Yleistä läheisyysantureista

Läheisyysantureiden tehtävä on tunnistaa kohdekappaleen etäisyys anturista tai anturin etäisyys kohdekappaleesta. Läheisyysanturit perustuvat monenlaisiin tekniikoihin. Anturit voivat reagoida näkyvään valoon, infrapunavaloon, ultraviolettivaloon, sähkökenttään, magneettikenttään tai ultraääneen.

Toimintaperiaate

Optiset läheisyysanturit toimivat yleensä näkyvän valon tai infrapunavalon aallonpituuksilla. Optinen läheisyysanturi koostuu kahdesta osasta. Lähetin lähettää valoa ja vastaanotin tunnistaa sen. Lähetin voi myös sisältää vastaanottimen, jolloin valo käy heijastumassa jostain pinnasta. Anturisignaalin tila vaihtuu, mikäli jokin estää valon kulkeutumisen lähettimestä vastaanottimeen. [1]

Valo voi olla moduloitua, jolloin vastaanotin reagoi vain lähettimen lähettämään valoon. Modulointi voidaan toteuttaa esimerkiksi pätkimällä valoa tietyllä taajuudella, jolloin vastaanotin tunnistaa valon vain mikäli se sisältää oikeaa taajuuskomponenttia.

Rakenne

Valonlähde on yleensä ledi tai laserdiodi. Laserdiodien kantama on pidempi kuin ledin, koska laserdiodin lähettämä valo on usein polarisoitunutta, monokromaattista ja yhdensuuntaista mikä vähentää mahdollisten häiriöitunnistusten määrää. Valonlähteen lisänä voi olla valoa moduloiva osa.

Vastaanotin on yleensä valodiodi tai valotransistori. Valodiodi muuttaa vastaanottamansa fotonit elektronien virraksi. Vastaanottimeen voi myös sisältyä hieman älyä moduloinnin tunnistamiseksi.

Mikäli valonlähde ja vastaanotin ovat samassa osassa voi kohteena olla halutun kappaleen sijasta heijastinkappale.
Heijastimena käytetään joskus retroreflektoripintoja, jotka heijastavat valon takaisin tarkasti tulosuuntaa kohti. Näin voidaan saavuttaa paljon pidempi tunnistusetäisyys verrattuna kappaleen omaan pintaan.

Anturiesimerkkejä

optinenanturi.jpg

SEEKA UM-R5TVP

Tämä anturi lähettää ja vastaanottaa näkyvää punaista valoa. Se kykenee havaitsemaan pienimmillään 3mm kokoisen näkyvää valoa läpäisemättämön kappaleen. Sen herkkyyttä voi säätää ruuvaamalla säätöruuvista, joka ei ole kuvassa näkyvissä. Ympäristön valaistusta se sietää 3000 luxia, mikä vastaa erittäinen kirkasta sisävalaistusta, mutta jo pilvinen päivä ulkona voi häiritä sen toimintaa. Maksimi kohteen tunnistusetäisyys on kyseisellä anturilla noin viisi senttimetriä kohteen ollessa 5cm * 5cm valkoinen paperi. Se toimii 12-24V tasajännitteellä ja sen signaaliliitäntä on joko NPN tai PNP tyyppiä, joka kestää 80mA ja 30V. Sen toimintalämpötila-alue on -25 C .. +55C ja suojausluokitus IP64.[2]

Sovelluskohde
Tälläistä anturia on esimerkiksi sovellettu Tampereen Teknillisen Yliopiston harraste kerho Remmi-Teamin bensanpihistelyajokin uudessa nopeusmittarissa. Anturi on kiinnitetty ajokin runkoon niin, että se kykenee havaitsemaan renkaan pinnat. Pinnat ovat metalliset, joten anturin valo heijastuu niistä hyvin. Anturi on kytketty nopeusmittariin, joka ottaa aikaa 500kHz ajastimella ja laskee kuinka paljon aikaa kuluu pinnojen välillä. Näin saadaan erittäin tarkka nopeustieto niin useasti kuin on pinnavälejä renkaassa. [3]
lukuhaarukkapiirros.PNG
Lukuhaarukka

EE-SX1041 lukuhaarukka

Tämä anturi sisältää sekä valolähteen että vastaanottimen. Anturi on haarukan muotoinen eli se on muuten yhtenäinen kappale, mutta sisältää 5mm pituisen raon, jonka välistä kohdekappale voi kulkea. Valolähteenä toimii 940nm infrapunaledi, joka kestää 50mA virran ja vastaanottimena toimii IR-herkkä valotransistori, joka pystyy kytkemään korkeintaa 30V jännitteen. Kohdekappaleena voi olla esimerkiksi pyöreä levy, jossa on reikiä. Anturin valo kulkee levyn reikien läpi tai pysähtyy levyyn, jolloin transistori joko päästää virtaa lävitsee tai ei. Anturi toimii 5V jännitteellä ja sen toimintalämpötila-alue on -25 C .. +90 C.[4]

Sovelluskohde
Tämän tyyppistä anturia on myös sovellettu Remmi-Teamin ajokissa. Ajokissa on kaksi anturia. Ensimmäinen toimii kampiakselin absoluuttiasentoanturina ja toinen toimii moottorin pyörimisnopeusanturina. Asentotunnistuslevyssä on yksi reikä, joka merkkaa tietyn kohdan moottorin asennossa ja nopeusanturilevyssä on neljä reikää. Antureiden signaali kulkee moottorinohjainyksikölle, joka pystyy niiden tiedon perusteella ohjaamaan polttomoottoria.


Wenglor XD100NA3

Tämä anturi sisältää myös vastaanottimen ja lähettimen. Valolähteenä toimii laserdiodi, jonka 655nm valo on moduloitu 3kHz taajudella. Anturi kykenee tunnistamaan retroreflektoriheijastimen korkeintaan 14 metrin päästä. Anturi toimii korkeintaan 10000 luxin valaistuksessa joka vastaa pilvistä päivää. Anturin ulostulo on NPN tyyppinen avokollektori ja sen vaste on 167 us. Anturin käyttöjännite on 10-30V ja suojausluokitus on IP67.[5]

Sovelluskohde
Samankaltaista anturia sovelletaan Tampereen Teknillisen Yliopiston robotiikan ammattiainekerho Roboteamin Eurobot-robotissa. Anturi on kytketty pyörivään lasermajakkaan joka heijastaa pystyasennossa olevan anturin valon vaakatasoon. Valokulkeutuu robotista robotin pelialueen reunoilla oleviin retroreflektoriheijastinmajakoihin, joista valo
kulkeutuu takaisin anturille. Lasermajakassa on myös inkrementtienkooderi mittaamassa anturin asentoa. Näillä kahdella anturilla saada mitattua kentän laidalla kiinteästi sijaitsevien heijastimien väliset kulmat, josta pystytään kolmiopaikantamaan robotin sijainti. [6]

Komponenttilistaus



Nimi
Lisätietoa
1
SEEKA UM-R5TVP
http://fi.farnell.com/seeka-takex/um-r5tv/photoswitch-diffuse/dp/279638
2
EE-SX1041 lukuhaarukka, 5 mm väli
Elfa-koodi 75-403-62
3
Wenglor XD100NA3
http://www.wenglor.com/





Lähteet


  1. ^ http://www.pc-control.co.uk/Optical.htm
  2. ^ http://www.lpc-uk.com/optical/seeka.htm
  3. ^ http://remmi-team.com/content/vehicles/r7/
  4. ^ https://www1.elfa.se/data1/wwwroot/webroot/Z_DATA/07540362.pdf
  5. ^ http://www.wenglor.com/Produktdaten.php?Artikel_NR=XD100NA3&Sprache=US&Land=USA&Kategorie=IR&Benennung_Gesamt=Retro-Reflex+Sensors+&sort=Bauform,Auswahltext,Abstand_Wert
  6. ^ http://roboteam.servu.org/eb07/?p=gallery&t=php&i=3&s=1