Фотоэлектрические датчики BGS/FGS:

• BGS – Background suppression – Подавление заднего фона
• FGS – Foreground suppression – Подавление переднего фона

Фотоэлектрические (оптические) датчики с подавлением фона относятся к диффузному типу, включают в одном корпусе оптический излучатель и фотоприемник, действуют по принципу проецирования светового луча и обработки сигнала диффузно-отраженного луча от объекта.

В отличии от обычных диффузных фотоэлектрических датчиков, срабатывание которых зависит от интенсивности отраженного луча, датчики с функцией BGS/FGS настраиваются на определенное расстояние, что позволяет отличать объекты, находящиеся даже на небольшом удалении друг от друга, не зависимо от их цвета и размеров.

Обычный диффузный датчик может выдать ложный сигнал при обнаружении темного объекта, если позади него окажется более светлая поверхность. Это объясняется тем, что отражающая способность светлой поверхности выше, чем у темной (коэффициент отражения белого цвета – 90%, серого – 40%, черного – 6%). В данном случае датчик с функцией BGS (подавления заднего фона) способен распознать темный объект на фоне более светлого, благодаря возможности регистрации расстояния до объекта, не зависимо от интенсивности отраженного луча.

Оптические (фотоэлектрические) датчики с подавлением фона предназначены для задач, которые не могут быть решены с помощью обычных диффузных датчиков:

• обнаружение тонких и темных предметов на конвейерной ленте
• обнаружение объектов, не зависимо от их цвета и размеров
• определение наличия мелких предметов в формованных упаковках (конфет, таблеток и т.п.)
• обнаружение небольших перепадов уровней (выпуклостей, впадин и т.д.)

В качестве оптических излучателей в датчиках с подавлением фона используются диоды красного и инфракрасного спектров, лазерные диоды.

Функция подавления фона в датчиках BGS/FGS реализована благодаря фоточувствительному элементу, в качестве которого могут применяться:

• Два фотодиода
• Устройство PSD (Position Sensing Detector) – детектор положения на базе сегментного фотодиода
• Датчики изображений: матрицы и линейки с КМОП или ПЗС структурой

Фоточувствительный элемент позволяет контролировать отраженный луч в некотором диапазоне углов отражения, что позволяет произвести обнаружение объекта на определенном расстоянии. Это свойство указывает на схожесть датчиков с подавлением фона с оптическими датчиками перемещения.

Два фотодиода

Два фотодиода представляют простое и надежное решение реализации функции подавления фона. Используются, преимущественно, в моделях BGS (с подавлением заднего фона).

Обнаружение объекта происходит по методу оптической триангуляции.

Как показано на справа, приемный элемент состоит из двух фотодиодов (ФЭ1, ФЭ2). Луч, отраженный от объекта в ближнем положении (Поз. 1) попадает на фотодиод ФЭ2, луч отраженный от объекта в дальнем положении (Поз. 2) попадает на фотодиод ФЭ1.

Условием надежного срабатывания датчика BGS с двумя фотодиодами является неизменное расстояние между датчиком и объектом. Фокусной целью датчика BGS является объект обнаружения (Поз. 1). Фокусировка таких датчиков производится механически, за счет перемещения приемной линзы, прикрепленной к червячной передаче, связанной с регулировочным винтом.

Датчики с двумя фотодиодами и механической настройкой среди семейства BGS/FGS отличаются небольшой стоимостью и широкой областью применения, так как многие задачи отвечают условию неизменности расстояния. Недостатком является чувствительность к вибрации механического привода линзы.

Устройство PSD

Устройство PSD (Position Sensing Detector – детектор положения). Детектор положения (PSD), используемый в датчиках с подавлением фона, представляет собой фотоэлектрический сегментный элемент с 2-мя или 4-мя электродами.

На основе PSD построены схемы оптоэлектронных приборов для измерения перемещения (displacement). В датчиках BGS/FGS детектор положения реализует более широкие возможности подавления фона (по сравнению с 2-х диодными датчиками), допускает переключение функций BGS-FGS, обеспечивает расширенный диапазон регулирования и более низкий гистерезис.

Детектор положения вырабатывает аналоговые электрические сигналы по координатам X и Y (4-х сегментный элемент) или по координате X (2-х сегментный элемент), пропорциональные положению светового пятна.

Координаты пятна для 4-х сегментного фотоэлемента:

X=((B+D)-(A+C))/(A+B+C+D)

Y=((A+B)-(C+D))/(A+B+C+D)

для 2-х сегментного фотоэлемента:

X=(B-A)/(A+B)

Уровень сигнала, вырабатываемого каждым сегментом, зависит от степени засветки электрода или площади, перекрываемой световым пятном.

В датчиках с функцией подавления фона (BGS/FGS) с PSD линза приемника неподвижна (в отличии от 2-х диодных датчиков), а регулировка производится с помощью потенциометра, связанного с электронной схемой датчика.

Перемещение пятна проекции отраженного луча на поверхности фотоэлемента пропорционально расстоянию до объекта. Логика срабатывания датчика построена на сравнении аналогового сигнала перемещения с установленной величиной (с помощью потенциометра). Высокая чувствительность и низкий гистерезис благоприятны для функции FGS (подавления переднего фона) в задачах обнаружения тонких и темных предметов, перемещаемых на конвейерной ленте. Объектом неизменного расстояния и целью фокусировки, в данном случае, является поверхность конвейерной ленты (Поз.2).

Матрицы изображений

Диффузные датчики с фоточувствительным элементом на базе матриц и линеек КМОП и ПЗС образуют новое поколение в семействе BGS/FGS. Датчики с матрицей изображений – это датчики с лазерным излучателем и тем самым они уже мало чем отличаются от датчиков перемещения (displacement).

В силу самых малых размеров пятна проекции и высокой интенсивности лазерного пучка, лазерные датчики с матрицей могут работать на значительно большем удалении от объекта по сравнению с 2-х диодными и PSD-датчиками, обеспечивая при этом высокое разрешение и быстродействие, низкий гистерезис и меньшую подверженность влиянию внешнего освещения. Определение перемещения пятна отраженного луча происходит дискретно; каждый пиксель доставляет информацию о количестве света. Это позволяет датчику определять точные пиковые значения, обеспечивая при этом высокое быстродействие.

Для точности настройки установочные и рабочие уровни сигналов представлены в цифровом формате. Настройка производится с помощью кнопок и цифрового дисплея на корпусе датчика.

Лазерные датчики с подавлением фона способны различает очень малые изменения уровня от 0.01 мм.

У функций BGS и FGS — разные фокусные цели: BGS – поверхность объекта обнаружения, FGS – поверхность фона.

Серия фотоэлектрических датчиков BGS-S

Благодаря малым габаритам: 10х17х28 мм., датчики серии BGS-S пригодны для использования в ограниченных пространствах и в составе OEM оборудования.

• Время задержки – 0.5 мс
• Ударопрочный корпус защищает датчик от повреждений в случае столкновения с объектом

Пример применения: обнаружение и счет мелких деталей на виброподдонах и в других механизмах подачи.