Оптический датчик положения на ИК лучах

Оптический датчик положения объекта на ИК лучах относится к группе так называемых бесконтактных выключателей. В эту группу входят следующие типы датчиков:

• индуктивные
• емкостные
• оптические
• ультразвуковые
• магнитные

Предложенный вашему вниманию оптический датчик положения характеризуется тем, что излучатель и приемник размещены в отдельных корпусах. Прямой оптический луч идет от излучателя к приемнику и может быть перекрыт объектом воздействия. При проектировании датчика были применены недорогие и доступные компоненты.

На рисунке внизу представлена схема излучателя.

Излучатель состоит из двух функциональных частей: генератора и ИК светодиода. Генератор необходим для того, чтобы промодулировать ИК излучение частотой 10кГц и таким образом сделать полезный сигнал более отличимым от сигнала помехи, создаваемого нагревательными приборами, циркуляцией воздуха, осветительными приборами и т.п. Питание напряжением +12В подается на входы ХТ1 и ХТ2. Выход ХТ3 может использоваться для подключения дополнительного ИК светодиода, служащего источником излучения для второго приемника.

Чертеж печатной платы в формате P-CAD 2006 приведен в прикрепленном файле TRANSMITER.pcb.

На следующем рисунке показана схема приемника.

Приемник состоит из следующих функциональных частей:

• стабилизатор напряжения
• ИК фототранзистор
• усилитель переменного напряжения
• демодулятор
• триггер Шмитта
• выходной ключ

Стабилизатор напряжения выполнен на микросхеме 78L12. Фототранзистор BPT-BP2914 преобразует модулированный ИК сигнал в переменное напряжение. Первый операционный усилитель микросхемы LM358N усиливает переменное напряжение, диод D1 выпрямляет его, а конденсатор C2 служит фильтром для пульсирующего напряжения. На втором операционном усилителе микросхемы LM358N сделан триггер Шмитта (компаратор с петлей гистерезиса). Транзистор Т2 является выходным электронным ключём.

На входы ХТ1 и ХТ2 подается постоянное нестабилизированное напряжение 15В - 20В. На выходе ХТ3 присутствует стабилизированное напряжение для питания как приемника, так и передатчика. К выходу ХТ4 подключается внешняя нагрузка.

Чертеж печатной платы в формате P-CAD 2006 приведен в прикрепленном файле RECEIVER.pcb.

Несколько слов о конструкции. В корпусах передатчика и приемника строго напротив светодиода и фототранзистора сверлятся отверстия диаметром 3-4 мм. Светодиод и фототранзистор должны быть углублены по отношению к поверхности корпусов на несколько миллиметров для обеспечения узконаправленного луча. Передатчик и приемник должны устанавливать на расстоянии 20см-30см.

Вышеописанные оптические датчики положения объекта на ИК лучах были применены с системе АСУТП прокатного стана. Когда прокатанный профиль перекрывал луч первого датчика, на преобразователь частоты, управляющего приводом стана, поступала от датчика команда на плавное снижение частоты. Затем профиль на малой скорости продвигался ко второму датчику и перекрывал его луч. От датчика поступала команда на останов стана. Останов стана на малой скорости позволил получить абсолютную погрешность в длине изделия в несколько десятых долей миллиметра. А если учесть длину изделия (8м-12м), то этой погрешностью можно пренебречь.