Sai come funziona un sensore fotoelettrico?

Didattica estrapolata dal catalogo della società M.D. Micro Detectors S.p.A.

Tecnologia fotoelettrica

Un sensore fotoelettrico è formato da un elemento che emette radiazioni luminose le quali, direttamente o indirettamente raggiungono un ricevitore. Il livello del segnale luminoso viene trasformato in segnale elettrico, amplificato ed elaborato per pilotare lo stadio di uscita del sensore. Una variazione di radiazioni luminose ricevute, indica la presenza o l’assenza del target, o la sua variazione: colore, posizione, riflessione. La radiazione utilizzata può essere ad emissione visibile o al di fuori della banda del visibile e di solito viene modulata (emissione e ricezione in regime impulsivo).

Esistono diverse modalità di rilevamento:

Diffusione diretta

Emettitore e ricevitore sono incorporati nella medesima unità. I fasci ottici sono paralleli o leggermente convergenti. La presenza di un target nel campo ottico produce la riflessione diffusa del fascio luminoso sul ricevitore e la conseguente rilevazione dell’oggetto stesso. Le proprietà riflettenti del target sono determinanti, in genere è possibile rilevare la presenza con buona sicurezza di qualsiasi target a meno che non sia perfettamente riflettente o idealmente nero. Oggetti chiari, con potere di riflessione al 90%, vengono rilevati vicino alla distanza nominale Sn, oggetti scuri ,con riflessione intorno al 18% generalmente sono rilevati a 1⁄2 Sn.

  • Allineamento facile
  • Distanze di rilevazione moderate
  • Non è necessario un catarifrangente

Catarifrangente

Emettitore e ricevitore sono incorporati nella medesima unità. I fasci ottici sono paralleli. Il segnale luminoso emesso dall’emettitore, viene riflesso da un catarifrangente e torna verso il sensore. La rivelazione avviene mediante l’interruzione del percorso del fascio determinata dalla presenza di un oggetto opaco.

  • Distanze di rilevazione moderate
  • Allineamento facile

Catarifrangente Polarizzata

È una variante del modello a Catarifrangente. Ne elimina il difetto principale consistente nel possibile non-riconoscimento di superfici riflettenti speculari orientate normalmente all’asse ottico in quanto non distinguibili dal riflettore. Nel sistema ottico dell’emettitore viene inserito un filtro polarizzatore lungo un’asse orizzontale, mentre nel ricevitore viene inserito un filtro polarizzatore verticale. In questo modo vengono cancellatele riflessioni delle superfici non otticamente attive. La luce riflessa del catarifrangente ha una forte componente polarizzata in senso normale a quello incidente, pertanto diviene la sola sorgente di luce riflessa riconoscibile.

  • Distanze di rilevazione moderate
  • Ininfluenti ai riflessi della superficie del target
  • Emissione a fascio rosso, facilità di allineamento

Catarifrangente per oggetti trasparenti

È una variante del modello a Catarifrangente. Tale modello si utilizza in quelle applicazioni dove l’oggetto consiste in vetro trasparente, pellicole sottili trasparenti o superfici ricoperte di queste pellicole in quanto hanno moderate proprietà di distorcere la polarizzazione.

  • Possibilità di rilevare oggetti trasparenti

Riflessione diretta focalizzata

Emettitore e ricevitore sono incorporati nella medesima unità. I fasci convergono in un punto dove la sensibilità è massima; al di fuori la sensibilità diminuisce. In sintesi viene eseguita una soppressione di sfondo e di primo piano di modesta/discreta efficienza.

  • Bassa influenza dello sfondo oltre la distanza di rilevazione del target
  • Complessità del prodotto inferiore alla Soppressione di Sfondo
    Barriera

Barriera

Emettitore e Ricevitore sono realizzati in due distinte unità e vengono installati uno di fronte all’altro. La rilevazione del target/oggetto avviene mediante l’interruzione del percorso del fascio determinata dalla presenza dell’ oggetto.

  • Margine elevato, possibilità di utilizzarlo in ambienti “sporchi”
  • Distanze di rilevamento lunghe (maggiori di Catarifrangente e Riflessione Diretta)
  • Nessuna influenza per i riflessi o oggetti molto riflettenti

Soppressione di sfondo

Emettitore e ricevitore sono incorporati nella medesima unità. Il sistema di rilevamento è basato su un principio di triangolarizzazione ed è sensibile all’angolo di riflessione, che diminuisce in proporzione alla distanza dell’oggetto. L’emettitore ha un piccolo angolo di emissione pertanto l’angolo che colpisce l’oggetto è piccolo. L’ottica del ricevitore riceve la luce riflessa, sia quella degli oggetti vicini (target) sia quella da oggetti lontani (sfondo), un’elettronica sofisticata elabora i due segnali, in modo da poter rilevare la presenza sia del target che dello sfondo. L’influenza del colore del target è notevolmente ridotta. La soppressione di sfondo permette al sensore di ignorare la presenza di uno sfondo molto riflettente anche se si trova dietro a un oggetto/target più scuro.

  • Ininfluente lo sfondo oltre la distanza di rilevamento del target
  • Ininfluente il colore dell’oggetto da rilevare a una distanza specifica

Settori industriali e loro applicazioni

Grazie all’ampia disponibilità di modelli (Riflessione Diretta, Catarifrangente, Catarifrangente Polarizzata….) e di formati, i Sensori Fotoelettrici trovano la loro applicazione in tutti i campi dell’automazione industriale:

  • linee di trasporto
  • linee di imballaggio
  • macchina lavorazione ceramica e legno
  • magazzini Automatici

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