Sai come funzionano le barriere fotoelettriche?

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

Principio di funzionamento

Un barriera fotoelettrica a scansione è composta da due elementi: un emettitore e un ricevitore. L’emettitore, ha un’ottica che consiste in una schiera di fotoemettitori i quali, con una precisa cadenza, uno dopo l’altro emettono stretti impulsi luminosi verso il ricevitore. La radiazione luminosa è generata da una sorgente a stato solido costituita da elementi a semiconduttore con elevato rendimento e lunga durata. Essa può essere al di fuori della banda del visibile. Il ricevitore ha un’ottica consistente in una schiera di fotoricevitori geometricamente corrispondenti a quelli dell’emettitore. Le radiazioni luminose che raggiungono i fotoricevitori vengono trasformate in un segnale elettrico, amplificate ed elaborate per pilotare i dispositivi di uscita del ricevitore. La lettura dell’impulso luminoso avviene in modo sincrono pertanto tra i due elementi emettitore/ricevitore deve essere trasmesso un segnale di sincronismo. La rilevazione avviene mediante l’interruzione del percorso del fascio determinata dalla presenza di un oggetto opaco.

Scansione a raggi paralleli

Ogni impulso emesso da un singolo elemento della schiera dell’emettitore deve essere letto, in modo sincrono, dall’elemento corrispondente della opposta schiera ricevente perché la singola coppia venga considerata in luce. Ogni singola coppia emettitore/ricevitore controlla solo l’asse che le congiunge. La scansione determina un’area percorsa da raggi paralleli. Operando con raggi paralleli si possono ricavare informazioni precise sulle dimensioni e posizione dell’oggetto rilevato.

Scansione a raggi incrociati

Ogni impulso emesso da un singolo elemento della schiera dell’emettitore deve essere letto, in modo sincrono, dall’elemento corrispondente della opposta schiera ricevente e da un numero variabile di altri ricevitori affiancati a quello centrale affinchè la singola coppia venga considerata in luce. Ogni singola coppia emettitore/ricevitore controlla un ventaglio di assi che hanno origine dall’emettitore e raggiungono una schiera di ricevitori. La scansione determina un’area percorsa da raggi incrociati in modo complesso. Il numero di ricevitori laterali coinvolto nella lettura del singolo emettitore varia a seconda della portata del modello specifico. Ogni emettitore deve illuminare diversi ricevitori e lo può fare se l’apertura angolare del fascio è sufficiente per una determinata distanza. Il numero di ricevitori abilitati alla ricezione varia anche durante la scansione, come caso estremo i due emettitori ai bordi della schiera possono illuminare solo i ricevitori laterali interni perché quelli esterni non esistono. Un altro caso particolare è quando i singoli emettitori devono illuminare sempre tutti i ricevitori: questo modo operativo è di semplice gestione, ma richiede grandi aperture angolari. Operando con raggi incrociati non è possibile ricavare in modo immediato informazioni precise sulle dimensioni e posizione dell’oggetto rilevato, ma solo rilevarne la presenza.

Sincronismo di scansione

È la funzione che permette al singolo elemento ricevitore della schiera di essere abilitato alla lettura solo nell’istante in cui l’impulso luminoso è emesso dall’elemento emettitore singolo corrispondente. Il sincronismo serve per determinare una relazione univoca tra emettitore e ricevitore corrispondenti della schiera e per ridurre l’effetto di segnali interferenti. Nelle barriere di tipo T a scansione con raggi paralleli che vengono utilizzate per determinare le dimensioni o la posizione degli oggetti, il sincronismo deve essere realizzato in forma di collegamento via cavo tra emettitore e ricevitore. Nelle barriere in cui serve solo l’informazione della presenza dell’oggetto, il sincronismo può essere inviato per via ottica; in genere è un emettitore aggiuntivo della schiera ricevente che lo invia ad un ricevitore aggiuntivo della schiera emittente, oppure possono essere utilizzate tecniche di temporizzazione che permettono un’autosincronizzazione del ricevitore, eliminando così la necessità di un cablaggio tra emettitore e ricevitore. Esistono anche dispositivi le cui schiere di elementi ottici sono composte in modo alterno di proiettori e ricevitori che si rilanciano gli impulsi ottici. Anche questo tipo di soluzione non necessita di sincronismo cablato e non può essere usata per rilevare posizione e dimensione degli oggetti.

Stato dell’area

Per definire lo stato dell’area o dei singoli elementi si fa riferimento alla condizione di luce e di buio dei ricevitori. La condizione buio è determinata dalla presenza di un oggetto opaco che blocca il percorso dei raggi. La condizione luce è determinata dal fatto che il percorso dei raggi tra emettitore e ricevitore è libero.


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