في أنظمة الأتمتة والتحكم الصناعية (مثل الآلات المجهزة بنظام التحكم الرقمي بالكمبيوتر (CNC)، وخطوط التعبئة والتغليف، وآلات النجارة، وأنظمة النقل)، مستشعرات القرب و الحساسات الكهروضوئية هما من أكثر الأدوات استخدامًا حلول الكشف عن الأجسام بدون تلامس.
توفر كل من مستشعرات القرب والمستشعرات الكهروضوئية أداءً موثوقًا وخاليًا من التآكل في عملية التبديل، لكن مبادئ تشغيلها ونطاقات الكشف والتوافق مع المواد والتحمل البيئي تختلف بشكل كبير.
سيتناول هذا الدليل بالتفصيل ثلاثة جوانب أساسية يجب أن تفهمها لمساعدتك في اتخاذ القرار الصحيح:
- تعريفات مستشعرات القرب والمستشعرات الكهروضوئية،
- أهم الاختلافات بين هذين النوعين من أجهزة الاستشعار،
- كيفية اختيار المستشعر المناسب لتطبيقك.
ما هو مستشعر القرب؟
تُستخدم مستشعرات القرب (التي تُعرف أحيانًا بمفاتيح القرب) عادةً مع وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) أو المعالجات الدقيقة الأخرى مثل «أردوينو» و«راسبيري باي» للكشف عن وجود الأجسام بطريقة لا تلامسية.
عندما يدخل جسم ما نطاق الكشف، يرسل المستشعر إشارة ذات مستوى منخفض (مستشعر NPN) أو مستوى مرتفع (مستشعر PNP) أو إشارة جهد تيار مستمر/تيار متردد (مستشعر بمخرج مرحل) إلى وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC). ثم يقوم جهاز PLC بتفسير الإشارة وتنفيذ العملية التالية، مثل إيقاف الحركة أو التحكم في الأسطوانة الهوائية لأداء حركة دفع وسحب.
أنواع مستشعرات القرب ومبادئ عملها
هناك ثلاثة أنواع رئيسية من مستشعرات القرب: مستشعرات القرب الحثية، ومستشعرات القرب السعوية، ومستشعرات القرب التي تعمل بتأثير هول.
سيشرح القسم التالي مبدأ عمل كل نوع من أنواع أجهزة الاستشعار بالتفصيل:
- مستشعر القرب الاستقرائي: يعمل مستشعر القرب الاستقرائي على اكتشاف الأجسام عن طريق استشعار التغيرات في المجال الكهرومغناطيسي. عندما يدخل جسم معدني نطاق الكشف، تؤدي التيارات الدوامة المتولدة على سطحه إلى إضعاف المجال الكهرومغناطيسي، مما يؤدي بدوره إلى تشغيل خرج المفتاح.
- مستشعر القرب السعوي: يقوم مستشعر القرب السعوي باكتشاف الأجسام عن طريق استشعار التغيرات في السعة الكهربائية. عندما يدخل الجسم المستهدف نطاق الكشف، تتغير السعة الكهربائية بين أقطاب المستشعر والجسم المستهدف، مما يؤدي إلى تشغيل خرج المفتاح.
- مستشعر القرب الذي يعمل بتأثير هول: يعمل مستشعر القرب الذي يعتمد على تأثير هول على اكتشاف الأجسام عن طريق استشعار المجالات المغناطيسية. عندما يدخل جسم مستهدف نطاق الكشف، يكتشف مستشعر هول التغير في المجال المغناطيسي، ثم يقوم بتشغيل خرج المفتاح.
المزايا والقيود الأساسية
تتمثل الميزة الرئيسية لمستشعرات القرب الحثية ومستشعرات تأثير هول في قدرتها على العمل في البيئات الصناعية القاسية، مثل الظروف المتربة والزيتية والرطبة.
ونظرًا لأن الغبار والرطوبة والزيت ليست مواد معدنية ولا تمتلك خصائص مغناطيسية، فإنها لا تؤثر على دقة الكشف ولا تتسبب في حدوث إنذارات كاذبة.
تكمن محدودية هذه المستشعرات في مسافة الاستشعار القصيرة نسبيًّا؛ وعادةً ما تقل مسافة الاستشعار في مستشعرات القرب عن 120 ملم (مستشعر القرب الحثي من شركة Lorentzzi Electric الذي تبلغ مسافة استشعاره 120 ملم: مستشعر القرب الحثي غير التلامسي LMF41).
ما هو المستشعر الكهروضوئي؟
أجهزة الاستشعار الكهروضوئية وهي نوع آخر من أجهزة الكشف عن الأجسام بدون تلامس، على عكس مستشعرات القرب الحثية والسعوية ومستشعرات تأثير هول التي تم وصفها سابقًا؛ فهي تستخدم الضوء لاستشعار الأجسام.
ولذلك، تتميز هذه الأجهزة بزمن استجابة أسرع ودقة أعلى، كما أنها قادرة على رصد الأجسام من مسافات أبعد.
أنواع المستشعرات الكهروضوئية ومبادئ عملها
هناك ثلاثة أنواع من المستشعرات الكهروضوئية: أجهزة استشعار ضوئية منتشرة, أجهزة استشعار كهروضوئية عاكسة للضوءو مستشعرات كهروضوئية عبر الشعاع.
- مستشعر كهروضوئي منتشر: يدمج المستشعر الكهروضوئي المنتشر جهاز الإرسال وجهاز الاستقبال في هيكل واحد. وهو يصدر شعاعًا ضوئيًّا، ويُطلق إشارة خرج عند اكتشافه للضوء المنعكس من جسم مستهدف.
- مستشعر ضوئي عاكس للضوء: مبدأ عمل المستشعر الكهروضوئي العاكس يشبه إلى حد كبير مبدأ عمل المستشعر الكهروضوئي المنتشر، لكنه يستخدم مرآة كنقطة انعكاس لاكتشاف الأجسام. وعندما يتم حجب الضوء المنعكس أو عدم حجبه، يتم تشغيل الإشارة الناتجة.
- مستشعر كهروضوئي عابر للحزمة: على عكس المستشعرات الكهروضوئية المنتشرة والعاكسة التي تدمج جهاز الإرسال وجهاز الاستقبال في غلاف واحد، فإن المستشعرات الكهروضوئية ذات الشعاع المار تتميز بوجود جهازي إرسال واستقبال منفصلين. في الوضع المظلم، يُطلق المستشعر إشارة خرج عندما يتم حجب الضوء بين جهاز الإرسال وجهاز الاستقبال؛ أما في الوضع المضيء، فيُصدر إشارة خرج عندما لا يوجد أي جسم بين جهاز الإرسال وجهاز الاستقبال.
المزايا والقيود الأساسية
تكمن المزايا الأساسية لأجهزة الاستشعار الكهروضوئية في سرعة استجابتها العالية، ودقة الكشف الفائقة، ومسافة الاستشعار الطويلة جدًّا (تصل إلى 10 أمتار)، مما يجعلها مناسبة للكشف عن الأجسام المصنوعة من مواد متنوعة.
ومع ذلك، فإن العيب في هذه الأجهزة هو أنه لتجنب التشغيل الخاطئ، يجب أن تكون البيئة نظيفة للغاية؛ وإلا فإن الضوء الشديد أو الغبار أو الزيت سيحجب الضوء، مما يؤدي إلى التشغيل الخاطئ.
مستشعرات القرب مقابل المستشعرات الكهروضوئية: 5 اختلافات رئيسية
بالمقارنة مع المستشعرات الكهروضوئية، تتميز مستشعرات القرب بخمسة اختلافات رئيسية، مثل مبدأ العمل، ونطاق الكشف، والمواد التي يتم الكشف عنها، والمتطلبات البيئية، ووقت الاستجابة.
| البند | مستشعر القرب | مستشعر كهروضوئي |
|---|---|---|
مبدأ العمل |
يتم الكشف عن الأجسام بالاعتماد على التغيرات في الحقول الكهرومغناطيسية، أو السعة الكهربائية، أو وجود الحقول المغناطيسية أو عدم وجودها. |
يتم الكشف عن وجود جسم ما من خلال تحديد ما إذا كان هناك ضوء منعكس عائد أو ضوء منبعث. |
نطاق الكشف |
من 1 ملم إلى 120 ملم كحد أقصى |
من 50 ملم إلى 10 أمتار كحد أقصى |
المواد المكتشفة |
أي جسم معدني (مستشعر القرب الحثي)، أو جسم مغناطيسي (مستشعر تأثير هول)، أو أي جسم مادي (مستشعر القرب السعوي) |
أي جسم مادي، مثل المعدن، والبلاستيك، والزجاج، والسوائل، والأجسام الشفافة |
المتطلبات البيئية |
وهو لا يتطلب ظروفًا بيئية معينة؛ فحتى وجود الغبار أو الزيت أو أي ملوثات أخرى لن يؤثر على دقة الاختبار. |
يجب أن تكون البيئة نظيفة ومرتبة للغاية، ويجب ألا تكون شدة الإضاءة قوية جدًّا، كما يجب تجنب التعرض المباشر لأشعة الشمس، ويجب أن تكون شدة الإضاءة أقل من 10,000 لوكس. |
وقت الاستجابة |
عادةً ما يكون أقل من 1 مللي ثانية |
عادةً ما يكون أقل من 0.1 مللي ثانية |
التطبيقات النموذجية: متى تستخدم أي منها؟
أفضل السيناريوهات لاستخدام مستشعرات القرب
- الكشف عن الحدود ونقاط البداية في الآلات المكنية والمعدات الآلية الأخرى؛
- عد القطع المعدنية وتحديد موضع محطات العمل على خطوط الإنتاج؛ التغذية الراجعة لموضع الأسطوانة؛
- الكشف عن سرعة التروس وسرعة الدوران؛
- الكشف عن محطات التصنيع في الورش الملوثة بالزيت الثقيل والغبار.
أفضل السيناريوهات لاستخدام المستشعرات الكهروضوئية
- خط التعبئة والتغليف: فحص وعدّ الصناديق الكرتونية والزجاجات البلاستيكية وأكياس التعبئة؛
- اللوجستيات والتخزين: وصول البضائع، وتصحيحها، وفرزها، وفحصها؛ الزجاجات الشفافة، والأغشية، وكشف مستوى السوائل؛
- التحكم في الوصول عن بُعد، والحماية الأمنية، وكشف القنوات.
- للاطلاع على تطبيقات أكثر تفصيلاً لأجهزة الاستشعار الكهروضوئية، يمكنك قراءة هذا المقال: تطبيقات المستشعرات الكهروضوئية: 5 أمثلة نموذجية.
الخاتمة
باختصار، تُعد مستشعرات القرب مناسبة لتطبيقات الفحص الصناعي قصير المدى، وتحديد المواقع، وتحديد الحدود في البيئات القاسية.
من ناحية أخرى، توفر المستشعرات الكهروضوئية مسافات كشف أطول ونطاقًا أوسع من قدرات الكشف عن المواد، مما يجعلها الخيار المعتاد لتطبيقات العد في مجالات التغليف والأغذية واللوجستيات.
لورينتزي إلكتريك، وهي شركة صينية متخصصة في تصنيع وتوريد مستشعرات القرب والمستشعرات الكهروضوئية، تقدم منتجات عالية الجودة بأسعار معقولة. إذا كنت تبحث عن شريك تجاري موثوق، فيرجى اتصل بنا لمزيد من المعلومات!
