- M18-Cube: Economie de spațiu datorită carcasei ifm
- Tehnologia senzorilor fotoelectrici
Introducere privind senzorii fotoelectrici
Toți senzorii fotoelectrici au aceleași componente de bază:
- Carcasa – forme, mărimi și materiale de construcție diferite
- Element de senzor de bază – variază în funcție de tehnologie, dar include întotdeauna un sistem de lentile
- Instalația electronică – evaluează ce detectează senzorul
- Conexiunea electrică – asigură alimentarea și semnal(e)
Pentru a utiliza cel mai bine senzorii fotoelectrici, este util să înțelegeți spectrul radiației electromagnetice. Senzorii fotoelectrici ifm operează în domeniul de frecvență vizibil (în principal roșu) și în infraroșu.
| Lumina roșie vizibilă | |
|---|---|
| este cel mai bun tip ușor „universal” și este recomandat pentru majoritatea aplicațiilor. Majoritatea senzorilor ifm utilizează lumină roșie vizibilă. | |
| Avantajul | Dezavantajul |
|
Ușor de detectat la intervale scurte, ceea ce îl face util ca ajutor de configurare |
Afectat de culoare la distanțe lungi de detectare |
| Lumina cu infraroșu | |
|---|---|
| Avantaje | Dezavantajul |
|
Nu este afectat de culoare la majoritatea distanțelor de detectare Alegere bună pentru medii murdare – are capacitatea de a „pătrunde” prin praf, ceață, abur etc. |
Invizibil pentru ochiul uman, îngreunând astfel configurarea |
| Lumina laser | |
|---|---|
| Avantaje | Dezavantaje |
|
Abilitatea de detectare a țintelor mici la raze lungi de acțiune Punctul de lumină mic permite puncte de comutare precise Un fascicul vizibil roșu aprins poate fi folosit ca ajutor de configurare |
LED-urile cu laser sunt, în general, mai scumpe decât LED-urile standard roșii vizibile sau infraroșii |
Terminologie
Lumină modulată – lumina transmisă de emițător este pulsată la o frecvență unică pentru fiecare familie de senzori. Receptorul este reglat pentru a detecta lumina modulată la această frecvență și ignora lumina ambientală din alte surse.
Frecvența de comutare – viteza maximă cu care un senzor va emite impulsuri discrete pe măsură ce ținta intră și părăsește câmpul de detectare.Pur și simplu, parametrul arată cât de repede senzorul poate porni și opri când trece o țintă.
Contrast – {diferența de culoare și luminozitate între două obiecte. Albul este culoarea care se detectează cel mai ușor, iar negrul cel mai greu.
Punct de fascicul (sau punct de lumină) – diametrul luminii transmise la o distanță dată. Această dimensiune este, de regulă, prezentată în fișele tehnice la raza maximă și este o funcție a unghiului de deschidere a lentilelor emițătorului.
Raza efectivă – {zona fasciculului de lumină care trebuie întrerupt complet pentru ca ieșirea senzorului să-și schimbe starea.Senzori care se schimbă atunci când raza de lumină este întreruptă (adică, senzori cu fascicul și senzori retroreflexivi polarizați) au fascicule eficiente.Senzorii care reflectă lumina direct față de țintă (adică, senzorii difuzi) nu au fascicule eficiente.
Funcționare în lumină (sau lumina aprinsă) – ieșirea schimbă starea când receptorul detectează lumina.
Funcționare întunecată (sau lumina stinsă) – ieșirea schimbă starea când receptorul nu detectează lumina.
Rezervă de lucru – raportul dintre energia de lumină recepționată efectiv de senzor și energia de lumină necesară pentru modificarea stării de ieșire.O valoare de aport de 1 este minimul necesar pentru comutarea ieșirii.Orice valoare peste acest prag este considerată rezervă de lucru.Este util în determinarea funcționării corespunzătoare a senzorului în zonele contaminate.
| Rezerva de lucru maximă necesară | Mediul de operare |
|---|---|
| 1,5X | Aer curat: Fără murdărie pe lentile sau reflectoare. |
| 5X | Ușor murdar. Acumulare ușoară de praf, murdărie, ulei, umiditate etc. pe lentile sau reflectoare; lentilele sunt curățate într-un program regulat. |
| 10X | Murdărie moderată: Contaminare evidentă a lentilelor sau a reflectoarelor, dar nu sunt întunecate; lentile curățate ocazional sau când este necesar. |
| 50X | Foarte murdare: Murdărie considerabilă a lentilelor; ceață densă, burniță, praf, fum sau ulei, curățarea minimă a lentilelor |
Senzori cu fascicul direct
De asemenea, cunoscut sub numele de perechi fascicul / fascicul direct.Transmițătorul și receptorul sunt ambalate în carcase separate și sunt montate unul față de celălalt.Lumina este trimisă de la lentila emițătorului și este preluată de lentila receptorului.
Ieșirea își schimbă starea atunci când o țintă întrerupe fasciculul și reduce lumina din receptor.Atâta timp cât ținta este suficient de mare și solidă pentru a întrerupe fasciculul efectiv, culoarea, forma, unghiul, reflexia și finisarea suprafeței nu vor afecta aplicația.Acest lucru le face mai fiabile decât senzorii difuzi, care depind de lumina reflectată de țintă.
| Avantaje | Dezavantaje |
|
|
Fasciculul efectiv are un diametru uniform și este aproximativ egal cu diametrul lentilelor emițătorului și receptorului.Atâta timp cât ținta este cel puțin la fel de mare ca fasciculul efectiv, ieșirea se va schimba atunci când ținta întrerupe fasciculul.
Ieșiri pentru o pereche de fascicule directe:
- Ieșirile de funcționare a luminii se declanșează atunci când ținta nu este prezentă.
- Ieșirile de funcționare pentru întuneric se aprind atunci când ținta este prezentă.
Considerații privind instalarea
La montarea mai multor perechi de fascicule directe, aveți grijă ca fasciculul transmis al unui senzor să nu interfereze cu alte receptoare.O soluție simplă este alternarea emițătorilor și receptoarelor, conform prezentării.
Un obiect cu reflexie extrem de mare, care trece printr-un fascicul, poate reflecta lumina spre un alt receptor, cauzând un semnal fals.O soluție simplă este de a pune bariere între senzori pentru a bloca orice reflexie rătăcită.
Deoarece lumina soarelui conține aceeași lungime de undă a luminii ca și emițătoarele fotoelectrice, lumina ambientală foarte strălucitoare poate păcăli adesea receptoarele.Acest fapt se observă în mod obișnuit atunci când senzorii fotoelectrici sunt folosiți pentru elementele de deschidere a ușilor de la garaj, iar lumina soarelui într-un anumit unghi poate interfera cu funcționarea ușii.Soluțiile posibile includ înclinarea senzorilor, adăugarea unei bariere sau inversarea emițătorului și receptorului.
Bariere luminoase retro-reflexive polarizate
Emițătorul și receptorul sunt ambalate în aceeași carcasă și montate vizavi de un reflector.Lumina este trimisă de la lentila emițătorului, este respinsă de reflector și revine la lentila receptorului.
La fel ca în cazul senzorilor pentru fascicul direct, ieșirea își schimbă starea atunci când o țintă întrerupe fasciculul și reduce lumina din receptor.Atâta timp cât ținta este suficient de mare și solidă pentru a întrerupe fasciculul efectiv, culoarea, forma, unghiul, reflexia și finisarea suprafeței nu vor afecta aplicația.Acest lucru le face mai fiabile decât senzorii difuzi, care depind de lumina reflectată de țintă.
| Avantaje | Dezavantaje |
|
|
Fasciculul efectiv al senzorilor retroreflexivi polarizați are formă conică. În apropierea senzorului, fasciculul are aproximativ dimensiunea lentilei emițătorului.În apropierea reflectorului, aceasta este dimensiunea reflectorului.Aceasta înseamnă că obiectele mai mici pot fi detectate atunci când sunt aproape de senzor, dar nu neapărat atunci când sunt aproape de receptor.
Ieșiri pentru o barieră luminoasă retro-reflexive polarizate:
- Ieșirile de funcționare a luminii se declanșează atunci când ținta nu este prezentă.
- Ieșirile de funcționare pentru întuneric se aprind atunci când ținta este prezentă.
Reflectoarele prismatice sunt necesare pentru bariere luminoase retro-reflexive polarizate.Prin designul lor, aceste reflectoare rotesc cu 90 de grade raza de lumină primită. Senzorii sunt echipați cu filtre polarizante peste lentile, astfel încât undele de lumină sunt orientate doar într-o singură direcție. Reflectorul rotește undele luminoase pentru a se potrivi cu orientarea filtrului de pe receptor.
Țintele strălucitoare pot reflecta lumină de înaltă intensitate către senzor, dar întrucât lumina nu este orientată corespunzător, țintele strălucitoare nu vor provoca un semnal fals.
Senzori difuzi
Emițătorul și receptorul dintr-un senzor difuz se află în aceeași carcasă. Lumina transmisă reflectă senzorul din țintă, iar receptorul îl evaluează.Este important să aveți în vedere cu atenție caracteristicile țintei și a fundalului din spatele țintei atunci când selectați soluția corectă pentru o aplicație.Senzorii difuzi au o rezervă de lucru mult mai mic decât perechile cu fascicul direct, dar de obicei mai mult decât senzorii retro-reflexivi polarizați.
Sensibilitatea senzorilor difuzi este foarte mare.Doar 2% din energia luminii transmisă și reflectată de țintă va cauza declanșarea ieșirii.
| Avantaje | Dezavantaje |
|
|
Influențe asupra țintei:
Obiectele mai mari reflectă mai multă lumină, ceea ce cauzează o distanță de detectare mai mare.
Cu ajutorul senzorilor roșii vizibili, culorile mai deschise pot fi detectate la o distanță mai lungă decât culorile mai închise.Culoarea țintă are un efect mult mai mic asupra senzorilor cu infraroșu.Suprafețele strălucitoare pot fi detectate la distanțe mai mari decât suprafețele plane sau mate.
Suprafețele netede au proprietăți mai bune de reflexie comparativ cu suprafețele neregulate.O țintă netedă din plastic albastru, spre exemplu, va reflecta mai multă lumină decât o țintă din catifea albastră.
Țintele plane, perpendiculare față de senzor vor reflecta mai multă lumină față de țintele plane în unghi.De asemenea, țintele ne-plane tind să devieze lumina departe de senzor, ceea ce cauzează o pierdere a energiei și a distanței de detectare.
Interferențe de fundal
Un senzor difuz detectează toată lumina reflectată în receptor, indiferent de sursa sa.Lumina reflectată din fundal pare la fel cu lumina din țintă și este, în special, perturbatoare atunci când fundalul are un grad de reflexie mai mare decât al țintei și când ținta și fundalul sunt foarte apropiate.
Pentru a reduce detectarea fundalului:
- Modificați-l prin vopsirea cu o vopsea întunecată și plată.
- Schimbați unghiul senzorului față de fundal.
- Reduceți sensibilitatea senzorului pentru a „elimina” fundalul prin reglare.
- Folosiţi un senzor difuz cu funcţie încorporată de suprimare a fundalului.
Senzori cu suprimare cu precizie a fundalului
Acești senzori sunt senzori difuzi special concepuți care elimină declanșarea falsă pe fundalul din spatele țintei. Câteva tehnologii suprimă fundalurile, inclusiv: Interval fix, principiul triangulaţiei, reţeaua de diode, durata emisiei PMD
| Avantaje | Dezavantaje |
|
|
Distanţă fixă
Poziția emițătorului și a lentilelor receptorului sunt înclinate pentru crearea unei zone de detectare.Obiectele din zona de detecție reflectă lumina în lentilele receptoare și sunt detectate.Obiectele din afara zonei de detectare (fie prea aproape, fie prea departe) nu au geometria corectă pentru a returna lumina către receptor.Această metodă este utilizată în mod normal pentru distanţe scurte și nu este reglabilă.
Principiul triangulaţiei
Această tehnologie folosește două elemente receptoare pentru eliminarea fundalului.Folosind un potențiometru pentru reglare, o oglindă este poziționată mecanic pentru a determina punctul în care un receptor detectează ținta, iar celălalt detectează fundalul.Senzorul este apoi reglat la jumătatea distanței dintre aceste două puncte.Senzorul evaluează unghiul luminii primite pentru a determina dacă lumina provine din țintă sau din fundal.
Reţeaua de diode
Această metodă este similară cu principiul triangulaţiei, exceptând dacă receptorii sunt o reţea de 63 de diode.Receptorii suplimentari permit o suprimare de precizie a fundalului (adică, ţinta şi fundalul pot fi foarte apropiate).Senzorii cu reţea de diode sunt echipaţi cu un microprocesor și sunt programaţi electronic cu ajutorul butoanelor.
Durata emisiei PMD
PMD (Dispozitivul de mixaj fotonic) determină distanța dintre senzor și obiect (și senzor și fundal) măsurând timpul necesar pentru ca lumina să călătorească de la senzor la țintă și înapoi.
O diodă laser generează un fascicul laser modulat.Lumina reflectată de țintă este direcționată spre un cip fotosensibil (PMD Smart Pixel), printr-o lentilă.Cipul compară apoi undele de lumină primite și evaluează distanța până la țintă.
Undele de lumină sunt propagate de la sursa luminii laser. Când lumina este reflectată de țintă, modelul de fază se schimbă, iar schimbarea este direct proporțională cu distanța.
Această tehnologie proprie oferă:
- Detectarea robustă a țintelor mici cu reflexie
- Instalare rapidă datorită independenței culorii și a unghiului
- Informații la distanță măsurate prin IO-Link
Toţi senzorii de distanță cu laser ODG, O1D, O5D şi OID ai ifm folosesc această tehnologie.