Фотоэлектрлік сенсорлардың тұрақтылығына қандай факторлар әсер етеді?

Фотоэлектрлік сенсорлар тұрақтылығына әсер ететін экологиялық қиыншылықтар

Шаң, тұман және будың фотоэлектрлік сенсорлардың жұмысына қалай кедергі жасайтыны

Шаң және басқа ауадағы бөлшектер фотоэлектрлік датчиктердің жұмысына өте күшті әсер етеді. Кейбір зауыттық сынақтар шаң ұзақ уақыт бойы жиналған кезде, жағдай нашар болғанда, өтетін жарықтың жартысына дейінін блоктауы мүмкін екенін көрсетті. Бұл проблема инфрақызыл сәулелерді шашырататын ұсақ бұлтқа ұқсас заттармен одан да күшейеді, ол датчиктердің қате іске қосылуына әкеледі. Бу да басқа да қиындық туғызады, өйткені линзаларда конденсация пайда болады, ол жарықтың линзалар арқылы иілуін өзгертеді. Сондықтан қазіргі кезде көптеген жоғарғы дәрежелі датчик жасаушы компаниялар арнайы тазарту ауа жүйелерін қосып жатыр. Бұл жүйелер сезімтал бөліктердің айналасында таза ауа барьерін жасайды, ол шаң мен ылғалдың ішке түсіп проблема тудыруын болдырмақ үшін қажет.

Фотоэлектрлік датчиктердегі сигналдың бөгеулесуіне қоршаған жарықтың әсері

Тікелей күн сәулесі немесе пайдаланылатын дәнекерлеу шамдары сияқты өнеркәсіптік жабдықтар сияқты жарық көздерінен түсетін жарық сезгіштердің LED-жарықтарына әсер етіп, нақты сигналдарды фондық шудан ажырату қиындайды. Дәнекерлеу аймағына немесе шыны өндіретін жабдықтарға жақын орнатылған зауыттың сезгіштері жиі қате пайда болу деңгейі осындай жарық ластануына байланысты шамамен 30 пайызға өсіп отырады. Осындай мәселелермен күресу үшін жаңа жүйелерге жарық жиіліктерін өзгерту және шығындалмайтын толқын ұзындықтарын блоктау үшін арнайы сүзгілер қолданылады. Бұл әдістер стандарттық сезгіштердің жұмысына кедергі жасайтын қатаң жарық жағдайларында да дәл көрсеткіштерді сақтауға көмектеседі.

Ылғал мен будың конденсациялануы: сезгіштердің сенімділігіне жасырын қауіп

Ылғалдылық 85% RH-тан асқан кезде линзалар бұланады және ішкі PCB коррозиясы тездейді. 2023 жылғы бақылау талдауы тамақ өнеркәсібі зауыттарындағы сенсорлардың тазарту шараларына ұшыраған кезде бақыланатын ортаға қарағанда 40% артық техникалық қызмет көрсетуді қажет ететінін көрсетті. Герметикалық жабылатын және гидрофобтық қаптамалар ылғалды орталарда IP69K сәйкестігін қамтамасыз ету үшін қазір міндетті болып табылады.

Қарай: қорғауыш корпус пен ауа тазарту жүйелерінің қолданылуының артуы

Өнеркәсіптік автоматтандыру саласында NEMA 4X-қа сертификатталған сенсор корпусына деген сұраныс өткен жылмен салыстырғанда 55% өсті. Шойын болат немесе поликарбонаттан жасалған бұл корпус ылғалды немесе шаңды орталарда оптикалық тазалықты сақтау үшін ылғалды сіңіретін тыныс алу клапандары мен сығылған ауа шлангілерін қамтиды.

Зерттеу мысалы: ылғалды өнеркәсіптік ортада сенсордың істен шығуы

Мусон мезгілінде диффузиялық сенсорларды қолданатын бір тарау орны сағатына 12 рет жалған іске қосылуды бақылады. Қыздырылатын линзалары бар басымдық сенсорларға ауысқаннан кейін, жылдық тоқтап тұру 18% -ден 2% -ге дейін төмендеді. Әрбір өнім бірлігіне энергия шығыны 0,12 АҚШ долларына артқанымен, бұл өзгеріс жылдық 18 000 АҚШ долларын техникалық қызмет көрсетуге үнемдеуге әкелді.

Мақсат қасиеттері және олардың анықтау дәлдігіне әсері

Заттың түсі мен жарқырауы фототранзисторлық сенсор реакциясына әсер етуі

Бетінің түсі мен жарқырауы анықтау дәлдігіне тікелей әсер етеді. Қара беттер түскен жарықтың тек 15% ғана шағылдырады, ал ақ беттердің керісінше 85% (Optical Engineering Society, 2023), бұл автоматтандырылған сұрыптауда қиындықтар туғызады. Жинақталған деректер төменгі жарқырауы бар материалдар өнеркәсіптегі оқу қателерінің 40% құрайтынын көрсетеді, бұл сенсорларды таңдаудың маңыздылығын көрсетеді.

Бетінің мәтіні мен пішіні жарық шағылуына және анықтау тұрақтылығына қалай әсер етеді

Мөршігін беттер жарықты шашыратады, ал қисық геометриялар шағылдыруларды қабылдағыштардан алыстайды. Бақыланатын сынақтар 2 мм қисықтық радиусы жазық мақсаттармен салыстырғанда тиімді анықтау қашықтығын 40% азайтатынын көрсетеді. Нақты әлемдегі айнымалылықты ескеру үшін өндірушілер қолданыстағы бет бұзылуларын модельдеу үшін құммен тазартылған металл сынақ бөлшектерін пайдаланып сенсорларды реттейді.

Кішкентай немесе дұрыс емес пішінді мақсаттарды анықтаудағы қиындықтар

Мысалы, торлы сүзгілер сияқты 5 мм-ден кіші немесе күрделі пішіндегі кішігірім заттар сезгіштің шынымен анықтай алатын деңгейінің төменінде орналасқандықтан, анықталудан мүлдем тыс қалады. Зерттеулер сезгіштің көру аймағының төрттен бірінен аз болатын заттарды анықтау қиындықтарының шамамен үш есе өсетінін көрсетеді. Дегенмен, әсіресе ұсақ заттарды табу үшін жаңа әдістерді қолдану арқылы сала дамып келеді. Мысалы, ықкымалы порогтау сияқты әдістер дәлдіктің маңызды болатын өндірістік процестер кезінде өндірушілерге осындай миниатюралық бөлшектерді табуға көмектеседі.

Деректер талдауы: Қара беттердің төменгі шағылдыруына байланысты 40% қате оқулар

Салалық сауалнамалар қоңырау, автомобиль және орамалап өндіру салаларында анықтау қателерінің жартысына жуығы қара материалдарға байланысты екенін растайды. Стандартты сезгіштер 1500 люкс төменгі жарық сіңіру интенсивтілігінде қиындықтарға тап болады, бұл көміртегі талшық, каучук және басқа да төменгі шағылдыру коэффициенті бар материалдар үшін оптимизацияланған жоғары ұтыс моделерін әзірлеуге ынталандырады.

Стратегия: Мақсат қасиеттеріне байланысты оптималды сенсорлық режимдерді таңдау

Қазіргі заманғы фотоэлектрлік сенсорлар материалдардың әртүрлілігін ескеріп, алтыдан сегізге дейінгі анықтау режимдерін ұсынады. Ретро-рефлексті сенсорлар матталы беттермен жақсы жұмыс істейді, ал поляризацияланған нұсқалары жылтыр заттарды тиімді түрде өңдейді. Шыны сияқты жартылай мөлдір материалдар үшін модуляция жиілігі 50 кГц болатын сәулелік сенсорлар бутылкалау қолданбаларында 99,8% дәлдікті қамтамасыз етеді.

Фотоэлектрлік сенсорлардың тұрақтылығын арттыратын негізгі технологиялар

Шашыратқыш фотоэлектрлік сенсорларда үшбұрыштап өлшеуге негізделген артқы планды басу

Дамыған шашыратқыш сенсорлар шағылған жарық бұрышын талдау арқылы мақсатты беттерді артқы планнан ажыратады. Бұл жүйелер конвейерлер мен жабдықтардан туындайтын кедергілерді басу үшін анықтау порогын динамикалық түрде реттейді. Бұл қолмен қайта калибрлеуді қажет етпей, матталы немесе тұрақсыз орындалған заттарды тұрақты түрде анықтауға мүмкіндік береді.

Қашықтық негізіндегі заттарды анықтау үшін диодтық массив жүйелері

Диодтық жинақ сенсорлары объектінің орнын дәлірек есептеу үшін кеңістіктегі жарық үлгілерін талдауға мүмкіндік беретін динамикалық анықтау аймақтарын жасау үшін бірнеше қабылдағыш элементтерін пайдаланады. Жалғыз диодты модельдерден айырмашылығы, олар кеңістіктегі жарық үлгілерін талдайды. 2022 жылғы өнеркәсіптік зерттеу диодтық жинақ сенсорлары дәстүрлі конструкциялармен салыстырғанда жинақтау желілеріндегі орналасу қателерін 62% азайтқанын көрсетті.

Жолдың ұзақтығында тұрақтылық рөлін атқаратын уақыт-аралық технологиясы

Уақыт-аралық (TOF) сенсорлары жарық импульстерінің алға-артқа жүру уақытын өлшеу арқылы қашықтықты есептейді және 150 метрге дейінгі қашықтықта миллиметрлік дәлдікпен өлшеуге мүмкіндік береді. Дыбыс арқылы жұмыс істейтін аналогтардан өзгеше, TOF температураның тербелісі кезінде тұрақты болып қалады. Дамыған сигналдарды өңдеу бұл сенсорлардың сырттағы жарықтың өзгеруі кезінде де өлшеу нәтижесінің ауытқуын <3% деңгейінде ұстауына мүмкіндік береді.

Фотоэлектрлік сенсорларда импульсті модуляцияланған және модуляцияланбаған жарық

Пульс-модуляцияланған инфрақызыл жүйелер кодталған жарық үлгілерін шығарады, бұл қоршаған ортаның әсеріне төзімді болып, үздіксіз толқынды (модуляцияланбаған) сенсорлардан тиімдірек болып табылады. Пайдалану ортасы ластанған жағдайларда модуляцияланған сенсорлар қате іске қосылуды 83% кемітеді. Бұл мүмкіндік флюоресцентті немесе табиғи жарықпен толтырылған аймақтарда сенімді жұмыс істеуді қамтамасыз етеді.

Ластанған жағдайлардағы артық күш және өнімділік

Ластанған орталарда маңызды рөл атқаратын артық күшті түсіну

Артық күш - бұл негізінен детекторлау үшін қажетті ең төменгі деңгейден асқаннан кейін сенсорда қосымша жарық энергиясының қорға жиналуы. Бұл қосымша сыйымдылық шаң жиналу, май буларының әсері немесе уақыт өте линзалардың сапасының төмендеуі сияқты жиі кездесетін мәселелерге байланысты сигналдар төмендеген кезде көмектеседі. Жарықтың осындай жүйелерде таралуына арналған зерттеулер артық күші мол сенсорлар жарық деңгейі 97%-ға дейін төмендегенде де жұмыс істей беретінін көрсетті. Мұндай тұрақтылық қолайсыз жағдайлар жиі кездесетін қиын өнеркәсіптік орталарда мұндай сенсорлардың маңыздылығын анықтайды.

Мәлімет нүктесі: Тозаңды аймақтарда >3x Артық Күші бар сенсорлар 95% жұмыс уақытын сақтайды

143 өндірістік объектінің (2023 жылғы Индустриялық автоматтандыру жөніндегі есеп) деректері артық күш пен сенімділік арасында тығыз байланыс барын көрсетті:

Бұл табыстар ластанған ортадағы артық пайданың жалпы иелік құнын төмендететінін көрсетеді.

Стратегия: Қоршаған ортаның қатаңдығына негізделе отырып, қажетті артық пайданы есептеу

Оңтайлы артық пайданы анықтау үшін:

1. ISO 8573-1 ауа тазалығы стандарттарын қолдана отырып, ластаушы заттардың тығыздығын (бөлшектер/см³) өлшеңіз
2. Бөлшектердің өлшемін тарату (0,1–40 микрон аралығы)
3. Әсер ету жиілігін бағалау (үздіксіз немесе үзілісті)
4. Болжамсыз жағдайлар үшін 1,5–3 есе қауіпсіздік коэффициентін қолдану

Мысалы, 8 000 бөлшектер/см³ (10 мкм-ден аса шаңды ағаш өңдеу зауыты) жылына 1% -дан кем болатын істен шығуды сақтау үшін 4 есе артық күшейтуге ие болуы керек. Есептеулерді әрқашан өндірушінің берген экологиялық төмендету қисықтарымен тексеріңіз.

Тұрақты жұмыс істеу үшін дұрыс фотоэлектрлі сенсор түрін таңдау

Сәулелі сенсорлар: екі блокты конфигурациямен ең жоғары тұрақтылық

Сәуле арқылы жұмыс істейтін сенсорлар екі бөліктен тұрады: біреуі сигналды шығарады, екіншісі оны қабылдайды. Мұндай орнатулар кейде 60 метрге дейінгі қашықтықта заттарды сенімді түрде анықтай алады. Олардың ерекшелігі — компоненттердің тікелей арасындағы сәулелік жолды нақты бір нәрсе бітелген кезде ғана реакция беруі. Бұл олардың айналасында көп нәрсе болып жатқан, мысалы, жиі қағаз өндіретін зауыттарда немесе көптеген жұлдызшалар шашылатын пісіру жұмыстарының жанындағы орындарда жасанды оқуларды азайтуға көмектеседі. Әрине, орнату кезінде екі бөлікті дәлме-дәл бір түзуде орналастыру үшін белгілі бір күш жұмсау қажет. Бірақ дұрыс орнатылғаннан кейін, мұндай сенсорлар мөлдір шыны панельдер мен маттасты металл бөлшектерге дейінгі әртүрлі заттарды сенімді түрде анықтай алады. Сондықтан абсолютті дәлдік маңызды болатын кезде көптеген өнеркәсіптік қауіпсіздік жүйелері сәулелік технологияға негізделеді.

Ретрорефлекторлы сенсорлар: қашықтық пен орнату жеңілдігінің тепе-теңдігі

Ретрорефлекциялық датчиктер шығарушы және қабылдаушыны бір корпусқа біріктіреді, ал рефлектор жарық сигналын кері қайтарып, бастапқы көзге бағыттайды. Бұл құрылғылар шамамен 25 метр қашықтықтағы заттарды анықтай алады, ал оларды ірі-шалды өткізу жүйелеріне қарағанда орнату әлдеқайда оңай екенін ескерсек, бұл өте қатты әсер қалдырады. Сондықтан көптеген зауыттар оларды конвейерлер бойымен жылжып бара жатқан заттарды бақылау немесе автоматтандырылған қоймаларда қойма есебін жүргізу үшін пайдаланады. Алайда кемшілігі мынада: тозаң мен май дәстүрлі өткізу сәулелік датчиктерге қарағанда олардың жұмысына әлдеқайда тезірек кедергі жасайды. Лас жағдайлармен айналысатын зауыттар сенімділік мәселесі туындаған кезде мұндай датчиктерді жиі тазартуға мәжбүр болады немесе басқа шешімдерді іздейді.

Шашыратылған датчиктер және нысан мен фон өзгерістеріне сезімталдығы

Шашыратқыш датчиктер жарықты нұсқаған нысанаға шағылыстырып жұмыс істейді, сондықтан қосымша шағылдырғыш бөлшектерге мүлде мұқтаж емес. Олар роботтық қол механизмдері сияқты тар кеңістіктерге жақсы сәйкес келеді, бірақ өзіндік кемшіліктері де бар. Датчик көрсеткіштері нысананың бетінің жылтыр немесе матты болуына байланысты тербеліске ұшырауы мүмкін. Біз жылтыр беттердің кейде нысанды қашықтықтан анықтауға әкелетінін байқадық – бұл қатты текстуралармен салыстырғанда шамамен 40% қашықта болуы мүмкін. Сонымен қатар, нысананың артындағы нәрсе де көрінбесе, ол да көрсеткіштерді қатты бұрмалап, бар кімнің де керегі жоқ жалған сигналдарға әкеліп соқтырады.

Өнеркәсіптегі парадокс: тұрақсыздығы төмен болса да, шашыратқыш датчиктердің танымалдылығы

Төмен тұрақтылық деңгейіне қарамастан, өндірістік кәсіпорындардың 58% негізінен таратылған сенсорларды орнатады (Индустриялық автоматтандыру бойынша есеп, 2023). Бұл таңдау төмен орнату құны мен шағамалы мақсаттарға (мата байламдары немесе резеңке сақиналар сияқты) бейімделу мүмкіндігіне байланысты, онда отражательді орнату тиімсіз болып табылады.

Көрінетін қызыл, инфрақызыл және лазерлік сәуле: анықтау дәлдігіндегі айырбастар

• Көрінетін қызыл ағыс : Көзбен бағдарлауды жеңілдетеді, бірақ күн сәулесі бар аймақтарда нашар жұмыс істейді
• Қызылдық қабат : Қоршаған ортаның жарық әсеріне төзімді, бірақ осциллографсыз диагностикалау қиынға соғады
• Лазерлік : Жартылай өткізгіштерді өңдеу үшін ±0,1 мм дәлдікті қамтамасыз етеді, бірақ тұман немесе буда жұмысы тоқтайды

Жаңадан пайда болған көп спектрлі сенсорлар орташа жағдайдың кері байланысын пайдаланып, автоматты түрде толқын ұзындығын ауыстырады, өзгеріп отыратын жағдайларда тұрақтылықты арттырады.