- M18 Cube: Pouzdro pro úsporu místa od ifm
- Technologie fotoelektrických senzorů
Úvod do fotoelektrických senzorů
Všechny fotoelektrické senzory mají stejné základní součásti:
- Pouzdro – různé tvary, velikosti a konstrukční materiály
- Základní prvek senzoru – liší se v závislosti na technologii, ale vždy zahrnuje systém čoček
- Elektronika – vyhodnocuje, co senzor detekuje
- Elektrické připojení – poskytuje napájení a signál (signály)
Chcete-li co nejlépe využít fotoelektrické senzory, je dobré porozumět spektru elektromagnetického záření. Fotoelektrické senzory společnosti ifm pracují ve viditelném (zejména červeném) a infračerveném frekvenčním rozsahu.
| Viditelné červené světlo | |
|---|---|
| je nejlepší typ světla vyskytující se „všude kolem“ a je doporučován pro většinu aplikací. Většina senzorů společnosti ifm používá viditelné červené světlo. | |
| Výhoda | Nevýhoda |
|
Snadno viditelné v krátkém rozsahu, díky čemuž je užitečné jako pomůcka pro nastavení. |
Závislost na barvě u delších rozsahů |
| Infračervené světlo | |
|---|---|
| Přednosti | Nevýhoda |
|
Nezávislost na barvě u většiny snímacích dosahů Dobrá volba pro znečištěné prostředí – má schopnost „propálit“ prach, mlhu, páru atd. |
Neviditelné pro lidské oko, což komplikuje nastavení. |
| Laserové světlo | |
|---|---|
| Přednosti | Nevýhody |
|
Schopnost detekovat malé cíle u delších rozsahů Malý světelný bod umožňuje přesné spínací body. Jasně viditelný červený paprsek lze použít jako pomůcku pro nastavení. |
Laserové LED diody jsou obecně dražší než standardní viditelné červené nebo infračervené LED diody. |
Terminologie
Modulované světlo – světlo vysílané vysílačem je pulzováno s frekvencí jedinečnou pro každou skupinu senzorů. Přijímač je naladěn tak, aby detekoval světlo modulované na této frekvenci a ignoroval okolní světlo z jiných zdrojů.
Spínací frekvence – maximální rychlost, jakou bude senzor dodávat diskrétní impulzy, jakmile cíl vstoupí a opustí snímací pole.Jednoduše se jedná o to, jak rychle se senzor může zapínat a vypínat, když se kolem pohybuje cílový předmět.
Kontrast – rozdíl v barvě a jasu mezi dvěma objekty. Bílou barvu lze detekovat nejlépe, černou naopak nejhůře.
Bod paprsku (nebo světelný bod) – průměr vysílaného světla v dané vzdálenosti. Tento rozměr je na technických listech obvykle uveden při maximálním rozsahu a je funkcí úhlu otvoru čočky vysílače.
Účinný paprsek – oblast světelného paprsku. Ten, aby došlo ke změně výstupního stavu senzoru, musí být zcela přerušen, Účinné paprsky mají senzory, které se spínají, když je světelný paprsek přerušen (např. jednocestné světelné senzory a polarizované reflexní senzory).Senzory, které odráží světlo přímo od cíle (např. difuzní senzory) nemají účinné paprsky.
Reakce na světlo (nebo spínání na světlo) – když přijímač detekuje světlo, výstup změní stav.
Reakce na tmu (nebo spínání na tmu) – když přijímač nedetekuje světlo, výstup změní stav.
Výkonová rezerva – poměr světelné energie skutečně přijaté senzorem ke světelné energii potřebné pro změnu stavu výstupu.Minimální hodnota nárůstu potřebná pro sepnutí výstupu je 1.Cokoli nad touto prahovou hodnotou se považuje za výkonovou rezervu.Je to užitečné při určování správné činnosti senzoru ve znečištěných oblastech.
| Maximální požadovaná Výkonová rezerva | Provozní prostředí |
|---|---|
| 1,5X | Čistý vzduch: Na čočkách nebo odrazkách se nehromadí žádné nečistoty. |
| 5X | Mírně znečištěné: Mírné hromadění prachu, nečistot, oleje, vlhkosti atd. na čočkách nebo odrazkách, čočky jsou pravidelně čištěny. |
| 10X | Středně znečištěné: Zřejmé znečištění čoček nebo odrazek, ale nezpůsobuje jejich zatemnění, čočky jsou čištěny příležitostně nebo v případě potřeby. |
| 50X | Velmi znečištěné: Silné znečištění čoček, silná mlha, opar, prach, kouř nebo olejový povlak, minimální čištění čoček. |
Jednocestné světelné senzory
Také známé jako páry jednocestných světelných senzorů.Vysílač a přijímač jsou uloženy v samostatných pouzdrech a jsou namontovány proti sobě.Světlo je vysíláno z čočky vysílače a je snímáno čočkou přijímače.
Výstup změní stav, když cíl přeruší paprsek a přijímač nesnímá světlo.Dokud je cíl dostatečně velký a pevný, aby přerušil účinný paprsek, neovlivní výsledek barva, tvar, úhel, odrazivost ani povrchová úprava.Proto jsou mnohem spolehlivější než difuzní senzory, které závisí na odrazu světla od cíle.
| Přednosti | Nevýhody |
|
|
Účinný paprsek má rovnoměrný průměr a je přibližně stejný jako průměr čoček vysílače a přijímače.Dokud je cíl alespoň tak velký jako účinný paprsek, výstup se zapne, když cíl přeruší paprsek.
Výstupy pro pár jednocestných světelných senzorů:
- Výstupy reagující na světlo se zapnou, když cíl není přítomen.
- Výstupy reagující na tmu se zapnou, když cíl je přítomen.
Poznámky k instalaci
Při montáži více párů jednocestných světelných senzorů dávejte pozor, aby vysílaný paprsek jednoho senzoru nerušil jiné přijímače.Jednoduchým řešením je střídat vysílače a přijímače, jak je znázorněno.
Vysoce reflexní objekt procházející paprskem může odrážet světlo do nesprávného přijímače, což způsobí falešný signál.Jednoduchým řešením je umístit mezi senzory bariéry, které blokují jakékoli rozptýlené odrazy.
Protože sluneční světlo obsahuje stejné vlnové délky světla jako fotoelektrické vysílače, může velmi jasné okolní světlo přijímače často oklamat.Lze to běžně vidět, když se fotoelektrické senzory používají pro otevírání garážových vrat u domu a sluneční světlo může pod určitým úhlem rušit provoz vrat.Mezi možná řešení patří změna úhlu senzorů, přidání bariéry nebo výměna polohy vysílače a přijímače.
Polarizované reflexní senzory
Vysílač a přijímač jsou uloženy ve stejném pouzdru a namontovány naproti odrazce.Světlo je vysíláno z čočky vysílače, odrazí se od odrazky a vrací se k čočce přijímače.
Stejně jako u jednocestných světelných senzorů změní výstup stav, když cíl přeruší paprsek a přijímač nesnímá světlo.Dokud je cíl dostatečně velký a pevný, aby přerušil účinný paprsek, neovlivní výsledek barva, tvar, úhel, odrazivost ani povrchová úprava.Proto jsou mnohem spolehlivější než difuzní senzory, které závisí na odrazu světla od cíle.
| Přednosti | Nevýhody |
|
|
Účinný paprsek má u polarizovaných reflexních senzorů tvar kužele. V blízkosti senzoru má paprsek přibližně velikost čočky vysílače.V blízkosti odrazky je to velikost odrazky.To znamená, že menší objekty lze detekovat, když jsou v blízkosti senzoru, ale ne nutně, když jsou v blízkosti přijímače.
Výstupy pro polarizované reflexní senzory
- Výstupy reagující na světlo se zapnou, když cíl není přítomen.
- Výstupy reagující na tmu se zapnou, když cíl je přítomen.
Pro polarizované reflexní senzory jsou nutné prizmatické odrazky.Svým provedením tyto odrazky otáčí přicházející světelný paprsek o 90 stupňů. Senzory jsou vybaveny polarizačními filtry přes čočku, takže světelné vlny jsou orientovány pouze v jednom směru. Odrazka otáčí světelné vlny tak, aby odpovídaly orientaci filtru na přijímači.
Lesklé cíle mohou vrátit světlo s vysokou intenzitou na senzor, ale protože světlo není správně orientováno, nezpůsobí lesklé cíle falešný signál.
Difuzní senzory
Vysílač a přijímač jsou v difuzním senzoru umístěny ve stejném pouzdru. Vysílané světlo se odráží od cíle zpět k senzoru a přijímač jej vyhodnotí.Při výběru správného řešení pro cílové zařízení je důležité pečlivě zvážit vlastnosti cíle a pozadí za cílem.Difuzní senzory mají mnohem menší výkonovou rezervu než páry jednocestných světelných senzorů, ale obvykle více než polarizované reflexní typy.
Citlivost difuzních senzorů je velmi vysoká.Pouze 2 % vysílané světelné energie odražené od cíle způsobí zapnutí výstupu.
| Přednosti | Nevýhody |
|
|
Vlivy cílů:
Větší objekty odrážejí více světla, což má za následek větší snímací dosah.
U senzorů s viditelným červeným světlem lze světlejší barvy detekovat při delším rozsahu než tmavší barvy.Na infračervené senzory má barva cíle mnohem menší vliv.Lesklé povrchy lze snímat při delším rozsahu než nelesklé nebo matné povrchy.
Hladké povrchy mají lepší kvalitu odrazu než nerovné povrchy.Hladký modrý plastový cíl bude například odrážet více světla než modrý sametový cíl.
Ploché cíle kolmé k senzoru budou odrážet více světla než ploché cíle umístěné pod úhlem.Cíle, které nejsou ploché, mají také sklon odklonit světlo od senzoru, což má za následek ztrátu energie a snímacího dosahu.
Rušení způsobené pozadím
Difuzní senzor detekuje veškeré světlo odražené do přijímače, bez ohledu na jeho zdroj.Světlo odrážející se od pozadí se zdá stejné jako světlo od cíle, a je obzvláště problematické, když má pozadí větší odrazivost než cíl a když jsou cíl a pozadí velmi blízko sebe.
Chcete-li snížit detekci pozadí:
- Upravte pozadí nátěrem tmavou a nelesklou barvou.
- Změňte úhel senzoru vzhledem k pozadí.
- Snižte citlivost senzoru, aby „přestal vnímat“ pozadí.
- Použijte difuzní senzor s vestavěným potlačením pozadí.
Senzory s potlačením pozadí
Tyto senzory jsou speciálně konstruované difuzní senzory, které eliminují falešné zapnutí na pozadí za cílem.Pozadí potlačuje několik technologií včetně: technologie s pevným rozsahem, technologie s triangulačním principem, technologie s diodovým polem, technologie PMD s dobou průchodu
| Výhody | Nevýhody |
|
|
Technologie s pevným rozsahem
Poloha čoček vysílače a přijímače je za účelem vytvoření detekční zóny pod úhlem.Objekty v detekční zóně odrážejí světlo do přijímací čočky a jsou snímány.Objekty mimo detekční zónu (příliš blízko nebo příliš daleko) nemají správnou geometrii pro vrácení světla do přijímače.Tato metoda se obvykle používá pro krátké rozsahy a není nastavitelná.
Technologie s triangulačním principem
Tato technologie používá k potlačení pozadí dva přijímací prvky.Pomocí potenciometru pro nastavení je mechanicky umístěno zrcadlo pro určení bodů, kde jeden přijímač detekuje cíl a druhý detekuje pozadí.Senzor se pak nastaví do poloviny mezi těmito dvěma body.Senzor vyhodnocuje úhel přijímaného světla, aby určil, zda světlo vychází z cíle nebo pozadí.
Technologie s diodovým polem
Tato metoda se podobá technologii s triangulačním principem, kromě toho, že přijímače představuje pole 63 diod.Další přijímače umožňují přesné potlačení pozadí (tj. cíl a pozadí mohou být velmi blízko sebe).Senzory s diodovým polem jsou vybaveny mikroprocesorem a elektronicky programovány pomocí tlačítek.
Technologie PMD s dobou průchodu
Technologie PMD („Photonic Mixer Device“ – fotonické směšovací zařízení) určuje vzdálenost mezi senzorem a objektem (a senzorem a pozadím) pomocí měření času potřebného k tomu, aby světlo uletělo vzdálenost od senzoru k cíli a zpět.
Laserová dioda generuje modulovaný laserový paprsek.Světlo odražené cílem je přes čočku nasměrováno na fotocitlivý čip (PMD Smart Pixel).Čip poté porovná příchozí světelné vlny a vyvodí závěry o vzdálenosti cíle.
Světelné vlny se šíří ze zdroje laserového světla Když se světlo odrazí od cíle, posune se fázový vzor a posun je přímo úměrný vzdálenosti.
Tato patentovaná technologie poskytuje:
- důkladnou detekci malých reflexních cílů
- rychlou instalaci vzhledem k nezávislosti na barvě a úhlu
- informace o naměřené vzdálenosti přes IO-Link
Tuto technologii používají všechny laserové distanční senzory typů ODG, O1D, O5D a OID od společnosti ifm.