포토 센서 소개

용어

유효 빔 – 센서 출력이 스위칭되도록 완전히 차단되어야 하는 라이트 빔 영역을 말합니다.예를 들어 투과형 및 편광 미러반사형 센서를 통하여 라이트 빔이 중단될때 센서는 유효 빔을 보유하게 됩니다. 목표물로 부터 광선을 직접 반사하는 센서 (즉, 직접반사형 센서)에는 유효 빔이 없습니다.

밝은 작동 (또는 light-on) – 수광기가 광선을 감지하면 출력 상태가 변경됩니다.

어두운 작동 (또는 dark-on) – 수광기가 광선을 감지하지 않으면 출력 상태가 변경됩니다.

초과 이득 – 센서에 의하여 실제로 수광된 광선 에너지와 출력 상태를 변경하기 위하여 요구되는 광선 에너지의 비율입니다.초과 이득값 1은 출력을 스위칭하는데 필요한 최소값입니다.이 임계값이 초과되면 초과 이득으로 간주됩니다.오염된 영역에서 센서의 올바른 작동을 결정하는 데 유용합니다.

요구되는 최대 초과 이득 작동 환경
1.5 X 깨끗한 공기: 렌즈나 반사판에 먼지가 쌓이지 않음
5 X 약간 더러움: 렌즈 또는 반사경에 먼지, 더러움, 기름, 습기 등이 약간 쌓임; 렌즈를 정기적으로 닦아줌
10 X 중간 정도로 더러움: 렌즈 또는 반사경의 명백한 오염이지만 가려지지 않음 가끔씩 또는 필요한 경우에만 세정된 렌즈
50 X 매우 더러움: 렌즈의 심한 오염; 심한 흐림, 안개, 먼지, 연기 또는 오일 필름, 렌즈의 최소한의 세정

유효 빔은 직경이 균일하고 투광기 및 수광기 렌즈의 직경과 대략 동일합니다. 목표물 크기가 최소 유효 빔과 같은 경우, 목표물이 빔을 차단하면 출력이 스위칭됩니다.

투과형 페어 (thru-beam pair)를 위한 출력

  • 목표물이 존재하지 않는 경우, 밝은 작동 출력이 켜집니다.
  • 목표물이 존재하는 경우, 어두운 작동 출력이 켜집니다.

설치시 고려사항

투과형 페어 (thru-beam pair)를 여러 개 설치하는 경우, 센서가 전송한 빔이 다른 수광기를 방해하지 않도록 유의해야 합니다. 간단한 솔루션으로 그림과 같이 투광기와 수광기를 번갈아 사용합니다.

빔이 통과되는 강한 반사 물체는 관련없는 수광기에 광선을 반사시켜 잘못된 시그널이 발생될 수 있습니다. 간단한 솔루션으로, 센서 사이에 배리어를 배치하여 모든 이탈된 반사를 차단합니다.

햇빛이 광전 투광기와 동일한 광선 파장을 제시하므로 매우 밝은 주변 광이 종종 수광기에 영향을 줄 수 있습니다. 이는 일반 가정 차고의 도어 오프너에 광전 센서를 사용하는 경우, 특정한 각도에서 햇빛으로 인하여 도어 작동이 방해됨을 일반적으로 볼 수 있습니다. 가능한 해결책으로 센서 각도 조정, 배리어 추가 또는 투광기 및 수광기를 바꾸는 방법이 있습니다.

편광필터 미러반사형 유효 빔은 원뿔 모양입니다. 센서에 근접한 경우, 빔은 대략 투광기 렌즈의 크기입니다.유효 빔이 반사경에 근접한 경우, 반사경 크기 입니다. 이 의미는, 센서에 근접해 있는 경우 더 작은 물체가 감지되지만, 수광기에 근접한 경우 반드시 그렇지 않습니다.

편광필터된 미러반사형 센서를 위한 출력:

  • 목표물이 존재하지 않는 경우, 밝은 작동 출력이 켜집니다.
  • 목표물이 존재하는 경우, 어두운 작동 출력이 켜집니다.

프리즘 반사경은 편광필터 미러반사형 센서를 필요로 합니다. 이 반사경는 디자인상 들어오는 광선을 90도 회전시킵니다. 센서는 렌즈위에 편광필터가 장착되어 있어 광선 파장이 한방향으로만 이동합니다.광선 파장이 수광기의 필터 방향과 일치되도록 반사경을 회전시킵니다.

광택있는 목표물의 경우 강한 광선을 센서에 반사시킬 수 있지만, 광선 방향이 제대로 정렬되지 않아 광택있는 목표물은 잘못된 시그널을 유발하지 않습니다.

직접반사형 센서

목표물 영향:

더 큰 물체는 더 많은 광선을 반사하므로, 감지범위가 더 커집니다.

눈에 보이는 적색광선을 보유한 센서를 사용하면, 어두운 색상에서 보다 더 긴 레인지로 밝은 색상을 검출할 수 있습니다. 목표물 색상은 적외선 센서에 미치는 영향이 훨씬 적습니다. 광택있는 표면은 평평하거나 무광인 표면보다 더 먼 거리에서 감지될 수 있습니다.

부드러운 표면은 거친 표면보다 반사 품질이 좋습니다. 예를 들어 부드러운 청색 플라스틱 목표물은 청색 벨벳 목표물보다 더 많은 광선을 반사합니다.

센서에 수직으로 놓여있는 평평한 목표물은 비스듬히 누워있는 평평한 물체보다 더 많은 광선을 반사합니다.또한, 평평하지 않은 물체는 광선을 센서에서 멀어지게하여 에너지 손실 및 감소되는 감지 영역을 초래합니다.

배후배경 간섭
직접반사형 센서는 소스와 무관하게 수광기에 반사된 모든 광선을 감지합니다. 배후배경에서 반사되는 광선은 목표물에 의해 반사된 광선과 동일하게 나타납니다. 배후배경이 목표물보다 반사성이 높고 목표물과 배후배경이 아주 근접해 있는 경우 특히 문제가 있습니다.

배후배경 감지를 감소시키기 위하여:

  1. 어둡고 고르게 페인트하여 수정하십시오.
  2. 배후배경을 기준으로 센서의 각도를 변경하십시오.
  3. 센서의 민감도를 감소시켜 배후배경을 "감추기" 하십시오.
  4. 배후배경배제 기능이 내장된 직접반사형 센서를 사용하십시오.

고정된 레인지
투광기와 수광기 렌즈의 위치는 감지 영역을 생성하기 위하여 기울어져 있습니다. 검출영역 내의 물체는 수광기 렌즈로 광선을 반사하여 감지됩니다. 감지영역 밖에 있는 물체 (너무 근접해있거나 너무 멀리 있음)는 광선을 수광기로 되돌릴 수있는 정확한 기하학을 보유하지 않습니다. 이 방법은 일반적으로 단거리에 사용되며 조정이 가능하지 않습니다.

삼각 측량 원리
본 테크놀러지는 배후배경배제를 얻기 위해 두 개의 수신 요소를 사용합니다. 포텐쇼미터를 사용하여 조정하는 경우, 거울이 기계적으로 배치되어 한 수광기가 목표물을 검출하고 다른 수광기가 배후배경을 검출하는 포인트를 결정합니다. 그런 다음 센서는 이 두 포인트 사이의 중간 지점에 조정됩니다. 센서는 수광된 광선의 각도를 평가하여 광선이 목표물 또는 배후배경으로부터 반사되어야 하는지를 결정합니다.

다이오드 배열
이 방법은 수광기에 의해 63 다이오드 배열이라는 점을 제외하면 삼각 분할 원리와 유사합니다. 수광기는 정확한 배후배경배제 기능을 허용합니다 (예: 목표물 및 배후배경이 매우 근접해 있음).다이오드 배열 센서에는 마이크로 프로세서가 장착되어 있으며 누름 버튼을 통해 전자적으로 프로그래밍됩니다.

PMD 이동거리 시간차
PMD (Photonic Mixer Device)는 센서에서 목표물로 광선이 이동하고 다시 돌아 오는 데 걸리는 시간을 측정하여 센서와 물체 (및 센서와 배후배경) 사이의 거리를 결정합니다.

레이저 다이오드는 변조된 레이저 빔을 생성합니다. 목표물에 의해 반사된 광선은 렌즈를 통해 감광성 칩 (PMD Smart Pixel)으로 보내집니다. 칩은 들어오는 광선 파장을 비교하고 목표물의 거리에 대한 결론을 도출합니다.

Diagram of sensor using time of flight technology

광선은 레이저 광원으로 부터 전파됩니다. 광선이 목표물에 의해 반사되자 마자 위상 패턴은 거리에 비례하여 이동합니다.

이러한 독점 기술은 다음을 제공합니다:

  • 작은 반사 목표물의 강력한 검출
  • 색상 및 각도에 무관함으로 빠른 설치
  • IO-Link를 통한 측정된 거리 정보

ifm의 ODG, O1D, O5D 및 OID 레이저 거리 센서는 이 테크놀러지를 모두 사용합니다.