Giriş: Optik Seviye Sensörlerinin Eleştirel Rolü

[[0)Optical seviye sensörleri[Döneticileri, endüstriyel otomasyon, süreç kontrolü ve tüketici uygulamaları. CNC makinelerinde serin bir LED veya lazer kullanımından, içecek bott hatlarında seviyeleri tespit etmek için, bu sensörler hızlı, kontakt ölçümler sağlar, sıvıların varlığı veya yokluğu, sabit bir şekilde basittir.

Ancak, ışıka olan bağımlılık, bu sensörlerin pervap edici bir çevresel faktöre karşı savunmasız hale getirir: dış aydınlatma - daha yüksek hassasiyet ve güvenilirlik için zorlamak için doğal güneş ışığı, sağlam bir sensör tasarımı ve üst düzey sensör tasarımının temel bir parçası haline gelir.

Galak Işık Müdahalesini Anlamak

Orta Işık Kaynağının Kaynakları

Ambient light, her biri eşsiz bir ⁇ imzası ve zamansal davranışla ortaya çıkıyor:

  • [FONT:0)Sunlight:[Dönetici:[Döntgen: 0,0) Broad-spectrum (UV to IR) gün, hava ve coğrafi konum tarafından farklı bir şekilde yoğunlukla, doğrudan güneş ışığı 1000 W /m2'yi aşabilir, kolayca böyle seviyelere tasarlandıramaz.
  • [FONT:0)Incandescent aydınlatma:[Dönetici:[Dönetici: 1 ) Yakınlarda Zengin (IR) emisyonu, benzer dalgalarda çalışan IR tabanlı optik sensörler için özellikle sorun yaratıyor.
  • [FONT:0]Fluorescent ve LED aydınlatma: Bu sergi, belirli dalgalarda zirveler gösterir ve genellikle AC güç hattı frekansına göre güçlü bir modülasyon bileşeni içerir (50 / Hz) veya sürücü elektronik. 100-120 Hz flicker, mimik modlu sinyaller olabilir.
  • [FONT:0)Infrared ısıtıcılar ve radyatörler: Endüstri kuru veya ısıtma süreçleri içinde ortak, bu gruba sensörlerin karışmasına müdahale edebilecek sürekli IR radyasyonunu yayıyorlar.

Interference türleri

Ortam ışık müdahalesi, zamansal özellikleri ile sınıflandırılabilir:

  • [FONT:0)DC (steady-state) müdahale: ), Sürekli ışık, bir temel sinyali detektöre ekler, dinamik aralığı azaltır ve potansiyel olarak yükselticileri satır.
  • [Üye Olmayanlar) Arasındaki Fark: [Dönemli: 0,0) [Dönerilmiş) Aital aydınlatmadan gelen periyodik dalgalanmalar (örneğin, 100-120 Hz, duyun lambalardan alatır) bu, sensör algılama bandına girebilir.
  • [FONT:0)Transient müdahalesi:[Dönemli:[Dönemli) Kısa mesafeli pul pul pul puls, kaynak yayları veya araç kafa ışıkları, anlık yanlış tetikleyicilere neden olan anlık görüntüler.

Ambient Light, Sensör Performansını Nasıl Etkiliyor

Degradasyonların Mekanikleri

Ortam ışığı bir fotodetektöre çarptığında, birkaç ilgili etkiler degrad sensör performansı:

  • [FONT:0)Fotoğraftatector saturasyon: Yüksek Orta Orta Orta Orta Orta ışık seviyeleri, dedektörü veya transimpedans yükselticiyi doğrusal olmayan bir işleme iten büyük fototazlar yaratır.Bir kez sensör, kendi yayıcısından küçük sinyali ayırt edemez, etkili bir şekilde körüne kör edebilir.
  • [FONT:0)Redüklenen sinyal-to-noise oranı (SNR): [Dönetici altında 1 mm nesne, düşük güneş ışığı altında aynı mesafeyi tespit eden bir sensör, toplam foton köküne doğru ses oranını doğrulamaktadır.Bu SNR'yi azaltır, örneğin, malzeme varlığını güvenilir bir şekilde tespit etmek için daha zor hale getirir.
  • [FONT:0]False tetikleyicileri:[Dönetici:[Dönetici: 0) Dış ışık, bir yanlı veya gelen sinyal olarak yanlış yorumlanabilir. Örneğin, retroreflektif bir sensör “görünür” güneş ışığı bir ışık bir yüzeyden çıkar ve yanlışlıkla bir nesne yokluğu gösterebilir.
  • [FONT:0)Desensitizasyon ve sürüklenme:[Dönetici: 0 ) Otomatik kazanç kontrolü (AGC) ile sensörler, yüksek çevreye yanıt olarak yüksek ortamdaki ışık, hedef sinyaline karşı hassaslığı azaltabilir. Bu tazminat yavaş olabilir, histeriler veya oscillation.

Farklı Sensör Türleri Üzerine Etkisi

Ortam ışık müdahalesinin şiddeti sensör topoloji ile değişir:

-beam sensörleri

Bu, alıcıya ayrı bir yayıcı ve alıcı kullanır. The Ambient light falling on the client can Maske the Lack of the shaject present) veya yanlış “daha kırık” sinyallerine neden olabilir. Genellikle yansıtıcı türlerden daha az etkilenirler, çünkü alıcı yayıcıdan işaretlenir, ancak yan yana ışık hala endişe vericidir.

Retroreflective sensörler

Aynı konutta yay ve alıcı ile, bunlar bir reflektöre güveniyor. Ambient light yan yanan yüzeyler yansıtmak, yanlış “hayır nesnesi” okumalarına yol açabilir. Conversely, güçlü ortam ışığı alıcıyı aşırı derecede fazla abartabilir, sürekli “object Present” çıktılarına gerçek malzemeden bağımsız olarak neden olabilir.

Diffuse (proximity) sensörler

Bu algılama ışığı doğrudan hedeften yansıtılır. Onlar, çevre ışık için en hassastır çünkü alıcı aynı yönde yayıcı olarak hedef alan herhangi bir dış ışık, geri dönüş sinyaline eklenir, gerçek bir hedef ve ışık renkli yüzey arasındaki farklılaşmayı neredeyse tamamen yüksek çevre ışığı altında imkansız hale getirir.

Sayısal Etkileri

Endüstri standartları (örneğin, IEC 60947-5-2) fotoelektrik sensörleri için bağışıklık seviyelerini tanımlar, genellikle maksimum ışık yoğunluğunu (ortalama veya W/m2), sensörin doğru şekilde çalışmasını sağlar. Standart bir endüstriyel sensör, sadece 10 $ 'lık (overcast gün) için derecelendirilebilirken, açık bir şekilde güneş ışığının aşırı ısıtılması için 100.000 luxe mal olabilir.

Mitigate Orta Işık Müdahalesi

Optik Filtreleme

Selective Wave filtreleme, en etkili ve yaygın kullanılan tekniklerin biridir. Alıcının önünde optik bir filtre koyarak sadece yayıcının dalga dalga dalgasını (veya etrafındaki dar bir grup), genişleyen ortam ışığının çoğu reddedilir.

  • [FONT=0)Bandpass filtreleri: [Dönderin ayrı bir zirveye sahip olduğu zamanlar kullanılır (örneğin, 850 nm IR LED). Interference filtreler 20-50 nm bant genişliğine ulaşabilir,% 90-99 dış bandın yüzde 90'ını reddeder.
  • [FONT=0) Uzun veya kısa vadede filtre: [Dönder: [Dönder: 0,4,0) veya uzun dalga uzunluğu (mavi/UV) veya uzun dalga uzunluğu (gölen) müdahale. Örneğin, 700 nm bloklarında keserek uzun bir filtre, yakın bir süre boyunca görünür ışık.
  • [FONT=0)Polaring filtreler:[Dönetici:[Dönetici:0) Ortam ışığını spektral yansımalarından azaltılabilir, ancak aynı zamanda sinyal gücünü azaltır ve seviye algılamada daha az yaygındır.

Son derece yüksek Orta Orta Orta Orta Orta Işık ile uygulamalar için, [[0)troic filtreler[DDDÜT:1) keskin kesmeler ve yüksek dayanıklılık sunar. Ancak filtreler, maliyet ekleyin ve agular bağımlılığından kaçınmak için kesin bir uyum gerektirir.

Modated Light and Synchronous Tespit

Sensörin belirli bir frekansta yayıldığını (tipik olarak 1-500 kHz) ve aynı frekansın sürekli ve düşük frekanslı ortam ışığı reddetmesi için altın standart olduğunu kullanarak.

  • Alıcı, modulation frekansı üzerinde bir bandpass filtresi merkezi içeriyor, DC ışığı (güneş, incandescent) ve AC line-freze flicker (100-120 Hz).
  • Synchronous algılama (lock-in amplification) Bu, gönderilen referans tarafından alınan sinyali çokça belirtir, sadece modlu bileşeni çıkartabilir.Bu, ilgili gürültünün% 99.999'unu reddedebilir.
  • Modern sensörler sahte-random kodları veya yayılma-spectrum modulation'ı diğer yakın modlu sensörlerden (anti-crosstalk) müdahaleyi reddetmektedir.

Moderatör sensörleri her şeyde standarttır, ancak en basit seviyedeki uygulamalar. Örneğin, [[GÖRT:0)Keyence[DÜT:1) ve [[Dönetici:2)Banner Engineering[DDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜye Olmayan Sensörler) doğrudan güneş ışığında işlem yapan modülasyon frekansları ile diyalektik sensörler sunar.

Mekanik Shielding ve Hoods

Fiziksel engeller, ortamı aydınlatmayı azaltmak için düşük maliyetli, son derece güvenilir bir yöntem olarak kalır:

  • [FONT:0]Shrouds ve hoods:[Dönder ve alıcının görüş alanını sınırlamasına izin verdi.Bir tüp veya balcomb yapısı sadece giriş için istenen yönten ışık sağlar.
  • [FONT:0)Sunshades:[Dönetici için] Açık sensörler için, basit bir çatı veya vizör, sensöre bir tanka izin verirken doğrudan güneş engelleyebilir.
  • [FONT:0)Koncealed montaj:[Dönetici:[Dönetici:0))) opak muhafazaların içinde küçük açılışlarla kirişler.

Shielding özellikle alıcının geniş bir olay ışığına maruz kalabileceği göz sensörleri sayesinde önemlidir. tank düzeyinde algılamada, ışıkla bir göz camı dramatik bir şekilde müdahaleyi azaltabilir.

Sensör Yeri ve Oryantasyon

Stratejik konum, donanım değişiklikleri olmadan çevresel ışık maruziyeti önemli ölçüde azaltabilir:

  • Alıcıyı doğrudan pencerelerde, gök ışıklarını veya son derece yansıtıcı duvarları işaret etmekten kaçının.
  • Orient sensörleri böylece alıcı, baskın ışık kaynağından yüz yüze karşı karşıyadır. Örneğin, kuzey hemisphere'deki ekipman kuzey tarafında onları monte eder.
  • Açık yüklemelerde, zaman-güney varyasyonlarını düşünün: noon'da çalışan bir sensör, alıcı ile güneş açısı hizalarında gün batımı boyunca başarısız olabilir.
  • Farklı pozisyonlarda birden fazla sensör kullanın ve okumaları karşılaştırın (reddancy) yanlış sinyalleri reddetmesi.

Elektronik Denge ve Dijital İşleme

Gelişmiş algılama elektronikleri, çevresel koşullara dinamik olarak adapte olabilir:

  • [FONT:0)Automatic kazan kontrol (AGC):) İntegra yükseltici toplam fotoğrafta dayalı kazanım kazanır.Bu nedenle, dikkat, duyarlılığın çok fazla azaltılmasından kaçınmak gerekir. Bazı sensörler sinyal ve ortam için ayrı kazanç yollarını uygular, çevre bileşeni dijital olarak kaldırır.
  • [FONT:0)Background baskı:[D) Bir pozisyona duyarlı bir dedektörleri (PSD) veya triangulation kullanarak, bu sensörler sadece yoğunluktan ziyade hedefe mesafeyi ölçürler.
  • [FONT:0) Dijital filtreleme:[Döneticiler hareket ortalamaları, medya filtrelerini veya geçici ışık değişikliklerini reddetmek için uyarlanabilir eşler. Gerçek zamanlı ortam ışığı izleme, sensörün, olasılıksal olarak ayarlanmasını sağlar.

Gerçek Dünya Uygulamaları ve Zorluklar

Açık Tank Seviye Ölçümü

petrokimyada, su tedavisi ve tarımsal uygulamalar, tanklar genellikle güneş ışığıyla maruz kalıyor. Optik seviye sensörleri doğrudan güneşle, sıvı yüzeyi kapatıyor ve gün boyunca çeşitli ışık seviyelerinin doldurulması gerekiyor.Ortak bir çözüm, dar bir kiriş ve bir güneş ışığı ile birlikte, bir beyaz veya metalik yansıtma ile birlikte, kondensiyon veya yağmuru en aza indirmek için bir modda ışık ortamı pompalayabilir.

İçecek ve Gıda İşleme Hatları

Bottling hatları genellikle karmaşık aydınlatmaya sahiptir: yüksek-bay LED fikstürler, aralıklı strobes ve yansıtıcı paslanmaz çelik ekipman. Optik dolum seviyesi sensörleri AC-güdümlü LED'lerden flicker reddetmeli ve ışıktan yanlış “bottle Present” sinyalleri ışıktan ışıktan uzaklaştırmalarını engelleyebilirler, çünkü zaman zaman aralığı azalır.

Otomotiv ve Solar-Powered Systems

Elektrikli araçlarda, optik soğutucu seviye sensörleri, pano aydınlatma ve dış güneş ışığı radyatör ızgarası ile giriş altında çalışmalıdır: Güneşli kablosuz sensörler (örneğin yağmur kovalama için) özellikle savunmasızdır, çünkü kendi yayıcılarının yoğunluğunu sınırlandırmalıdır. Bu sistemler genellikle filtre ve görev döngüsünden geçer: yayıcı yangınlar kısa, kısa, parlak bir darbe sırasında, alıcı örnekleri sadece o nabız sırasında ve geri kalanı güçten tasarruf etmek için kalır.

Orta Işık Direnişi'nde İleriler

Lazer tabanlı ve Zaman-Flight Sensörleri

Modern lazer mesafe sensörleri (örneğin, VCSEL veya lazer diyotları kullanarak) daha dar, kollektif bir kirişde yüksek optik güç sunar. Zaman ışığında ölçümle birlikte, beklenen birkaç nanosaniyeye göre algı, çünkü tespit kısa bir pula dayanmaktadır, mutlak yoğunlukta çalışmaz. Ortamdaki ışık daha basit hale gelir: Darband optik filtre lazer ışığı lazer ışığı, lazer ışığıyla karşılanır, artı zaman zaman zaman zamanlayıcısı, sadece beklenebilir.

Tümleşik Orta Işık Sensörleri Dinamik Uyum için

Bazı endüstriyel sensör modülleri, belirli bir ortam ışığı fotodiode (örneğin, bulut geçişli bir akışla bir Si fotodiode) sürekli olarak arka plan koşullarını izlemek için. sensör mikro kontrolleri daha sonra yayılabilir güç, modulation frekansı ve gerçek zamanlı olarak eşiği tetikleyebilir.

Multi-Element Photodetectors

Tek bir pikselden ziyade, fotodetectors dizileri (örneğin, dörtlü diyotlar veya lineer diziler) uzaysal ayrımlara izin verir. 2'lik bir değişkenle diyalektif bir sensör, geri dönüş ışığının açısını ölçebilir; ortam ışığı genellikle sensörün kendi yansımasından farklı bir yöne gelir, yazılım reddedilmesine olanak sağlar.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Ortam ışık müdahalesi, optik düzey sensörlerin tasarımı ve uygulanmasında merkezi bir meydan okuma olarak kalır. aşırı dereceden bir kaynak ark tarafından felakete neden olan ince sürüklenmelerden, dış ışık ölçüm doğruluğu ve sistem güvenilirliğini zayıflatabilir. Neyse ki, çok yüksek çözünürlükte bir yaklaşım - çok yüksek çözünürlükte, modlu bir emisyon, mekanik koruyucu, akıllı yerleştirme ve gelişmiş dijital işleme - çoğu senaryo için uygun seviyelere müdahaleyi azaltabilirsiniz.

Sensör teknolojisi geliştikçe, laboratuvar performansı ve gerçek dünya sağlamlığı arasındaki boşluk daha da daraltmaya devam etmektedir. Lazer tabanlı zaman-of-flight sensörleri, adaptif algoritmaları ve yeni fotodetector mimarlıkları, daha da büyük bağışıklık vaat ediyor, daha önce sığar veya ultrasonik teknolojiler tarafından hükmedilen uygulamaları algılayabiliyor.

[0]Ekm:0)Ekm.

  • [0]Sensors Magazine: Orta Işıkta Fotoelektrik Sensör Performansı Geliştirmek[Dönemli: 1 )
  • [[DüzD:0)Analog Cihazları: Optik Sensörler için Orta Işık Rejeksiyon Teknikleri[Dön 1: 1)
  • [0]Wikipedia: Fotoelektrik Sensöri – Interference and Mitigation).
  • [FONT=0)Fotoğraflar Medya: Robust Optik Sensör Sistemleri Tasarımı[Dönem: 1)