You probably do not come from: Greece.  If necessary, change to: United States

Εισαγωγή στα φωτοκύτταρα

Για να χρησιμοποιήσουμε με τον καλύτερο τρόπο φωτοκύτταρα, είναι χρήσιμο να κατανοήσουμε πρώτα το φάσμα της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Τα φωτοκύτταρα της ifm λειτουργούν στην ορατή (κυρίως κόκκινη) και στην υπέρυθρη περιοχή συχνοτήτων.

Ορατό κόκκινο φως
είναι ο καλύτερος τύπος φωτός για γενική χρήση και συνιστάται στις περισσότερες εφαρμογές. Η πλειοψηφία των αισθητήρων της ifm χρησιμοποιούν ορατό κόκκινο φως.
Πλεονέκτημα Μειονέκτημα

Ευδιάκριτο σε μικρές αποστάσεις, χρήσιμο ως βοήθημα ρύθμισης

Επηρεάζεται από το χρώμα του στόχου σε μεγαλύτερες αποστάσεις

Υπέρυθρο φως
Πλεονεκτήματα Μειονέκτημα

Δεν επηρεάζεται από το χρώμα του στόχου στο μεγαλύτερο μέρος της εμβέλειας

Καλή επιλογή για βρώμικο περιβάλλον - έχει τη δυνατότητα να υπερπηδάει σκόνη, ομίχλη, ατμό κλπ

Αόρατο στο ανθρώπινο μάτι, καθιστώντας πιο δύσκολη τη ρύθμιση

Φως λέιζερ
Πλεονεκτήματα Μειονεκτήματα

Ικανότητα ανίχνευσης μικρών στόχων σε μεγάλες αποστάσεις

Μικρό στίγμα φωτός για μεταγωγή με μεγάλη ακρίβεια

Ευδιάκριτη φωτεινή κόκκινη ακτίνα, χρήσιμη ως βοήθημα ρύθμισης

Τα λέιζερ LED είναι γενικά πιο ακριβά από τα συνήθη κόκκινα ορατά ή υπέρυθρα LED.

Ορολογία

Διαμορφωμένο φως – το παλμικό φως που αποστέλλει ο πομπός είναι σε συχνότητα μοναδική για κάθε οικογένεια αισθητήρων. Ο δέκτης συντονίζεται για να ανιχνεύει μόνο το διαμορφωμένο φως αυτής της συχνότητας, αγνοώντας το φως από το περιβάλλον ή από άλλες πηγές.

Συχνότητα μεταγωγής - η μέγιστη ταχύτητα με την οποία ένας αισθητήρας θα παραδώσει διακριτούς παλμούς, όταν ο στόχος εισέρχεται και φεύγει από το πεδίο ανίχνευσης. Με απλά λόγια, το πόσο γρήγορα ο αισθητήρας μπορεί να ενεργοποιηθεί και μετά να απενεργοποιηθεί, όταν περάσει ο στόχος από μπροστά του.

Αντίθεση – η διαφορά σε χρώμα και φωτεινότητα ανάμεσα σε 2 αντικείμενα. Το λευκό είναι το πιο εύκολο και το μαύρο το πιο δύσκολο χρώμα για να ανιχνευθεί.

Στίγμα δέσμης (ή φωτεινό στίγμα) – η διάμετρος του εκπεμπόμενου φωτός σε μία δεδομένη απόσταση. Αυτή η τιμή συνήθως εμφανίζεται στα τεχνικά φυλλάδια, στο μέγιστο εύρος και είναι συνάρτηση της γωνίας ανοίγματος του φακού του πομπού.

Ωφέλιμη δέσμη - η περιοχή της φωτεινής ακτίνας που πρέπει να διακόπτεται τελείως, έτσι ώστε να αλλάζει κατάσταση η έξοδος του αισθητήρα. Οι αισθητήρες που μετάγουν όταν διακόπτεται η φωτεινή δέσμη (δηλ. αισθητήρες πομπού - δέκτη και ανάκλασης με φίλτρο πόλωσης) έχουν ωφέλιμη δέσμη.Οι αισθητήρες στους οποίους η φωτεινή δέσμη ανακλάται απευθείας από τον στόχο (δηλ. αισθητήρες διάχυσης) δεν έχουν ωφέλιμη δέσμη.

Φωτεινής λειτουργίας (ή ενεργοποίησης) - η έξοδος αλλάζει κατάσταση όταν ο δέκτης ανιχνεύει φως.

Σκοτεινής λειτουργίας (ή ενεργοποίησης) - η έξοδος αλλάζει κατάσταση όταν ο δέκτης δεν ανιχνεύει φως.

Πλεόνασμα απολαβής φωτός - ο λόγος της φωτεινής ενέργειας που λαμβάνεται πραγματικά από τον αισθητήρα προς την ενέργεια που απαιτείται για την αλλαγή της κατάστασης εξόδουΗ τιμή 1 είναι το ελάχιστο που απαιτείται για την μεταγωγή της εξόδου. Οτιδήποτε πάνω από αυτό το όριο θεωρείται πλεονάζουσα τιμή.Είναι χρήσιμο εργαλείο για τον προσδιορισμό της σωστής λειτουργίας του αισθητήρα σε μη καθαρές περιοχές.

Μέγιστο απαιτούμενο πλεόνασμα απολαβής φωτός Περιβάλλον λειτουργίας
1.5X Καθαρός αέρας. Όχι ρύπανση σε φακούς ή ανακλαστήρες.
5X Ελαφρώς βρώμικο. Ελαφριά συσσώρευση σκόνης, βρωμιάς, λαδιού, υγρασίας κλπ. σε φακούς ή ανακλαστήρες. Οι φακοί καθαρίζονται σε τακτά χρονικά διαστήματα.
10X Μέτρια βρώμικο. Ορατή ρύπανση των φακών ή των ανακλαστήρων, αλλά όχι θολωμένοι. Οι φακοί καθαρίζονται περιστασιακά ή όταν είναι απαραίτητο.
50X Πολύ βρώμικο. Υψηλή ρύπανση των φακών. Πυκνή ομίχλη, υγρασία, σκόνη, καπνός ή φιλμ λαδιού, ελάχιστο καθάρισμα των φακών

Φωτοκύτταρα πομπού - δέκτη

Πλεονεκτήματα Μειονεκτήματα
  • Μεγάλη απόσταση ανίχνευσης
  • Πολύ υψηλό πλεόνασμα απολαβής φωτός (η καλύτερη επιλογή για βρώμικο περιβάλλον)
  • Ομοιόμορφη ωφέλιμη δέσμη σε όλη την απόσταση ανίχνευσης
  • Αξιόπιστη ανίχνευση αδιαφανών αντικειμένων
  • Δεν υπάρχει νεκρή ζώνη σε όλη την απόσταση ανίχνευσης
  • Ο πομπός και ο δέκτης είναι σε ξεχωριστά περιβλήματα και έχουν ξεχωριστό κωδικό παραγγελίας.
  • Και οι 2 συσκευές πρέπει να τοποθετηθούν και να καλωδιωθούν ξεχωριστά, με αποτέλεσμα την αύξηση κόστους.
  • Λόγω του πολύ υψηλού πλεονάσματος απολαβής φωτός, βλέπουν μέσα από διαφανή και ημιδιαφανή αντικείμενα.

Η ωφέλιμη δέσμη είναι ομοιόμορφη στη διάμετρο και είναι περίπου ίση με τη διάμετρο των φακών του πομπού και του δέκτη. Όσο ο στόχος είναι τουλάχιστον τόσο μεγάλος όσο η ωφέλιμη δέσμη, η έξοδος μετάγει όταν ο στόχος διακόψει τη δέσμη.

Έξοδοι αισθητήρων πομπού-δέκτη:

  • Φωτεινή ενεργοποίηση, η έξοδος ενεργή όταν ο στόχοςδεν είναι παρών.
  • Σκοτεινή ενεργοποίηση, η έξοδος ενεργή όταν ο στόχοςείναιπαρών.

Παρατηρήσεις εγκατάστασης

Όταν τοποθετείτε πολλά ζεύγη πομπού-δέκτη, φροντίστε ώστε η δέσμη του ενός αισθητήρα να μην παρεμβάλλει τους άλλους δέκτες. Μια απλή λύση είναι η εναλλαγή πομπών και δεκτών όπως φαίνεται παρακάτω.

Όταν ένα ισχυρά ανακλαστικό αντικείμενο διέρχεται από μια δέσμη, μπορεί να δημιουργήσει ανάκλαση του φωτός σε έναν άσχετο δέκτη, προκαλώντας λάθος σήμα. Μια απλή λύση είναι η τοποθέτηση εμποδίων μεταξύ των αισθητήρων, που θα εμποδίσουν τις τυχαίες ανεξέλεγκτες ανακλάσεις.

Καθώς το ηλιακό φως περιέχει τα ίδια μήκη κύματος φωτός όπως οι πομποί των φωτοκυττάρων, το ιδιαίτερα ισχυρό φως του περιβάλλοντος μπορεί συχνά να μπερδέψει τους δέκτες. Αυτό συμβαίνει συνήθως όταν χρησιμοποιούνται φωτοκύτταρα σε οικιακές γκαραζόπορτες και το ηλιακό φως υπό ορισμένη γωνία μπορεί να επηρεάσει τη λειτουργία της πόρτας, Πιθανές λύσεις περιλαμβάνουν την κλίση των αισθητήρων, την τοποθέτηση εμποδίων ή την αντιστροφή θέσης του πομπού με τον δέκτη.

Φωτοκύτταρα ανάκλασης με φίλτρο πόλωσης

Πλεονεκτήματα Μειονεκτήματα
  • Μεσαία απόσταση ανίχνευσης, καθώς η δέσμη διανύει διπλάσια απόσταση σε σχέση με αυτή του πομπού-δέκτη.
  • Ένα ενιαίο περίβλημα, μειωμένο κόστος αγοράς και τοποθέτησης
  • Αξιόπιστη ανίχνευση γυαλιστερών αντικειμένων, λόγω του ενσωματωμένου φίλτρου πόλωσης
  • Εύκολη τοποθέτηση του ανακλαστήρα
  • Αξιόπιστη ανίχνευση αδιαφανών αντικειμένων
  • Δεν υπάρχει νεκρή ζώνη σε όλη την απόσταση ανίχνευσης
  • Χαμηλό πλεόνασμα απολαβής φωτός, λόγω απώλειας ενέργειας στον ανακλαστήρα.
  • Αναξιόπιστη ανίχνευση διάφανων αντικειμένων, εκτός εάν χρησιμοποιηθούν ειδικοί αισθητήρες "διάφανου αντικειμένου"
  • Ανομοιόμορφη διάμετρος ωφέλιμης δέσμης

Η ωφέλιμη δέσμη στα φωτοκύτταρα ανάκλασης με φίλτρο πόλωσης είναι κωνική. Κοντά στον αισθητήρα, η δέσμη έχει περίπου το μέγεθος του φακού του πομπού.Κοντά στον ανακλαστήρα, έχει το μέγεθος του ανακλαστήρα Αυτό σημαίνει ότι μικρότερα αντικείμενα μπορούν να ανιχνευθούν όταν βρίσκονται κοντά στον αισθητήρα, αλλά όχι απαραίτητα όταν βρίσκονται κοντά στον δέκτη.

Έξοδοι αισθητήρα ανάκλασης με φίλτρο πόλωσης:

  • Φωτεινή ενεργοποίηση, η έξοδος ενεργή όταν ο στόχοςδεν είναι παρών.
  • Σκοτεινή ενεργοποίηση, η έξοδος ενεργή όταν ο στόχοςείναιπαρών.

Για τα φωτοκύτταρα ανάκλασης με φίλτρο πόλωσης απαιτούνται πρισματικοί ανακλαστήρες. Έχουν ειδική σχεδίαση για να περιστρέφουν την εισερχόμενη φωτεινή δέσμη κατά 90 μοίρες. Οι αισθητήρες διαθέτουν πάνω από τον φακό φίλτρα πόλωσης, έτσι ώστε τα φωτεινά κύματα να προσανατολίζονται μόνο προς μία κατεύθυνση. Ο ανακλαστήρας περιστρέφει τα φωτεινά κύματα ώστε να ταιριάζουν με τον προσανατολισμό του φίλτρου στον δέκτη.

Οι λαμπεροί στόχοι μπορεί να επιστρέψουν φως υψηλής έντασης στον αισθητήρα, αλλά επειδή δεν θα είναι σωστά προσανατολισμένο, δεν θα προκαλέσει λάθος σήμα.

Φωτοκύτταρα διάχυσης

Πλεονεκτήματα Μειονεκτήματα
  • Απευθείας ανίχνευση αντικειμένων, χωρίς ανακλαστήρα ή δεύτερο αισθητήρα
  • Χαμηλότερο κόστος αγοράς και τοποθέτησης από τους αισθητήρες πομπού-δέκτη και ανάκλασης με φίλτρο πόλωσης
  • Μικρή απόσταση ανίχνευσης
  • Η ανίχνευση εξαρτάται άμεσα από τα χαρακτηριστικά του στόχου, όπως το χρώμα, η υφή, το μέγεθος και το σχήμα
  • Η ανίχνευση μπορεί να επηρεαστεί από ιδιαίτερα ανακλαστικό ή πολύ κοντινό στον στόχο φόντο
  • Ιδιαίτερα ανακλαστικό φόντο, όπως γυαλί παραθύρου ή ταινία ασφαλείας σε ρούχα, μπορεί να προκαλέσει λάθος σήμα, ακόμα και σε μεγαλύτερη απόσταση από την δηλωμένη εμβέλεια

Επιρροές στόχων:

Μεγαλύτερα αντικείμενα ανακλούν περισσότερο φως, με αποτέλεσμα μεγαλύτερη εμβέλεια.

Στους αισθητήρες με κόκκινο ορατό φως, οι ανοιχτόχρωμοι στόχοι μπορούν να ανιχνευθούν σε μεγαλύτερη απόσταση από τους σκουρόχρωμους. Το χρώμα στόχου επηρεάζει πολύ λιγότερο τους υπέρυθρους αισθητήρες. Οι γυαλιστερές επιφάνειες μπορούν να ανιχνευθούν σε μεγαλύτερη απόσταση από τις επίπεδες ή τις ματ.

Οι λείες επιφάνειες έχουν καλύτερη ανακλαστική ποιότητα από τις τραχιές. Π.χ. ένας μπλε λείος πλαστικός στόχος ανακλά περισσότερο φως από έναν μπλε βελούδινο.

Οι επίπεδοι στόχοι που είναι κάθετοι στον αισθητήρα, ανακλούν περισσότερο φως από τους επίπεδους υπό γωνία. Επίσης, οι μη επίπεδοι στόχοι τείνουν να εκτρέπουν το φως μακριά από τον αισθητήρα, με αποτέλεσμα την απώλεια ενέργειας και την μειωμένη εμβέλεια.

Παρεμβολές φόντου
Ένας αισθητήρας διάχυσης ανιχνεύει όλο το φως που ανακλάται στον δέκτη, ανεξάρτητα από την πηγή του. Το φως που ανακλάται στο φόντο φαίνεται το ίδιο με το φως του στόχου και δημιουργεί ιδιαίτερα προβλήματα όταν το φόντο είναι πιο ανακλαστικό από το στόχο και ο στόχος είναι πολύ κοντά στο φόντο.

Για να μειωθεί η ανίχνευση του φόντου:

  1. Τροποποιήστε το, βάφοντάς το με ένα σκοτεινό, ματ χρώμα.
  2. Αλλάξτε τη γωνία του αισθητήρα σε σχέση με το φόντο.
  3. Μειώστε την ευαισθησία του αισθητήρα για να μη βλέπει το φόντο.
  4. Χρησιμοποιείστε αισθητήρα διάχυσης με καταστολή φόντου.

Φωτοκύτταρα διάχυσης με καταστολή φόντου

Πλεονεκτήματα Μειονεκτήματα
  • Καμία παρεμβολή από το φόντο
  • Απευθείας ανίχνευση στόχου χωρίς χρήση ανακλαστήρα ή 2ης συσκευής
  • Χαμηλότερο κόστος αγοράς και τοποθέτησης από τους αισθητήρες πομπού-δέκτη και ανάκλασης με φίλτρο πόλωσης
  • Διαθέσιμες εκδόσεις ανεξάρτητες χρώματος στόχου, για εφαρμογές μικρής εμβέλειας
  • Μικρότερη απόσταση ανίχνευσης από τους συνήθεις αισθητήρες διάχυσης
  • Πιο ακριβή λύση από τους συνήθεις αισθητήρες διάχυσης
  • Μικρότερη απόσταση ανίχνευσης
  • Η ανίχνευση εξαρτάται άμεσα από τα χαρακτηριστικά του στόχου, όπως το χρώμα, η υφή, το μέγεθος και το σχήμα
  • Μπορεί να υπάρχει "νεκρή ζώνη" κοντά στην επιφάνεια ανίχνευσης του αισθητήρα

Σταθερής εμβέλειας
Οι φακοί του πομπού και του δέκτη είναι τοποθετημένοι υπό γωνία, για να δημιουργηθεί μια ζώνη ανίχνευσης.Αντικείμενα στη ζώνη ανίχνευσης ανακλούν το φως στο φακό του δέκτη και ανιχνεύονται.Αντικείμενα έξω από τη ζώνη ανίχνευσης (είτε πολύ κοντά, είτε πολύ μακριά) δεν έχουν τη σωστή γεωμετρία για να επιστρέψουν το φως στον δέκτη.Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται συνήθως για μικρές αποστάσεις ανίχνευσης και δεν είναι ρυθμιζόμενη.

Αρχή τριγωνισμού
Αυτή η τεχνολογία χρησιμοποιεί δύο στοιχεία λήψης για να επιτύχει καταστολή φόντου.Ένας καθρέφτης μηχανικά τοποθετημένος, χρησιμοποιώντας ένα ποτενσιόμετρο για ρύθμιση, καθορίζει το σημείο όπου ο ένας δέκτης ανιχνεύει τον στόχο και ο άλλος ανιχνεύει το φόντο. Ο αισθητήρας είναι ρυθμισμένος στη μέση μεταξύ αυτών των δύο σημείων.Ο αισθητήρας αξιολογεί τη γωνία του λαμβανόμενου φωτός για να καθορίσει εάν το φως προέρχεται από το στόχο ή το φόντο.

Διάταξη διόδων
Αυτή η μέθοδος είναι παρόμοια με την αρχή τριγωνισμού, εκτός από το γεγονός ότι οι δέκτες είναι μία διάταξη 63 διόδων. Οι επιπρόσθετοι δέκτες επιτρέπουν ακριβή καταστολή φόντου (δηλ. ο στόχος μπορεί να είναι πολύ κοντά στο φόντο).Οι αισθητήρες διάταξης διόδων διαθέτουν μικροεπεξεργαστή και προγραμματίζονται ηλεκτρονικά μέσω μπουτόν.

Μέτρηση χρόνου τροχιάς PMD
Η PMD (συσκευή φωτονικής μίξης) καθορίζει την απόσταση μεταξύ του αισθητήρα και του αντικειμένου (και του αισθητήρα και του φόντου) μετρώντας το χρόνο που χρειάζεται για να ταξιδέψει το φως από τον αισθητήρα στο στόχο και πάλι πίσω.

Μια δίοδος λέιζερ παράγει μια διαμορφωμένη ακτίνα λέιζερ.Το φως που ανακλάται στον στόχο κατευθύνεται σε ένα φωτοευαίσθητο τσιπ (PMD Smart Pixel) μέσω ενός φακού.Το τσιπ συγκρίνει τα εισερχόμενα κύματα φωτός και καταλήγει σε συμπεράσματα σχετικά με την απόσταση από τον στόχο.

Diagram of sensor using time of flight technology

Τα φωτεινά κύματα διαδίδονται από την λέιζερ πηγή φωτός. Όταν το φως αναπηδά στον στόχο, το μοτίβο φάσης μετατοπίζεται και η μετατόπιση είναι απευθείας ανάλογη προς την απόσταση.

Αυτή η μοναδική τεχνολογία παρέχει:

  • Αξιόπιστη ανίχνευση μικρών ανακλαστικών στόχων
  • Εύκολη τοποθέτηση - δεν εξαρτάται από χρώμα και γωνία στόχου
  • Πληροφορία μετρούμενης απόστασης μέσω IO-Link

Οι λέιζερ αισθητήρες απόστασης της ifm σειρών OGD, O1D, O5D και OID χρησιμοποιούν αυτή την τεχνολογία.