ما أنواع محولات الضوئية المتاحة، وكيف تختلف؟

المقدمة

تم تقديم أجهزة التبديل الضوئية في عام 1906، وهي تتحكم في كل جانب من جوانب الأتمتة الصناعية الحديثة بفضل الكشف الدقيق والقابل للقياس والذي من المستحيل تقريبًا تكراره. ومع ذلك، هذه أجهزة تعتمد على الضوء وهي أجهزة متوقعة ذات خصائص مختلفة وتطبيقات واسعة النطاق أيضًا. في المقال التالي، سنغطي أنواعًا مختلفة من أجهزة التبديل الضوئية لأنها تختلف في وزن تشغيلها، واستخداماتها، وتصميمها.

فئات أجهزة التبديل الضوئية

هناك أربعة أنواع من الأجهزة الضوئية: المرتدة، والمرور عبر الحزمة، والانعكاس المتوزع والألياف البصرية.

أجهزة الاستشعار الرجوعية

وهذا ممكن لأن المستشعرات المرتدة ترسل حزمة ضوء إلى الكائن (الذي يقطع الضوء في الاتجاه المعاكس لانتشاره)، ثم تكتشف نفس نوع الضوء العائد. هذا النوع من المستشعرات له تطبيقات محدودة حيث يتم الحفاظ على رؤية مباشرة مثل ماكينات التغليف أو تصميمات الناقلات. تعمل هذه المستشعرات بمستوى عالي من الثبات ويمكنها اكتشاف أجسام مختلفة بدءًا من المعادن اللامعة حتى البلاستيك الشفاف.

مستشعرات الشعاع المنقطع

تعمل المستشعرات المرتدة عن طريق إرسال حزمة ضوء إلى الكائن (الذي يقطع الضوء في الاتجاه المعاكس لانتشاره)، ثم استقبال نفس نوع الضوء العائد. هذا النوع من المستشعرات لديه استخدامات قليلة ذات خصائص الرؤية المباشرة مثل ماكينات التغليف أو تصميمات الناقلات. تعمل بمستوى عالي من الثبات وتميّز بين الأجسام المختلفة من المعادن اللامعة إلى البلاستيك الشفاف.

مستشعرات الانعكاس المتناثر

تعمل عن طريق إرسال شعاع ضوئي من جانب إلى الآخر عبر فجوة هوائية، ويتم استقبال الشعاع على الجانب المقابل. يتم تفعيلها عندما يقطع شيء ما الشعاع أثناء مروره من خلاله. تُستخدم بشكل شائع للكشف عن وجود أو غياب جسم من مسافة بعيدة مثل أجهزة التحكم في المستوى وأنظمة الأمان/الدخول.

أجهزة استشعار الألياف البصرية

في المستشعرات الضوئية الليفية، يتم استخدام الألياف البصرية لنقل الضوء إلى نقطة القياس ومنها. تناسب هذه التقنية البيئات الصناعية الثقيلة حيث تعمل دون تداخل كهرومغناطيسي وبدقة عالية، مما يجعلها قادرة على العمل بشكل أفضل في البيئات التي تتطلب توافقًا كهرومغناطيسيًا.

التباين بناءً على المبادئ التشغيلية

هناك أنواع عديدة من المقاييس الضوئية، والتي تختلف أيضًا بناءً على مبادئ تشغيلها (المستشعرات تحت الحمراء النشطة مقابل السلبية) واستخدام الضوء المرئي مقابل الضوء تحت الحمراء.

المستشعرات تحت الحمراء السلبية مقابل النشطة

من ناحية أخرى، أجهزة الاستشعار IR النشطة التي ترسل إشارتها الخاصة وتكشفها عند الانعكاس تعمل فقط في بيئة خاضعة للتحكم. أما أجهزة الاستشعار IR السلبية فلا تصدر ضوءًا بل تكتشف توقيع الحرارة للأشياء؛ وبالتالي تُستخدم لتوفير الطاقة.

أجهزة استشعار الضوء المرئي والضوء تحت الأحمر

لأجهزة استشعار الضوء المرئي استخدامات بسيطة في الأنظمة: تريد أن يكون الكشف عن الضوء مرئيًا للمشغلين البشريين. كنقطة إيجابية، فإن أجهزة استشعار الضوء تحت الأحمر تعمل في النطاق غير المرئي، مما يعني أنه ربما لا يمكنك رؤيتها أو التحقق من فعاليتها بصريًا، لكنها تعمل بشكل جيد جدًا في التطبيقات حيث لا يكون المظهر البصري جزءًا كبيرًا من المعادلة ولكن الاكتشاف يمثل جزءًا مهمًا منها.

الأنواع تعتمد على نوع الإخراج

تختلف المفاتيح الضوئية عن بعضها بناءً على نوع الإخراج أيضًا، حيث تعتبر تكوينات المترانزستور NPN وPNP الأكثر شيوعًا بينها.

إخراجات NPN وPNP

مخرجات NPN — عادة ما تكون بجمع مفتوح، لتطبيقات التصريف. مخرجات PNP — عادة ما تكون بمشتت مفتوح، لتطبيقات التزويد. كل من MPN وPNP شائعة في أنظمة التحكم، لذا فإن اختيار أحدهما يعتمد على متطلبات النظام التحكيمي المحدد.

مماثلة الخامس المخرجات الرقمية

مخرج رقمي أو تناظري: تحتوي بعض المقاطع الضوئية على مخرجات تناظرية، تقدم إخراجًا يمثل باستمرار شدة الإضاءة المحيطة؛ بينما توفر الأخرى مخرجات رقمية تنتج إشارة ثنائية تشير إلى ما إذا كانت تكتشف جسمًا أم لا. بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب مستويات ضوء دقيقة، تكون المخرجات التناظرية هي الحل، بينما تعمل المخرجات الرقمية للتطبيقات البسيطة للكشف.

الاعتبارات البيئية

يمكن لبعض المقاطع الضوئية تحمل التقلبات في الإضاءة المحيطة وهي مصممة خصيصًا لمتطلبات البيئة مثل اعتبارات الغبار والماء أو التشغيل عند درجات حرارة عالية.

مقشر ضوئي مخصص

بالإضافة إلى ذلك، تطلق السوق عدة أجهزة استشعار ضوئية متميزة مثل أجهزة استشعار العد السريع لحساب الأشياء التي تمر بسرعة متتالية، وأجهزة التبديل الآمنة للتحكم في الوصول وفرض السلامة، وأجهزة التبديل الذكية مع تقنية IO-Link للتوافق عبر شبكة الاتصال الصناعية.

خاتمة

هذا الجهاز الاستشعاري الضوئي ذو النطاق الواسع المتوفر في السوق يجعل من هذه الأجهزة التمييز يلعب دورًا أساسيًا في التحكم الحديث. سواء كان ذلك مستشعر انعكاسي عاكس لخطوط التغليف، أو مستشعر شعاعي مباشر لأنظمة الأمن، أو مستشعر انعكاسي منتشر لاكتشاف الأجسام في الروبوتات، فإن الجهاز المناسب يمكن أن يعزز بشكل كبير كفاءة وموثوقية أي عملية آلية. وبسبب التوسع التكنولوجي السريع، تظل أجهزة الاستشعار الضوئية راسخة في العديد من الآليات والتطبيقات.