD-осветитель; DR-светодиод красного света; DG- светодиод зеленого света; ФД- фотодиод; КЛ- управляемый переключатель тока; ОУ2- интегратор красного цвета; ОУ3- интегратор зеленого цвета.

 

С помощью переключателя КЛ, управляемого с элемента генератора L₂, подаются: первый, «красный» импульс,– на интегратор ОУ₂ красного света, второй, «зеленый» импульс – на ОУ₃. На выходах этих интеграторов устанавливаются напряжения U(R) и U(G) соответственно для количества красного и зеленого цвета поверхности.

Эти сигналы могут быть поданы на индикатор или в автоматическое устройство сортирования.

10.7. Основные требования к датчикам, применяемым

в сельскохозяйственном производстве

 

В сельскохозяйственном производстве и переработке имеется ряд особых условий, обуславливающих специфику работы датчиков:

1. Работа датчиков, особенно на мобильных объектах, связана с большим уровнем шумов- механических напряжений, вибраций, температурной нестабильности и влажности, снижающих точность измерений.

2. Датчики контактируют с агрессивными средами- аммиак, влажный воздух, сероводород, пыль, грязь и другие;

3. Многообразие технологий, процессов, параметров и режимов их работы.

4. Невозможность нанесения при измерении параметров дополнительных механических повреждений объекту.

5. Невозможность применения сильных полей и излучений в силу их влияния на структуру, рост и качество продукта.

6. Высокие санитарные требования к продукту, связанные с последующим употреблением в пищу человеком.

7. Удаленность расположения датчиков от места сбора информации до места ее обработки (кабина водителя комбайна- жатка).

8. Распределенность общей схемы в пространстве (мобильный агрегат, поле, оросительная система и т.п.).

9. Пожаро и взрывоопасность в условиях запыленности технологического процесса.

10. Высока интенсивность работы (уборочный процесс) с малыми перерывами на техническое обслуживание.

Отсюда возникают специфические требования к датчикам сельскохозяйственной автоматики:

- высокая точность при высоком уровне шумов;

- стойкость к агрессивным средам;

- простота настройки на измерение определенного параметра в условиях шумов (вибрации, влажность, запыленность и т.п.) и мобильного производства;

- ремонтнопригодность общей схемы;

- высокая надежность;

- пожаро- и взрывобезопасность.

Следует стремиться к оптимальному сочетание вышеприведенных требований и применять или вновь создавать датчики с лучшим соотношение цена / качество.

 

Контрольные вопросы к главе 10.

 

1. Каким образом термосопротивление может управлять частотой электронного генератора?

2. Какое свойство транзистора используется для измерения температуры?

3. Опишите схему включения транзистора в качестве датчика температуры.

4. Какое свойство емкостного преобразователя используется для измерения перемещения?

5. Опишите схему включения емкости в качестве датчика перемещения.

6. Для чего используются термоанемометры?

7. Опишите принцип действия термоанемометра постоянной температуры.

8. Какие свойства кристалла используют для построения датчика давления и силы?

9. Какие свойства кристалла используют для построения датчика влажности газов?

10. Каким образом можно зафиксировать появление предмета в зоне контроля?

11. Назовите чувствительные элементы с помощью которых можно измерить цвет?

12. Каковы требования к датчикам сельскохозяйственной автоматики?