Mimo běžně užívaných optických senzorů jsou v nabídkách firem i méně běžné snímače, jako např. luminiscenční senzory. Ty umožňují detekovat materiály pod vrstvou materiálů jiných, jako například přítomnost lepidla. Využívají totiž luminiscence objektu ozářeného UV zářením.

V seriálu o senzorech přiblížení se již pomalu dostáváme ke konci seznamu principů využívaných pro bezdotykové snímání nebo detekci objektů, které se vyrábějí v průmyslovém provedení a obvykle jsou výrobci zařazováni do kategorie tzv. proximity sensors. Proto dnes i v následujících článcích se již jen stručně zmíním o typech, které je možné najít v nabídkách alespoň několik firem na trhu s průmyslovými senzory. Dnes to budou tzv. luminiscenční senzory/detektory (Luminiscence sensors nebo Luminiscence scanners). Ty pracují na podobném principu jako optické senzory, tedy optický princip detekce, kdy vyslané světlo zdrojem uvnitř senzoru je odraženo od detekovaného objektu a přijato optickým přijímačem opět umístěný uvnitř senzoru, kde je také zpracováno a vyhodnoceno. Rozdíl je pouze v povaze přeměny vyslaného světla na světlo detekované.

Použití

V praxi se vyskytují některé i poměrně běžné látky, jako jsou guma nebo lepidlo, které po ozáření UV světlem vracejí (vyzařují zpět) světlo viditelné. Toho se často využívá při inspekčních mechanismech. Typickým příkladem luminiscenčních senzorů je zjišťování přítomnosti kolků na krabičkách cigaret a na alkoholu. Zachycení zpětné radiace lepidla pod kolkem je nejspolehlivější způsob jak zjistit jeho přítomnost při rychlém projíždění na dopravníku.

 

• Detekce lepidla 
• Detekce dřeva
• Detekce přítomnosti gumy a pryže
• Papírenský průmysl
• Potravinářské provozy
• Balicí linky

Obecný princip luminiscence a luminiscenčního snímače

Obecně se dá napsat, že luminiscenční snímače pracují na principu přeměny UV záření jimi vyslaném na viditelné světlo, které je dle fyzikálního principu luminiscence převedeno detekovaným objektem. Zpět k snímači vrácené světlo je pak přijato a vyhodnoceno. Samotný princip luminiscence lze zjednodušeně definovat jako schopnost emise viditelného světla z nějaké látky, jejíž termodynamická rovnováha byla porušena vnějším buzením. Samotné luminiscence lze dosáhnout excitací elektronového systému látky několika způsoby (elektrony, chemicky, rengenovým zářením), ale v zde uvedeném případě jde o excitaci ultrafialovým světlem, což se také někdy přesněji označuje jako fotoluminiscence. Jinak je dále možné luminiscenci se dělit podle toho v jaké časovém sledu, resp. jak brzo, je světlo po excitaci látky vyzářeno na fluorescenci, fosforescenci a zpožděnou fluorescenci.

Struktura luminiscenčního snímače

Provedení (viz. obrázek 1.) i bloková struktura typického luminiscenčního snímače v průmyslovém provedení pro přímé nasazení jako detektor přiblížení nějakého objektu je podobné jako u optického senzoru:

 

• Zdroj budicího (excitačního) záření pro detekovaný objekt
• Detektor světla, které se k senzoru vrací
• Vyhodnocovací logika (zesilovače, komparátory apod.)
• Výstupní logické obvody pro spínaný nebo digitální výstup, příp. analogové obvody a zesilovače pro analogový výstup

Zdroj ultrafialového světla (UV záření), které odpovídá vlnovým délkách 100 až 380 nm, bývá v dnešních senzorech obvykle již polovodičový, často v podobě UV LED diody nebo pro větší vzdálenosti UV laser. Nejčastěji se využívá UV LED diod emitující záření vlnové délky mezi 360 až 380 nm. Někdy se může použít i světlo širšího spektra, které UV záření obsahuje, nebo i modré světlo s nízkou vlnovou délkou na rozhraní UV a viditelného světla ( 390 až 480 mm). Jako detektor se, stejně jako v optických senzorech, využívá fotodiody nebo případně někdy fototranzistoru.

Mezi hlavní "provozní" parametry luminiscenčních snímačů patří hodnota snímací vzdálenosti, která se může u běžně nabízených senzorů pohybovat od 0 až do stovek mm (např. 200 mm). S tím koresponduje i tzv. relativní citlivost na uvedený rozsah. Obvykle se uvádí v datasheetech jako graf závislost relativní citlivosti na snímací vzdálenosti - viz obrázek 2. Některé senzory mají instalovanou optiku (čočku nebo i malí objektiv) pro přesné směrování vysílaného záření na předmět a přijímaného světla na fotosnímač. V průmyslovém provedení, které je z mechanického hlediska totožné s optickými senzory přiblížení, to znamená kvádrové nebo válcové provedení pouzdra obvykle s IP67. Ostatní důležité udávané parametry jsou obvykle spojeny s výstupy senzoru. Nejzajímavější je maximální možná spínací frekvence, tzn. i maximální frekvence detekovatelných změn, která se obvykle pohybuje v řádech stovek až tisíců Hz (až 10 kHz). Samotný výstup ze senzorů bývá opět stejný jako u optických senzorů, tedy buď logické spínané výstupy silové nebo jen signální s možností volby spínání NPN nebo PNP (viz obrázek 3.), nebo analogový napěťový či proudový výstup. V případě spínaného výstupu je někdy možné nastavit jeho zpožděné sepnutí (viz obrázek 4. vpravo)

Z pohledu nasazení senzoru do akce je nutné zajistit stabilní místo, kde se budou detekované předměty objevovat nebo pohybovat. Například v nejběžnějším případě pohybu výrobku po dopravním pásu by měl být pás v místě detekce velmi rovný ve všech osách, aby bylo možné na senzoru spolehlivě nastavit detekční parametry pro konkrétní výrobek (viz obrázek 4.). Nastavení, resp. naučení senzoru, se pak běžně provádí buď prostřednictvím potenciometrů pro nastavení měřící vzdálenosti, citlivosti apod. (viz obrázek 4.), nebo prostřednictvím různých firemních učících systémů tzv. teach módů, kde se obvykle systém sám nastaví jen prostřednictvím mačkání několika tlačítek a postupným předkládáním detekovaných objektů.

Závěr

Luminiscenční senzory či detektory umožňují detekovat některé předměty a materiály, které by jiným způsobem byly jen těžko zjistitelné. Takových aplikací ale není mnoho a proto tyto senzory nikdy nenajdou tak široké uplatnění jako snímače přiblížení uvedené v předchozích článcích. Přesto jde o zajímavé využití dalšího z mnoha fyzikálních principů, které nám příroda nabízí. V příštím díle seriálu pak stručně uvedu dalšího málo zástupce využívající opticky - kontrastní senzory přiblížení.

DOWNLOAD & Odkazy

• Domovská stránka české pobočky firmy SICK, výrobce senzorů - www.sick.cz
• Domovská stránka firmy SICK - www.sick.com
  


• Ing. Radislav Martínek, "Senzory v průmyslové praxi", kniha vydavatelství BEN, 2004 - právě v prodeji
• Článek o optických senzorech přiblížení na stránkách automatizace.HW.cz
• Článek o magnetických senzorech přiblížení na stránkách automatizace.HW.cz