سنسورهای نوری نوعی دیگر از سنسورهای مجاورتی می باشند که براساس ارسال و دریافت نور مدوله شده کار میکنند.

سنسورهای نوری Photoelectric Sensors

سنسورهای نوری بر اساس ارسال و دریافت نور مدوله شده کار میکنند. نور مدوله شده پالس هایی با فرکانسی ما بین 5 الی 30 کیلو هرتز می باشد و استفاده از نور مدوله شده سبب بالا رفتن رنج تشخیص سنسور و همچنین پایین آمدن اثر نور محیط برروی سنسور می شود. این نور می تواند در طیف نور مرئی سبز تا نور نامرئی مادون قرمز باشد.

شکل زیر طیف نورهای مختلف را نشان می دهد.

طیف نورهای مختلف

البته بیشتر در ساخت سنسورهای نوری از نور مادون قرمز با طول موج 880 نانو متر استفاده می شود. علت این امر تداخل کم نور مادون قرمز با نور محیط و بالارفتن فاصله سویچینگ سنسور می باشد. بر روی سنسورهای نوری یک پتانسیومتر به منظور تنظیم حساسیت سنسور نصب می شود.

شکل زیر چند نمونه سنسور نوری را نشان می دهد.

چند نمونه سنسور نوری

انواع مختلف سنسورهای نوری

سنسورهای نوری به سه دسته زیر تقسیم بندی می شوند :

سنسور نوری یک طرفه (Diffuse reflective)
سنسور نوری یک طرفه رفلکتوری (Retroreflective)
سنسور نوری دو طرفه (Through beam)

سنسور نوری یک طرفه (Diffuse reflective)

سنسورهای نوری یک طرفه براساس ارسال نور مدوله شده و دریافت، بازتابش این نور از سطوح مختلف کار می کنند. در این سنسور بخش فرستنده و گیرنده در کنار یکدیگر در داخل یک قطعه نصب می شوند.

اجزای داخلی این سنسور مطابق شکل زیر می باشد.

اجزای داخلی سنسور نوری یک طرفه

در سنسور نوری یک طرفه، نور مدوله شده توسط فرستنده به طور مستقیم در فضا پخش می شود، در صورتی که این نور به مانعی برخورد کند به صورت خطوط مستقیم و غیر مستقیم منعکس می شود، که میزان انعکاس این نور بستگی به رنگ، نوع سطح، حجم و زاویه مانع دارد.

میزان انعکاس نور

انعکاس سطوح روشن و صیقلی بیش از سطوح تیره و غیر صیقلی بوده. نور انعکاس یافته توسط گیرنده این سنسور دریافت و در صورتی که میزان این نور به حد کافی باشد خروجی تغییر وضعیت می دهد.

دقت شود که فاصله سویچینگ این نوع سنسور بستگی به میزان انعکاس نور مدوله شده دارد لذا سطوح روشن و صیقلی از فاصله دوری قابل تشخیص می باشند.

فاصله سویچینگ این نوع سنسور بر اساس مقوای سفید با سطح صاف بیان می شود و برای محاسبه فاصله سویچینگ برای سایر اجسام می توان از ضریب تصحیح، مطابق جدول زیر استفاده کرد.

جدول ضریب تصحیح اجسام

همانطور که بیان شد رنگ اجسام در تشخیص آنها بسیار موثر می باشد، به طور کلی سنسورهای نوری یک طرفه قادر به تشخیص اجسام روشن با سطح بازتابش صیقلی مانند اجسام زیر می باشند؛

مقوا با رنگ های روشن
پارچه با رنگ های روشن
شیشه های روشن
پلاستیک های روشن

دقت شود که این نوع سنسور قادر به تشخیص پلاستیک های مات سیاه، لاستیک های سیاه و پارچه های تیره نمی باشد و برای تشخیص این اجسام می توان از دو نوع دیگر سنسور نوری (رفلکتوری و دو طرفه) استفاده کرد. البته این اجسام را می توان توسط سنسورهای خازنی و اولتراسونیک تشخیص داد.

برای نصب سنسورهای یک طرفه می بایست دقت شود که زمینه پشت سنسور نور را جذب یا منحرف کند تا در صورتی که مانعی روبروی سنسور وجود نداشت، نور منعکس شده به سنسور باعث فعال شدن سنسور نشود. سنسور نوری یک طرفه کمترین فاصله سویچینگ را در بین انواع سنسور نوری دارد. البته این فاصله نسبت به فاصله سویچینگ سنسورهای القایی و سنسورهای خازنی بسیار بیشتر است.

فاصله سویچینگ برای سنسورهای نوری یک طرفه در حدود 2 متر می باشد.

جدول زیر برخی از مشخصات فنی یک نوع سنسور نوری یک طرفه پرکاربرد را نشان می دهد.

جدول مشخصات فنی سنسور نوری یک طرفه

مثال هایی از کاربرد سنسور نوری یک طرفه

کنترل وضعیت قطعه کار بر روی نوار نقاله

دقت شود که در این کاربرد می بایست پتانسیومتر حساسیت سنسور را طوری تنظیم کرد که فقط قطعات با وضعیت صحیح را تشخیص دهد.

کنترل وضعیت قطعه کار بر روی نوار نقاله

کنترل شکل و موقعیت قطعه کار

کنترل شکل و موقعیت قطعه کار

سنسور نوری یک طرفه رفلکتوری (Retroreflective)

سنسور نوری یک طرفه رفلکتوری براساس ارسال نور مدوله شده و دریافت انعکاس این نور از رفلکتور عمل می کند. در این سنسور بخش فرستنده و گیرنده در کنار یکدیگر در داخل یک قطعه نصب می شوند و نور مدوله شده در فضا منتشر می شود.

در روبروی سنسور یک رفلکتور نصب می گردد و با برخورد این نور به رفلکتور نور تحت زاویه ای معین به صورت یک خط مستقیم به سمت گیرنده سنسور انعکاس داده می شود. در صورتی که یک مانع در مسیر انعکاس این نور قرار گیرد، دیگر امکان دریافت این نور توسط گیرنده فراهم نیست. در نتیجه سنسور وجود مانع را تشخیص داده و خروجی سنسور تغییر وضعیت می دهد.

مکانیزم کارکرد سنسور نوری رفلکتوری

سنسور نوری رفلکتوری فاصله سویچینگ بیشتری نسبت به سنسور نوری یک طرفه دارد اما فاصله سویچینگ آن کمتر از سنسور نوری دو طرفه می باشد. به طور معمول فاصله سویچینگ این سنسور حدود 10 متر می باشد.

جدول زیر برخی از مشخصات فنی یک نوع سنسور نوری رفلکتوری پرکاربرد را نشان می دهد.

جدول مشخصات فنی سنسور نوری رفلکتوری

مثال هایی از کاربرد سنسور نوری رفلکتوری

شمارش قطعات عبوری از روی نوار نقاله

در این کاربرد فقط نیاز به نصب رفلکتور در یک طرف نوار نقاله می باشد و نیازی به کابل کشی در سمتی که رفلکتور نصب شده نمی باشد. و امکان شمارش اجسام مات و سیاه نیز با استفاده از این سنسور وجود دارد.

شمارش قطعات عبوری از روی نوار نقاله

کنترل میزان شل شدن پارچه یا ورق توسط چند سنسور نوری رفلکتوری

دقت شود که استفاده از این سنسور فقط برای کنترل حرکت پارچه یا ورق های تیره امکان پذیر می باشد.

کنترل میزان شل شدن پارچه یا ورق

سنسور نوری دو طرفه (Through beam)

سنسور نوری دو طرفه براساس ارسال نور مدوله شده در قسمت فرستنده و دریافت این نور توسط گیرنده ای که در مقابل فرستنده نصب می شود عمل می نماید. در این نوع سنسور فرستنده و گیرنده مجزا از یکدیگر می باشند.

نور مدوله شده توسط فرستنده ارسال می شود و گیرنده این نور را دریافت می کند و در صورتی که ما بین فرستنده و گیرنده مانعی قرار گیرد، دیگر نور توسط گیرنده دریافت نمی شود، در نتیجه سنسور وجود مانع را تشخیص داده و خروجی سنسور تغییر وضعیت می دهد.

مکانیزم کارکرد سنسور نوری دو طرفه

سنسور نوری دو طرفه بیشترین فاصله سویچینگ را در بین انواع سنسورهای نوری دارد. فاصله سویچینگ این سنسور در برخی موارد به بیش از 100 متر نیز می رسد.

جدول زیر برخی از مشخصات فنی یک نوع سنسور نوری دوطرفه پر کاربرد را نشان می دهد.

جدول مشخصات فنی سنسور نوری دوطرفه

مثال هایی از کاربرد سنسور نوری دو طرفه

چک کردن شکستن مته توسط سنسور نوری دو طرفه

چک کردن شکستن مته

جلوگیری از سانحه با نصب سنسور نوری دو طرفه در دو طرف درب برقی پارکینگ

کنترل تردد درب های اتوماتیک

سنسورهای نوری همراه با کابل فیبر نوری

می توان با استفاده از کابل های فیبر نوری، نور فرستنده و گیرنده سنسورهای نوری را کنترل کرد. در واقع می توان نور منتشر شده توسط بخش فرستنده سنسور را با استفاده از کابل فیبر نوری به نقاط دلخواه هدایت کرد. و نور منتشر شده فرستنده سنسور را با استفاده از کابل فیبر نوری به سمت گیرنده سنسور هدایت کرد.

مکانیزم کارکرد سنسور نوری با کابل فیبر نوری

سنسورهای نوری همراه با کابل فیبر نوری در بسیاری از محیط ها مورد استفاده قرار می گیرد اما کاربرد اصلی آنها در محیط هایی که خطر انفجار وجود دارد می باشد. همچنین با استفاده از کابل فیبر نوری این امکان وجود دارد که از سنسور یک طرفه مانند سنسور دو طرفه مطابق شکل زیر استفاده کرد.

استفاده از سنسور نوری یک طرفه به جای سنسور نوری دو طرفه به کمک کابل فیبر نوری

مزایای استفاده از سنسور با کابل فیبر نوری

تشخیص قطعات در محیط هایی با دسترسی محدود (دسترسی از طریق یک سوراخ کوچک)
امکان نصب بدنه سنسور دور از محیط های خطرناک (آب، گرما، تشعشع و احتمال انفجار)
امکان تشخیص قطعات کوچک با دقت بالا
تشخیص قطعات متحرک
امکان استفاده از سنسور یک طرفه شبیه سنسور دو طرفه

مثال هایی از کاربرد سنسور نوری همراه با کابل فیبر نوری

تشخیص قطعات کوچک (مانند مقاومت) با استفاده از سنسور نوری یک طرفه با کابل فیبر نوری

تشخیص قطعات کوچک با استفاده از سنسور نوری به کمک کابل فیبر نوری

تشخیص رزوه پیچ

تشخیص رزوه پیچ

سمبل انواع سنسور نوری

سنسورهای نوری توسط یک سمبل نشان داده می شوند. در شکل زیر سمبل های مختلف برای این سنسور نشان داده شده است.

سمبل انواع مختلف سنسورهای نوری

چند مثال از کاربرد انواع سنسور نوری

با توجه به مباحث بیان شده در مورد سنسورهای نوری، پرکاربرد ترین نوع سنسور مجاورتی در محیط های تمیز و یا با گرد و غبار کم، سنسورهای نوری می باشند. در زیر چند نمونه از کاربرد این سنسور نشان داده شده است.