- Kocka M18: Kućište marke ifm koje štedi prostor
- Tehnologija fotoelektrični senzori
Uvod u fotoelektrične senzore
Svi fotoelektrični senzori imaju iste osnovne komponente:
- Kućište – razni oblici, veličine i materijali gradnje
- Osnovni senzorni element – različit ovisno o tehnologiji, ali uvijek uključuje sustav leće
- Elektronika -- procjenjuje ono što senzor otkrije
- Priključak električne energije – pruža napajanje i signal(e)
Da biste najbolje primjenjivali fotoelektrične senzore, korisno je razumjeti spektar elektromagnetskog zračenja. Fotoelektrični senzori marke ifm rade u vidljivom (uglavnom crvenom) i infracrvenom frekvencijskom rasponu.
| Vidljivo crveno svjetlo | |
|---|---|
| najbolja je vrsta svjetla koje se nalazi „svugdje” i preporučuje se za sva područja primjene. Većina senzora marke ifm upotrebljava vidljivo crveno svjetlo. | |
| Prednost | Nedostatak |
|
Lako vidljivo pri malim područjima pa je korisno za pomagalo pri postavljanju |
Ovisno o boji na većim područjima |
| Infracrveno svjetlo | |
|---|---|
| Prednosti | Nedostatak |
|
Neovisno o boji u većini osjetilnog područja Dobar izbor za prljava okruženja – ima sposobnost „sagorijevanja” prašine, maglice, pare itd. |
Nevidljivo ljudskom oku pa je postavljanje teže |
| Lasersko svjetlo | |
|---|---|
| Prednosti | Nedostatci |
|
Sposobnost otkrivanja malih meta na velikim udaljenostima Mala svjetlosna točka omogućuje precizne sklopne točke Jarko crven vidljiv snop može se upotrijebiti kao pomagalo za postavljanje |
Laserske svjetleće diode (LED) uglavnom su skuplje od standardnih vidljivih crvenih ili infracrvenih svjetlećih dioda (LED) |
Nazivlje
Modulirano svjetlo – svjetlo koje šalje odašiljač pulsira na frekvenciji koja je jedinstvena za svaku obitelj senzora. Prijamnik je ugođen za otkrivanje svjetla moduliranog na toj frekvenciji i zanemaruje svjetlo okoline iz drugih izvora.
Frekvencija prekapčanja – maksimalna brzina pri kojoj senzor šalje diskretne impulse kad meta ulazi i izlazi iz osjetilnog polja.Jednostavno, riječ je o tome koliko se brzo senzor može upaliti i ugasiti kad pokraj njega prođe meta.
Kontrast – razlika u boji i svjetlini između dvaju predmeta. Najlakše je otkriti bijelu boju, a najteže crnu.
Točka snopa (ili svjetlosna točka) – promjer poslane svjetlosti na danoj udaljenosti. Ta je dimenzija u podatkovnim tablicama uglavnom prikazana u maksimalnom rasponu i ona je funkcija kuta otvaranja leće odašiljača.
Efektivni snop – područje svjetlosti koje treba potpuno prekinuti da bi izlaz senzora promijenio stanje.Senzori koji se prekapčaju kada je snop svjetla slomljen (tj. senzori blokade jednosmjernog svjetla i polarizirani retroreflektivni senzori) imaju efektivne snopove.Senzori koji odbacuju svjetlost izravno s mete (tj. difuzni senzori) nemaju efektivne snopove.
Rad na svjetlu (svjetlo upaljeno) – izlaz mijenja stanje kad prijamnik otkrije svjetlo.
Rad u mraku (svjetlo nije upaljeno) – izlaz mijenja stanje kad prijamnik ne otkrije svjetlo.
Prekomjerno povećanje – omjer svjetlosne energije koju stvarno prima senzor i svjetlosne energije potrebne za promjenu stanja izaza.Potrebna je vrijednost povećanja od 1 za uključivanje izlaza.Sve iznad tog praga smatra se prekomjernim povećanjem.Korisno u određivanju pravilnog rada senzora u kontaminiranim područjima.
| Potrebno maksimalno prekomjerno povećanje | Radno okruženje |
|---|---|
| 1,5 X | Čist zrak: Nema nakupljene prljavštine na lećama ili reflektorima. |
| 5 X | Pomalo prljavo. Male naslage prašine, prljavštine, ulja, vlage itd. na lećama ili reflektorima; leće se redovito čiste. |
| 10 X | Umjereno prljavo: Očita kontaminacija leća ili reflektora, ali nisu mutni; leće se čiste povremeno ili po potrebi. |
| 50 X | Vrlo prljavo: Teška kontaminacija leća; jaka zamagljenost, maglica, prašina, dim ili uljni film, minimalno čišćenje leća |
Senzori blokade jednosmjernog svjetla
Zovu se i parovi blokade jednosmjernog svjetla.Odašiljač i prijamnik pakiraju se u zasebna kućišta i postavljaju se jedan nasuprot drugom.Svjetlo se šalje s leće odašiljača i preuzima ga leća prijamnika.
Izlaz mijenja stanje kad meta prekine snop i prijamniku prekine dovod svjetla.Ako je cilj velik i dovoljno tvrde strukture da probije efektivni snop, boja, oblik, kut, reflektivnost i završna obrada površine ne utječu na primjenu.Zahvaljujući tomu pouzdaniji su od difuznih senzora koji ovise o svjetlu koje se odbija od mete.
| Prednosti | Nedostatci |
|
|
Efektivni snop ujednačenog je promjera koji je približno jednak promjeru leća odašiljača i prijamnika.Ako je meta velika najmanje kao i efektivni snop, izlaz se prekapča kada meta razbije snop.
Izlazi za par blokade jednosmjernog svjetla:
- Izlazi rada na svjetlu pale se kada meta nije prisutna.
- Izlazi rada u mraku pale se kada je meta prisutna.
Što uzeti u obzir pri postavljanju
Prilikom postavljanja više parova senzora blokade jednosmjernog svjetla pazite da poslani snop jednog senzora ne ometa druge prijamnike.Jednostavno je rješenje naizmjenično postavljati odašiljače i prijamnike kako je prikazano.
Jako reflektirajući predmet koji prolazi kroz snop može odbiti svjetlo na nepovezan prijamnik i prouzročiti lažni signal.Jednostavno je rješenje postaviti pregrade između senzora radi blokiranja refleksija.
Budući da Sunčeva svjetlost sadrži iste valne duljine svjetlosti kao i fotoelektrični odašiljači, vrlo jarko svjetlo okoline često može zavarati prijamnike.Ovo je uobičajeno kad se fotoelektrični senzori upotrebljavaju za otvarače vrata kućnih garaža i Sunčeva svjetlost pri određenom kutu može ometati rad vrata.Moguća rješenja uključuju naginjanje senzora, dodavanje pregrade ili zamjenu položaja odašiljača i prijamnika.
Polarizirani retroreflektivni senzori
Odašiljač i prijamnik pakiraju se u zasebna kućišta i postavljaju se jedan nasuprot drugom.Svjetlo se šalje s leće odašiljača, odbija se s reflektora i vraća na leću prijamnika.
Kao i kod senzora blokade jednosmjernog svjetla, izlaz mijenja stanje kad meta prekine snop i prijamniku prekine dovod svjetla.Ako je meta velika i dovoljno tvrde strukture da probije efektivni snop, boja, oblik, kut, reflektivnost i završna obrada površine ne utječu na primjenu.Zahvaljujući tomu pouzdaniji su od difuznih senzora koji ovise o svjetlu koje se odbija od mete.
| Prednosti | Nedostatci |
|
|
Efektivni snop polariziranih retroreflektivnih senzora stožastog je oblika. Blizu senzora snop je približno veličine leće odašiljača.Blizu reflektora veličine je reflektora.To znači da se manji predmeti mogu otkriti kad su blizu senzora, ali ne nužno kad su blizu prijamnika.
Izlazi za polarizirane retroreflektivne senzore:
- Izlazi rada na svjetlu pale se kada meta nije prisutna.
- Izlazi rada u mraku pale se kada je meta prisutna.
Za polarizirane retroreflektivne senzore potrebni su prizmatični reflektori.Prema svom dizajnu ti reflektori rotiraju dolazeći svjetlosni snop za 90 stupnjeva. Senzori su opremljeni filtrima za polariziranje preko leća pa su svjetlosni valovi usmjereni samo u jednom smjeru. Reflektor rotira svjetlosne valove da bi se podudarali sa smjerom filtra na prijamniku.
Sjajne mete mogu vratiti vrlo intenzivno svjetlo na senzor, ali budući da svjetlo nije pravilno usmjereno, sjajne mete neće prouzročiti lažni signal.
Difuzni senzori
Odašiljač i prijamnik u difuznom senzoru nalaze se u istom kućištu. Poslano svjetlo odbija se natrag na senzor s mete i prijamnik ga procjenjuje.Važno je pažljivo razmotriti obilježja mete i pozadinu iza mete prilikom odabiranja pravog rješenja za neko područje primjene.Difuzni senzori imaju mnogo manje prekomjernog povećanja od parova senzora blokade jednosmjernog svjetla, ali uglavnom više od polariziranih retroreflektivnih senzora.
Osjetljivost difuznih senzora vrlo je velika.Samo 2 % poslane svjetlosne energije koja se odbije od mete izazvat će prekapčanje izlaza.
| Prednosti | Nedostatci |
|
|
Utjecaji na metu:
Veći predmeti odbijaju više svjetla pa je osjetilno područje veće.
Zahvaljujući senzorima vidljive crvene boje svjetlije boje mogu se otkriti na većoj udaljenosti od tamnijih boja.Boja mete mnogo manje utječe na infracrvene senzore.Sjajne površine mogu se otkriti na većoj udaljenosti od ravnih ili mat površina.
Glatke površine imaju bolju kvalitetu odbijanja od grubih površina.Na primjer, glatka plava plastična meta odbijat će više svjetla od plave baršunaste mete.
Ravne mete koje su okomito u odnosu na senzor odbijat će više svjetla od ravnih meta pod kutom.Neravne mete uglavnom odbijaju svjetlo od senzora pa se smanjuju energija i osjetilno područje.
Ometanja pozadine
Difuzni senzor otkriva sve odbijeno svjetlo u prijamnik neovisno o izvoru.Svjetlo koje se odbija s pozadine pojavljuje se u istom obliku kao i svjetlo s mete i osobit je problem kad pozadina odbija više svjetla od mete i kad su meta i pozadina vrlo blizu jedna drugoj.
Smanjivanje otkrivanja pozadine:
- Obojite je tamnom ravnomjernom bojom i tako je izmijenite.
- Promijenite kut senzora koji se odnosi na pozadinu.
- Smanjite osjetljivost senzora da biste „prigušili” pozadinu.
- Upotrijebite senzor difuzne refleksije s ugrađenom funkcijom suzbijanja pozadine.
Senzori s funkcijom suzbijanja pozadine
Ti su senzori posebno napravljeni difuzni senzori koji eliminiraju lažno izbacivanje na pozadini iza mete.Nekoliko tehnologija suzbija pozadinu, uključujući: Fiksno područje, načelo triangulacije, niz dioda, PMD – mjerenje svjetlosnog impulsa
| Prednosti | Nedostatci |
|
|
Fiksno područje
Leće odašiljača i prijamnika nagnute su radi stvaranja zone otkrivanja.Predmeti u zoni otkrivanja odbijaju svjetlo u leće prijamnika i otkrivaju se.Predmeti izvan zone otkrivanja (ili preblizu ili predaleko) nemaju pravu geometriju da bi vratili svjetlo prijamniku.Ova se metoda uglavnom upotrebljava za mala područja i nije prilagodljiva.
Načelo triangulacije
Ova tehnologija upotrebljava dva prijamna elementa radi postizanja suzbijanja pozadine.Upotrebom potenciometra za prilagodbu, mehanički se postavlja ogledalo da bi se odredila točka gdje jedan prijamnik otkriva metu, a drugi otkriva pozadinu.Senzor se zatim prilagođava na pola puta između tih dviju točaka.Senzor procjenjuje kut primljenog svjetla da bi odredio dolazi li svjetlo s mete ili iz pozadine.
Niz dioda
Ova je metoda slična načelu triangulacije, ali su prijamnici niz od 63 diode.Dodatni prijamnici omogućuju precizno suzbijanje pozadine (tj. meta i pozadina mogu biti vrlo blizu).Senzori niza dioda opremljeni su mikroprocesorom i programiraju se elektronički, tipkalima.
PMD – mjerenje svjetlosnog impulsa
PMD (Uređaj za fotonično miješanje) određuje udaljenost između senzora i predmeta (i senzora i pozadine) mjerenjem vremena koje je potrebno svjetlu da dođe od senzora do mete i natrag.
Laserska dioda stvara modulirani laserski snop.Svjetlo koje odbija meta usmjerava se na fotoosjetljivi čip (PMD Smart Pixel) putem leće.Čip tada uspoređuje dolazeće svjetlosne valove i izvodi zaključke o udaljenosti mete.
Svjetlosni valovi šire se s izvora laserskog svjetla. Kada se svjetlo odbije od mete, mijenja se obrazac faze i ta je promjena izravno proporcionalna udaljenosti.
Ova vlasnička tehnologija pruža:
- Snažno otkrivanje malih reflektirajućih predmeta
- Jednostavnu ugradnju zahvaljujući neovisnosti o bojama i kutu
- Informacije o izmjerenoj udaljenosti putem IO-Linka
ifm-ovi laserski senzori udaljenosti ODG, O1D, O5D i OID svi upotrebljavaju tu tehnologiju.