工业自动化系统中的光纤传感器

确定自动生产线上传送带的一部分的存在，获取有关照明设备操作的信息，管理紧凑但高效的机器......在过程控制中的任何地方都需要最少的错误，如果出现故障发生故障时，了解故障原因很重要，这样错误就不会在未来重演，因为现代技术流程不容忍质量差。这是传感器来救援的地方。

传感器有多种类型：磁式、电感式、光电式、电容式——它们各有优缺点。光伏是用途最广的一种。这里有激光和红外线，单光束和反射式。但我们将着眼于光学传感器，因为它们具有最广泛的配置选项，即使对于最难以到达的地方也是理想的选择。

光电传感器分为一对器件：光电放大器和带光头的光缆。电缆传输来自放大器的光。

原理很简单。发射器和接收器一起工作：接收器检测发射器发出的光波。从技术上讲，这个过程以不同的方式进行：跟踪光波的角度，测量光量，或测量光波的返回时间以测量到物体的距离。

光源和接收器可以简单地位于头部（漫射或反射单元），也可以单独制造——两个头部（单光束）。光纤传感器头包含内部电子设备，而接收器通过光纤直接连接到电子设备。接收波和传输波以类似于光网络中高速数据传输的方式在光纤中传播。

这种分离的好处是接收器安装在被测物体上。光纤电缆布线并连接到放大器，该放大器安装在一个特殊的控制柜中，可保护放大器免受制造工厂通常恶劣的室外环境的影响。选项的选择是多种多样的。放大器有简单的和复杂的，特别是多功能的，具有执行逻辑和开关操作的能力。

基本的光纤传感放大器组具有最少的电子元件和功能，最复杂的是即插即用的，电子元件是完全定制的。一些传感器电子设备能够处理 10 根以上的输入光纤。当然，也有暗示。指示灯显示传感器是否正常工作。它还具有其他功能。

控制器的接口由输出格式决定。此处提供了传感器设置和放大器重置。输出有常开、常闭、集电极、发射极、推动。使用多芯电缆进行连接。使用按钮或简单的电位器即可完成编程。

此类传感器选项提供了额外的灵活性，例如：开/关延迟、脉冲输出、间歇信号的消除——根据生产过程的个别要求，在详细设计和调整放大器参数方面实现更大的自由度。延迟允许您延迟工作身体的反应，中断信号作为违反工作条件的标志。一切都是个性化的。

输出状态的 LED 指示或带有信号和输出状态信息的显示屏是高级选项，允许在现场对变送器进行诊断和编程。

为了在不断变化的环境中进行更稳定的测量，具有更高采样率和信号过滤功能的传感器是合适的。尽管该设备仍将以低频率运行，但是 用于 PLC 这将是有用的。开/关延迟有助于匹配输出和输入信号。

辅助块的使用将扩展编程的可能性，例如，您可以在使用特殊材料（如玻璃）或用于在切换点之间关闭/打开的程序时调整测量元件的灵敏度：跟踪工件的位置和它在空间中的定位。

光纤电缆的美妙之处在于它们传输光而不是电流。不同材料的配置是可能的，具有不同程度的头部灵敏度。

漫射光纤电缆由一对小面组成，其中一个连接放大器，另一个连接传感头。同时，两根电缆连接到敏感头——一根用于光源，另一根用于电子设备。

单光束光纤电缆包含一对相同的电缆，每根电缆都连接到一个放大器并有自己的光学头。一根电缆用于传输光，另一根用于接收光。

纤维本身通常是玻璃或塑料。塑料——更薄、更便宜、更灵活。玻璃更坚固，可以在更高的温度下工作。塑料可以切割成一定长度，但玻璃只能在制造阶段切割。纤维护套——从挤压塑料到重型不锈钢编织。

选择光学传感器最重要的是选择合适的光学头。毕竟，正是与头部的灵敏度有关，检测零件的准确性，无论是小的、静止的还是移动的，都是相关的。接收器和发射器相对于物体位于什么角度，允许的色散是多少。是需要圆形光纤束来产生圆形光束，还是需要扩展光纤束来产生水平投影。

至于圆形光束，在漫射头中，它们可以均匀地分支，其中一半是所有输出光纤，另一半是接收光纤。这种设计很常见，但在从与分叉线成直角移动的部件中读取信息时可能会导致延迟。

源和接收器光纤的均匀分布导致更均匀的光束。均匀的光束使您可以均衡发送和接收波的影响，并且无论物体的运动方向如何，检测都会结果。

光学头的类型、电缆长度和放大器对光学观察距离有显着影响。很难给出准确的估计，但制造商会指出这些数据。单光束传感器比漫反射传感器具有更宽的范围。更长的纤维，更短的距离。更好的放大器——更强的信号，更大的范围。

分布式 I/O 越来越多地用于工业自动化，并且可以将多条电缆从光学传感器连接到单个歧管。

光放大器通常是独立的、单通道 DIN 导轨安装设备，易于面板安装，唯一的缺点是从单个放大器路由连接。

收集器可以将多个光学通道组合到一个控制中心：收集器配备菜单驱动的显示器，每个通道都可以单独编程。配置好的通道可以通过AND/OR逻辑使用，大大简化了PLC的控制。

光纤的使用在高电噪声条件下运行的系统中表现良好。光纤不接收电噪声，电子放大器由机柜保护。在设备装配过程中自动检测传送带上零件的小型装配线是光学传感器的另一种非常有前途且已经相当广泛的应用。

具有不同方向、不同尺寸、不同分散度的头部可提供所需的聚焦精度，而不管传感器的尺寸如何——所有这些与控制逻辑一起，开辟了巨大的可能性潜力。例如，一个传感器检测组装开始处是否存在零件，第二个传感器确认组装结束。

此外，无论应用如何，选择具有适合用户所需应用参数的传感器和探头非常重要：在散射、距离、采样、设置和编程选项方面。

唯一的缺点是不能过度弯曲纤维。有必要再弯曲一点，纤维将发生不可修复的塑性变形，吞吐量将降低或完全消失。允许的弯曲半径取决于光纤的类型以及光纤束中光纤的尺寸和分布。在为您的应用选择传感器时应考虑这些特性。