Fotoelektrik sensörlere giriş

Fotoelektrik sensörleri en iyi şekilde uygulamak için, elektromanyetik radyasyon spektrumunu anlamak yararlıdır. ifm fotoelektrik sensörleri, görünür (esasen kızıl) ve kızılötesi frekans aralığında çalışır.

Görülür kızıl ışık
En iyi "her duruma uygun" ışık türüdür ve çoğu uygulama için önerilir. ifm sensörlerinin çoğunluğu görülür kızıl ışık kullanır.
Avantajları Dezavantajları

Kısa menzillerde kullanımı kolay olduğu için bir kurulum yardımcısı olarak yararlıdır

Uzun menzillerde renge bağlıdır

kızılötesi
Avantajları Dezavantajları

Algılama alanının büyük bölümünde renkten bağımsızdır

Kirli ortamlar için iyi bir tercihtir - Toz, buğu, buhar, vb. ortamların içinden geçme yeteneği vardır.

İnsan gözüyle görülemediği için kurulumu zorlaştırır

Lazer ışığı
Avantajları Dezavantajları

Küçük hedefleri uzun menzillerde tespit yeteneği

Küçük ışık spotu, kesin anahtarlama noktasına olanak sağlar

Parlak kırmızı görülür ışın, bir kurulum yardımcısı olarak kullanılabilir

Lazer LED' ler, standart görülür kızıl veya kızılötesi LED' lere göre genellikle daha pahalıdır

Terminoloji

Etkin ışın – Sensör çıkışının durumunu değiştirmesi için ışık hüzmesi alanının tamamen kesilmesi gerekir. .Işık demeti kırıldığında anahtarlanan sensörler (örn, karşılıklı ve polarize reflektörden yansımalı sensörler) etkin ışınlara sahiptir.Işığı hedeften doğrudan yansıtıp uzaklaştıran sensörlerde (örn, cisimden yansımalı sensörler) etkin ışınlar yoktur.

Işıkla çalışır (veya ışıkta açık) – Alıcı, ışığı tespit ettiğinde çıkış durum değiştirir.

Karanlıkla çalışır (veya karanlıkla açık) – Alıcı, ışığı tespit etmediğinde çıkış durum değiştirir.

Aşırı Kazanç – Sensörün gerçekte aldığı ışık enerjisinin, çıkış durumunu değiştirmek için gereken ışık enerjisine oranıdır.Çıkışı değiştirmek için gereken minimum kazanç değeri 1' dir.Bu eşiğin üzerindeki bir miktar, aşırı kazanç olarak değerlendirilir.Sensörün kirli alanlarda düzgün çalışıp çalışmadığını belirlemekte yararlıdır.

Gerekli Maksimum Aşırı Kazanç Çalışma Ortamı
1,5X Temiz hava: Lenslerde veya reflektörlerde kir birikmesi olmaması.
5X Hafif kirli. Lenslerde veya reflektörlere hafif toz, kir, yağ, nem, vb. birikmesi; lensler düzenli bir programla temizlenmektedir.
10X Orta derecede kirli: Lenslerde veya reflektörlerde belirgin kirlenme vardır, fakat gizli değildir; lensler ara sıra veya gerektikçe temizlenmektedir.
50X Çok kirli: Lenslerde ağır kirlenme; yoğun sis, buğu, duman veya yağ filmi, lensler asgari düzeyde temizlenmektedir.

Etkin ışın çapı, eşbiçimlidir ve verici ve alıcı lenslerinin çapına yaklaşık olarak eşittir.Hedef en azından etkin ışın kadar büyük olduğu sürece, hedef ışını kesintiye uğrattığında çıkış değişecektir.

Bir ışınlı çift için çıkışlar:

  • Aydınlık çalışma modunda cismi görmediğinde çıkış verir.
  • Karanlık çalışma modunda cismi gördüğünde çıkış verir.

Kurulum detayları

Birden çok karşılıklı sensörün yanyana montajında algılama alanlarının zahiri olarak birbiriyle çakışmamasına dikkat edin. Bunun basit bir çözümü, vericileri ve alıcıları gösterildiği gibi yer değiştirtmektir.

Işığı yansıtma özelliği çok fazla olan bir nesne şekildeki gibi bir konumda ışığı ilgili olmayan bir alıcıya yansıtarak hatalı bir çıkışa sebep olabilir.Bunun basit bir çözümü, sensörler arasına şekildeki gibi bariyerler koyarak rastgele yansımaları önlemektir.

Güneş ışığı, fotoelektrik vericilerle aynı ışık dalga boylarını içerdiği için, çok parlak ortam ışığı, alıcıları çoğu zaman aldatabilir.Bu durum, genellikle fotoelektrik sensörleri, garaj kapısı açıcılarda kullanıldığında ve güneş ışığı belirli bir açıda kapının çalışmasına müdahale ettiğinde görülebilmektedir.Bunun olası çözümleri; Alıcının görüş açısını ona göre konumlandırmak, bir bariyer eklemek veya verici ve alıcının yerini değiştirmektir.

Etkin ışın, sensörden gelmekte olup koni şeklindedir. Sensörün yakınında, ışın yaklaşık olarak verici lenslerinin boyutundadır.Reflektörün yakınında, boyutu reflektörün boyutundadır.Yani, küçük nesneler, sensöre yakın olduğunda tespit edilebilir, fakat alıcıya yakın olmaları gerekmez.

Reflektörden yansımalı polarizasyon filtreli sensor için çıkışlar:

  • Aydınlık çalışma modunda cismi görmediğinde çıkış verir.
  • Karanlık çalışma modunda cismi gördüğünde çıkış verir.

Prizmatik reflektörler, reflektörden yansımalı polarize sensor için gereklidir.Tasarımları gereği bu reflektörler, gelen etkin ışını 90 derece döndürür. Sensörler, lenslerin üzerinde polarizasyon filtreleriyle donatılmıştır ve bu sayede ışık dalgaları sadece tek bir doğrultuda yönlendirilir.Reflektör, ışık dalgalarını alıcıdaki filtrenin yönüyle eşleşecek şekilde döndürür.

Parlak hedefler, sensöre yüksek yoğunlukta ışık geri döndürebilir, fakat ışık uygun şekilde yönlendirilmediği için, parlak hedefler bir hatalı sinyale neden olmaz.

Cisimden yansımalı sensörler

Hedef etkileri:

Büyük nesneler, daha çok ışık yansıtarak daha büyük bir algı menzili sağlar.

Görünür kırmızı ışık sensörlerle daha açık renkler, koyu renklerden daha uzun mesafede algılanabilir. [Nbsp] Hedef renk, kızılötesi sensörlerde çok daha az etkiye sahiptir. [Nbsp] Parlak yüzeyler düz veya mat yüzeylerden daha uzun mesafede algılanabilir.

Pürüzsüz yüzeylerin kaba yüzeylere göre daha iyi bir yansıtma kalitesi vardır.Örneğin, pürüzsüz bir mavi plastik hedef, bir mavi kadife hedefe göre daha çok ışık yansıtır.

Sensöre dik olan düz hedefler, açılı düz hedeflere oranla daha çok ışık yansıtır.Ayrıca düz olmayan hedefler, ışığı sensörün uzağına bükmeye ve dolayısıyla enerji ve algılama mesafesi kaybına neden olmaya meyillidir.

Arka plan girişimi
Bir cisimden yansımalı sensör, alıcının içine yansıtılan tüm ışığı, kaynağı ne olursa olsun tespit eder.Arka plandan yansıtılan ışık, hedeften yansıtılan ışıkla benzer görünür ve bu durum, arka plan hedeften daha yansıtıcı ve hedef ve arka plan birbirlerine çok yakın olduğunda bilhassa sorun yaratır.

Arka plan tespitini azaltmak için:

  1. Arka planı koyu, düz bir boyayla boyayarak değiştirin.
  2. Sensörün arka plana göre açısını değiştirin.
  3. Sensörün duyarlılığını arka plan "dışarıda bırakacak" şekilde azaltın.
  4. Dahili arka plan bastırma özelliğine sahip cisimden yansımalı bir sensör kullanın.

Sabit mesafe
Verici ve alıcı lenslerinin konumu, bir tespit alanı oluşturmak amacıyla açılıdır.Tespit alanındaki nesneler ışığı alıcı lenslerin içine yansıtır ve algılanırlar.Tespit alanının dışındaki nesneler (çok yakın ya da çok uzak olan), ışığı alıcıya geri döndürecek doğru geometriye sahip değildir.Bu yöntem, normalde kısa mesafe için kullanılır ve ayarlanamaz.

Triangülasyon prensibi
Bu teknoloji, arka plan bastırmayı sağlamak için iki alıcı eleman kullanır.Ayar için bir potansiyometre kullanarak, bir alıcının hedefi ve diğerinin de arka planı tespit ettiği noktayı belirlemek için bir ayna mekanik olarak yerleştirilir.Ardından, sensör bu iki noktanın ortasına ayarlanır.Sensör, ışığın hedeften mi, yoksa arka plandan mı geldiğini belirlemek için alınan ışığın açısını değerlendirir.

Diyot dizisi
Bu yöntem, triangülasyon prensibine benzerdir, ancak alıcılar 63 diyotluk bir dizidir.İlave alıcılar, kesin arka plan bastırmasını sağlar (örneğin, hedef ve arka plan birbirlerine çok yakın olabilir).Diyot dizisi sensörleri, bir mikroişlemciyle donatılmıştır ve basma düğmeleri yoluyla elektronik olarak programlanabilir.

PMD uçuş zamanı
PMD (Fotonik Karıştırma Cihazı), ışığın sensörden hedefe gitmesi ve tekrar geri dönmesi için geçen zamanı ölçerek sensör ile nesne (ve sensör ile arka plan) arasındaki mesafeyi belirler.

Bir lazer diyot, bir modülasyonlu lazer ışını üretir.Hedef tarafından yansıtılan ışık, bir lens aracılığıyla foto duyarlı bir çipe (PMD Akıllı Piksel) yönlendirilir.Ardından çip, gelen ışık dalgalarını karşılaştırır ve hedefin mesafesine ilişkin sonuçlar çıkarır.

Diagram of sensor using time of flight technology

Işık dalgaları lazer ışığı kaynağından yayılır. Işık hedeften yansıdığında, faz modeli kayar ve bu kayma, mesafeyle doğrudan orantılıdır.

Bu tescilli teknoloji şunları sağlar:

  • Küçük yansıtıcı hedeflerin güvenilir tespiti
  • Renkten ve açıdan bağımsızlık sayesinde hızlı kurulum
  • IO-Link yoluyla ölçülen mesafe bilgileri

ifm’nin ODG, O1D, O5D ve OID lazer mesafe sensörlerinin tümü bu teknolojiyi kullanmaktadır.