- M18-Cube: Det pladsbesparende ifm-hus
- Teknologiske fotoelektriske sensorer
Introduktion til fotoelektriske sensorer
Alle fotoelektriske sensorer har de samme grundlæggende komponenter:
- Hus - forskellige former, størrelser og materialer for konstruktionen
- Grundlæggende sensorelement - varierer afhængigt af teknologien, men omfatter altid et linsesystem
- Elektronik - vurderer, hvad sensoren registrerer
- Elektrisk forbindelse - giver effekt og signal(er)
For den bedste anvendelse af fotoelektriske sensorer er det nyttigt at forstå det elektromagnetiske strålingsspektrum. Fotoelektriske sensorer fra ifm fungerer i det synlige (primært røde) og infrarøde frekvensområde.
Synligt rødt lys | |
---|---|
er den bedste universelle lystype og anbefales til de fleste anvendelser. Størstedelen af ifm-sensorer bruger synligt rødt lys. | |
Fordel | Ulempe |
Nem at se på kort afstand, gør den nyttig som opsætningshjælp |
Farveafhængig ved lange rækkevidder |
Infrarødt lys | |
---|---|
Fordele | Ulempe |
Farveafhængig ved det meste af tasteafstanden Godt valg til beskidte miljøer - har evnen til at ”brænde igennem” støv, tåge, damp osv. |
Usynlig for det menneskelige øje, hvilket gør opsætningen vanskelig |
Laserlys | |
---|---|
Fordele | Ulemper |
Evnen til at registrere små mål på store rækkevidder Lille, lyst punkt muliggør nøjagtige koblingspunkter Klar, rød synlig stråle kan bruges som en hjælp til opsætningen |
Laser-LED’er er generelt dyrere end synlige røde eller infrarøde LED’er |
Terminologi
Moduleret lys – lys, der sendes af senderen, pulserer ved en frekvens, der er unik for den enkelte sensorserie. Modtageren indstilles til at registrere lys, der moduleres ved denne frekvens, og ignorere lys fra andre kilder.
Koblingsfrekvens – maksimal hastighed på signaludgangen, når emnet kommer ind i og forlader registreringsfeltet.Med enkle ord er det hvor hurtigt, sensoren kan koble til og fra, når et mål passerer.
Kontrast – forskellen i farve og klarhed mellem de to genstande. Hvid er den nemmeste farve at registrere, og sort er den sværeste at registrere.
Strålespot (eller lysplet) – diameteren for det afsendte lys ved en given afstand. Denne størrelse angives typisk på datablade ved den maksimale rækkevidde. Det er en funktion af senderens linsevinkel eller åbning og afstanden.
Effektiv stråle – lysstrålens område, som skal afbrydes helt, for at sensorens output kan ændre tilstand.Sensorer, der skifter udgang, når lysstrålen brydes (dvs., sensorer med gennemgående stråle og polariserede, retro-reflektive sensorer) har effektive stråler.Sensorer, der kaster lyset direkte tilbage fra målet (dvs. diffuse sensorer), har ikke effektive stråler.
Light on (eller Normally Open) – output går høj, når modtageren registrerer lys.
Dark on (eller Normally Closed) – output går høj, når modtageren ikke registrerer lys.
Driftsreserve – forholdet mellem lysenergi, der reelt modtages af sensoren, og lysenergi, der skal bruges til at ændre outputstatus.En reserveværdi på 1 er det påkrævede minimum for at omkoble output.Alt over denne grænse betragtes som en driftsreserve.Den er nyttig til at fastlægge den funktionel drift af sensoren i forurenede områder.
Maksimal driftsreserve påkrævet | Driftsmiljø |
---|---|
1.5X | Ren luft: Ingen ophobning af skidt på linser eller reflektorer. |
5X | Lettere beskidt. Let ophobning af støv, skidt, olie, fugt osv. på linser eller reflektorer. Linser rengøres regelmæssigt. |
10X | Moderat beskidt: Tydelig forurening af linser eller reflektorer, men ikke tilsløret. Linser rengøres lejlighedsvist eller efter behov. |
50X | Meget beskidt: Kraftig forurening af linser. Tung tåge, dis, støv, røg eller oliefilm, minimal rengøring af linser |
Sensorer med separat sender og modtager
Kaldes også through beam / thru-beam.Sender og modtager er i separate huse og monteres over for hinanden.Lys sendes fra senderlinsen og opfanges af modtagerlinsen.
Outputtet ændrer status, når et emne bryder strålen og ikke giver nok energi (lys) til modtager.Så længe målet er stort og solidt nok til at bryde den effektive stråle, vil farven, formen, vinklen, refleksionen og fladens finish ikke påvirke anvendelsen.Dette gør dem mere pålidelige end diffuse sensorer, som er afhængige af lys, der kastes tilbage fra målet.
Fordele | Ulemper |
|
|
Den effektive stråle er ens i diameter og er omtrentlig lig diameteren for sender- og modtagerlinserne.Så længe målet er mindst lige så stort som den effektive stråle, vil outputtet skifte, når emnet bryder strålen.
Output for thru-beam sensorer:
- Light on - udgangen aktiveres når emnet ikke er til stede.
- Dark on - udgangen aktiveres, når emnet er til stede.
Overvejelser i forbindelse med installation
Ved montering af flere thru-beam sensorer skal det tilsikres, at den sendte stråle fra én sensor ikke påvirker andre modtagere.En enkel løsning er at veksle mellem sendere og modtagere som vist.
En meget reflekterende genstand, der passerer gennem en stråle, kan reflektere lys over på en ikke-forbundet modtager og forårsage et forkert signal.En enkel løsning er at anbringe forhindringer mellem sensorerne for at blokere vildfarne refleksioner.
Da sollys indeholder alle bølgelængder og dermed også de samme bølgelængder som fotoceller, kan et meget klart omgivende lys aktivere modtagerne.Dette ses ofte, når fotoelektriske sensorer bruges til døråbnere i hjemmets garage, og sollys fra en vis vinkel kan påvirke dørens betjening.Mulige løsninger kan være at vinkle sensorerne, tilføje en forhindring eller bytte rundt på sender og modtager.
Polariserede, retro-reflektive sensorer
Sender og modtager pakkes i samme hus og monteres over for en reflektor.Lys sendes fra senderlinsen, kastes tilbage fra reflektoren og venter tilbage til modtagerlinsen.
Som med sensorer med gennemgående stråle ændrer outputtet status, når et emne bryder strålen og ikke giver nok energi (lys) til modtager.Så længe emnet er stort og solidt nok til at bryde den effektive stråle, vil farven, formen, vinklen, refleksionen og fladens finish ikke påvirke anvendelsen.Dette gør dem mere pålidelige end diffuse sensorer, som er afhængige af lys, der kastes tilbage fra målet.
Fordele | Ulemper |
|
|
Den effektive stråle fra polariserede, retro-reflektive sensorer er kegleformet. Nær sensoren er strålen omtrent den samme størrelse som senderlinsen.Nær reflektoren har den samme størrelse som reflektoren.Det betyder, at mindre genstande kan registreres, når de er tæt på sensoren, men ikke nødvendigvis når de er tæt på reflektoren.
Outputs for en polariseret, retro-reflektiv sensor:
- Light on – udgangen aktiveres, når emnet ikke er til stede.
- Dark on – udgangen aktiveres, når emnet er til stede.
Prismatiske reflektorer er nødvendige for polariserede, retro-reflektive sensorer.På grund af deres design kan disse reflektorer rotere den indkommende lysstråle 90 grader. Sensorerne er udstyret med polariserende filtre over linsen, så lysstråler kun vender i én retning. Reflektoren roterer lysbølgerne for at matche filtrets orientering på modtageren.
Skinnende mål kan returnere højintensivt lys til sensoren, men da lyset ikke er ordentligt orienteret, forårsager de skinnende genstande ikke et forkert signal.
Diffuse sensorer
Sender og modtager i en diffus sensor sidder i det samme hus. Det sendte lys reflekteres tilbage til sensoren fra emnet, og modtageren vurderer det.Det er vigtigt nøje at overveje emnets egenskaber og baggrunden bag emnet, når den rette sensor vælges.Diffuse sensorer har meget mindre driftsreserve end thru-beam sensorer men typisk mere end polariserede retro-reflektive typer.
Følsomheden for diffuse sensorer er meget høj.Der skal kun 2 % af den udsendte lysenergi tilbage, før outputtet skifter.
Fordele | Ulemper |
|
|
Emnets påvirkninger:
Større genstande reflekterer mere lys, hvilket resulterer i en større tasteafstand.
Med synlige røde sensorer kan lysere farver registreres med længere rækkevidde end mørkere farver.Målfarven har meget mindre indvirkning på infrarøde sensorer.Skinnende flader kan registreres med længere rækkevidde end flade eller matte overflader.
Glatte overflader har bedre reflekterende kvalitet end ujævne flader.Et glat, blåt plastemne vil for eksempel reflektere mere lys end et emne af blåt fløjl.
Flade emner vinkelret på sensoren vil reflektere mere lys end flade emner i en vinkel..Emner, der ikke er flade, har tendens til at lede lys væk fra sensoren, hvilket forårsager energitab og en mindre tasteafstand.
Baggrundsinterferens
En diffus sensor registrerer alt lys, der reflekteres over på modtageren, uanset kilden.Lys, der kastes tilbage fra baggrunden, ligner lyset fra emnet og er særligt problematisk, når baggrunden er mere reflekterende end målet, og når målet og baggrunden er meget tæt på hinanden.
For at reducere registrering af baggrunden:
- Lav den om ved at male den med en mørk, heldækkende farve.
- Lav om på sensorens vinkel i forhold til baggrunden.
- Reducer sensorens følsomhed ved at “lukke af” for baggrunden.
- Brug en diffus sensor med indbygget baggrundsudblænding.
Sensorer med baggrundsudblænding
Disse sensorer er særligt designede diffuse sensorer, der fjerner falsk baggrundsaktivering.Flere teknologier udblænder baggrunde, herunder: Fast rækkevidde, trianguleringsprincippet, diodearray, PMD time-of-flight
Fordele | Ulemper |
|
|
Fast rækkevidde
Sender- og modtagerlinsernes position er vinklet for at oprette en registreringszone.Genstande i registreringszonen reflekterer lys ind i modtagerlinsen og registreres.Genstande uden for registreringszonen (enten for tæt på eller for langt væk) har ikke den korrekte geometri til at returnere lyset til modtageren.Denne metode bruges normalt til korte rækkevidder og kan ikke justeres.
Trianguleringsprincippet
Denne teknologi bruger to modtagende elementer til at opnå baggrundsudblænding.Ved hjælp af et potentiometer til justering anbringes et spejl mekanisk til at fastlægge det punkt, hvor én modtager registrerer målet, og den anden registrerer baggrunden.Sensoren justeres derefter halvvejs mellem disse to punkter.Sensoren vurderer vinklen på det modtagne lys for at fastlægge, om lyset kommer fra målet eller baggrunden.
Diodearray
Denne metode svarer til trianguleringsprincippet bortset fra, at modtagerne er en 63-diodearray.De ekstra modtagere muliggør nøjagtig baggrundsudblænding (dvs. målet og baggrunden kan være meget tætte).Diodearraysensorer er udstyret med en mikroprocessor og programmeres elektronisk via trykknapper.
PMD time-of-flight
PMD (Photonic Mixer Device) fastlægger afstanden mellem sensoren og genstanden (og sensoren og baggrunden) ved at måle den tid, det tager for lyset at nå fra sensoren til målet og tilbage igen.
En laserdiode genererer en moduleret laserstråle.Lyset, der reflekteres af målet, ledes hen mod en fotosensitiv chip (PMD Smart Pixel) via en linse.Chippen sammenligner derefter de indkommende lysbølger og bestemmer afstanden til emnet.
![Diagram of sensor using time of flight technology](/responsive/medium/fourbythree/content/gallery/us/overview/laser/pmd-time-of-flight.png?v=-336952227)
Lysbølger spredes fra laserlyskilden. Når lyset kastes tilbage fra emnet, skifter fasemønsteret, og skiftet er direkte proportionalt med afstanden.
Denne beskyttede teknologi giver:
- Robust registrering af små, reflekterende emner
- Hurtig installation på grund af uafhængighed af farve og vinkel
- Oplysninger om målt afstand via IO-Link
Laserafstandssensorerne ODG, O1D, O5D og OID fra ifm bruger alle denne teknologi.