Sensori fotoelettrici
(8 222)I sensori fotoelettrici presenti nell'offerta della TME sono principalmente elementi destinati all'uso in sistemi di automazione industriale. Tuttavia, questa offerta comprende anche componenti optoelettronici utilizzati come parti per la produzione di altri dispositivi complessi, ad es. rilevatori di sistemi di allarme, controller di illuminazione automatici, ecc. È impossibile descrivere l'intero assortimento con le specifiche di ciascuna soluzione offerta dai fornitori. Ci concentreremo sulla suddivisione base dei sensori fotoelettrici e sulle caratteristiche dei singoli gruppi di prodotti.
Tipi di sensori elettrici
Prima di tutto, va sottolineato che il tipo di sensore può riferirsi a diversi parametri: la tecnologia in cui è stato realizzato l'emettitore o il sensore, il metodo di funzionamento, la struttura, la destinazione d'uso, il metodo di montaggio ecc. Di seguito sono riportati alcuni esempi, tuttavia non si tratta di categorie che si escludono a vicenda. Ad esempio: un sensore a riflessione può essere progettato per essere montato su una scheda PCB e allo stesso tempo può utilizzare la luce infrarossa.
Sensore a riflessione e coppia trasmettitore-ricevitore
In termini di principio di funzionamento, la suddivisione principale nel gruppo di sensori fotoelettrici è legata alla propagazione della radiazione elettromagnetica. La maggior parte dei sensori emette luce (di seguito parleremo della sua portata), che viene poi ricevuta dal sensore. La luce può essere riflessa dall'oggetto rilevato e tornare al modulo da cui è stata trasmessa (stiamo parlando di sensori a riflessione); oppure essere inviata ad un ricevitore situato a distanza (coppia trasmettitore-ricevitore). In quest'ultimo caso, se il sensore non riceve radiazioni con determinati parametri (ossia come quella che è stata emessa), l'uscita del sensore verrà impostata su uno stato che indica la presenza di un oggetto sulla linea tra la sorgente luminosa e il ricevitore. Questo tipo di dispositivo è solitamente caratterizzato da elevata precisione e alta distanza massima di funzionamento (soprattutto se è stato realizzato nella tecnologia laser).
Naturalmente, il posizionamento di moduli trasmettitore e ricevitore separati non è sempre una soluzione ottimale o addirittura realizzabile. In tali situazioni, è possibile utilizzare un sensore a riflessione collegato al riflettore questo elemento combina in un unico alloggiamento la funzione di emettitore e sensore, tuttavia invece di rilevare la luce riflessa dalla superficie dell'oggetto, reagisce all'interruzione del raggio riflesso dallo specchio. I riflettori sono disponibili in una sezione separata del catalogo della TME.
Infrarossi, UV, laser e microonde
I sensori fotoelettrici utilizzano radiazioni di diverse lunghezze d'onda. Ogni campo presenta alcuni vantaggi specifici che soddisfano le esigenze di determinate applicazioni. Ad es. le microonde hanno una buona propagazione in presenza di aria inquinata o fumosa. Penetrano anche in alcuni materiali, il che consente di rilevare oggetti di grandi dimensioni (solidi), ma ignorano ad es. pellicole o liquidi. La radiazione infrarossa (ossia ing. infrared) può essere utilizzata in luoghi intensamente illuminati con altri tipi di luce (interferenza di fondo), anche in piena esposizione ai raggi solari. Questa è una caratteristica particolarmente importante nel caso di linee di produzione o magazzini, in cui, a causa della sicurezza e del comfort del lavoro, viene installata un'illuminazione completa. Un'altra gamma di radiazioni utilizzate nei sensori sono i raggi ultravioletti. Vale la pena sottolineare che tutti questi sensori utilizzano radiazioni invisibili all'occhio umano, ciò costituisce un ulteriore vantaggio in applicazioni come i sistemi di allarme.
Indipendentemente dalla frequenza della luce utilizzata, la categoria di sensori che vale la pena distinguere sono gli elementi che utilizzano la radiazione laser ossia un fascio stretto e intenso di raggi. Tali soluzioni sono caratterizzate da precisione e velocità di attivazione, consentono il controllo di processi di produzione di massa in aree che richiedono la massima accuratezza, come la produzione di componenti elettronici. Un ulteriore vantaggio dei laser è la loro lunghissima portata.
Sensori di movimento
I sensori di movimento spesso non utilizzano il trasmettitore poiché si basano sul rilevamento di cambiamenti più e meno improvvisi dell'intensità della luce naturale ( o emessa da altre sorgenti). L'esempio più semplice di tali elementi è costituito dagli interruttori automatici dell'illuminazione utilizzati in edifici residenziali, corridoi, parcheggi, ecc.
Rilevamento fotoelettrico del livello di liquido
Comunemente vengono utilizzate diverse tecnologie per il rilevamento del livello di liquidi. Tra i più antichi vi sono gli interruttori o gli interruttori reed accoppiati ad un galleggiante. L'uso di un sensore fotoelettrico ha il vantaggio di essere caratterizzato da una sicurezza molto elevata, inoltre non richiede l'alterazione della struttura del serbatoio. Inoltre, questo metodo consente il monitoraggio delle condizioni di praticamente qualsiasi sostanza, poiché nessun elemento entra in contatto con il liquido osservato e la radiazione elettromagnetica rimane immune alla stragrande maggioranza dei composti chimici.
Sensori di colore e contrasto
Un tipo speciale di sensori sono i componenti in grado di rilevare i colori e il contrasto. Vengono utilizzati per la segregazione automatica, il rilevamento di scolorimenti e la lettura di marcature. Il riconoscimento del colore viene spesso effettuato alternando l'emissione di luce in diversi colori (ad es. RGB, ossia rosso, verde e blu) e misurando quanto efficacemente la superficie riflette la radiazione di diverse lunghezze d'onda. Sulla base delle informazioni raccolte, il sistema digitale può determinare con elevata precisione il colore dell'oggetto. Va notato, tuttavia, che a causa del metodo di funzionamento, questi tipi di sensori sono caratterizzati da una distanza massima di funzionamento ridotta, nonché da un tempo di risposta leggermente più lungo. Richiedono anche condizioni ottiche appropriate durante la misurazione (in modo che non vi siano interferenze).
Lettori di codici a barre
I codici a barre sono diventati un elemento indispensabile delle catene di approvvigionamento dei sistemi logistici e nell'organizzazione del magazzino. Per leggerli, viene utilizzato un tipo speciale di sensori fotoelettrici, che funzionano utilizzando un raggio laser riflesso dallo specchio oscillante. Il lettore di codici a barre è quindi un modulo che combina diversi elementi, tra cui di tipo elettromeccanico ed elettromagnetico. A seconda del modello, lo scanner può leggere utilizzando il chip del microprocessore integrato e trasmettere dati tramite un bus digitale, o trasmettere informazioni sul frammento di codice attualmente letto a un altro convertitore responsabile dell'elaborazione delle informazioni (qui di solito viene utilizzata un'uscita a transistor, che garantisce una velocità di trasmissione appropriata).
Barriere luminose
Le barriere luminose (laser) costituiscono un altro tipo di sensore fotoelettrico integrato. È un prodotto che si trova più spesso negli ascensori e in altri locali con porte automatiche. Vengono utilizzate per rilevare oggetti su un singolo piano con un'area relativamente ampia. Sono costituiti da un modulo trasmittente e ricevente (a volte è una coppia di elementi che combinano entrambe le funzioni). Al loro interno vengono utilizzati una serie di trasmettitori laser che emettono una fitta rete di raggi, grazie ai quali la barriera rileva anche piccoli oggetti. L'applicazione principale di questi prodotti sono i sistemi di sicurezza, in quanto vengono utilizzate per rilevare accessi indesiderati a spazi in cui sono presenti pericoli per la salute o la vita (linee di produzione, applicazione spray di sostanze chimiche, ecc.) o per confermare che non vi sono ostacoli o persone nel luogo in cui la porta/persiana viene chiusa.
Sensori fotoelettrici per stampa
La categoria dei sensori fotoelettrici comprende sia moduli per applicazioni industriali che componenti, per la produzione di dispositivi complessi. Il loro formato consente di inserire il sensore in un circuito stampato PCB (di solito nella tecnologia a foro passante, THT). In tali versioni sono disponibili ad es. sensori di movimento, sensori riflettenti o di colore presentati in precedenza. Un elemento specifico che disponibile quasi esclusivamente nella versione compatta sono le coppie di ricetrasmettitori nella versione slot. Vengono utilizzate per la produzione di encoder che rilevano la posizione dell'albero di motori e in circuiti che rilevano la loro velocità di rotazione. La struttura di tale modulo è molto semplice: nello spazio tra l'emettitore e il sensore viene posizionato il bordo del disco in cui sono state realizzate delle scanalature radiali. Contando le interruzioni del raggio in un determinato periodo di tempo è possibile determinare la velocità di rotazione del disco, pertanto l'albero su cui questo è stato montato. L'elemento con scanalature può essere utilizzato anche per controllare il funzionamento dei nastri perforati (tale tecnica viene utilizzata, ad es. negli alimentatori automatici di elementi SMD).
Applicazioni dei sensori fotoelettrici
Il rilevamento di oggetti e della loro posizione con l'utilizzo di onde luminose presenta una serie di vantaggi. Si tratta di un metodo non invasivo, sicuro, silenzioso, resistente a molti fattori ambientali, può essere eseguito su lunghe distanze. Inoltre, i sensori fotoelettrici sono caratterizzati da elevata affidabilità e durevolezza. Tutte queste caratteristiche li rendono popolari in molti settori: in impianti industriali (linee di produzione), magazzini e nella logistica.
Parametri importanti dei sensori fotoelettrici
A seconda del tipo specifico di sensore, le sue prestazioni saranno descritte da parametri specifici, tuttavia 4 di essi rimangono praticamente invariati. Il primo è la portata, che determina la distanza minima e massima consentita tra il fronte del sensore e l'oggetto rilevato (nel caso di coppie trasmettitore-ricevitore, questa sarà la distanza che separa i moduli). Nel caso di questo parametro potremo trovare valori da pochi millimetri, a decine di metri; la scelta della soluzione appropriata sarà sempre il risultato della precisione richiesta, dello spazio disponibile e delle dimensioni degli oggetti monitorati.
La frequenza operativa determina il periodo di tempo in cui viene aggiornato lo stato all'uscita del sensore. Questo è un valore correlato, ma non è il sinonimo di tempo di reazione. Il ritardo dipende sempre da diversi fattori. Ad esempio: il tipo di sensore, l'elemento sensibile utilizzato, l'interfaccia di uscita (il pin del transistor sarà sempre più veloce del bus digitale), ecc.
Durante la scelta dei sensori fotoelettrici è necessario prestare attenzione anche alla configurazione dell'uscita (tipo). Questo sarà ovvio nel caso della realizzazione di un nuovo impianto, ma più complicato quando si sceglie un elemento sostitutivo o si desidera espandere un sistema esistente. Il modulo può disporre di uscita a transistor (NPN o PNP), a relè (normalmente aperto o normalmente chiuso), così come analogica (in corrente, tensione). Il tipo di pin è associato a un altro parametro specifico dei sensori fotoelettrici, ossia la modalità di funzionamento. Questa viene denominata „DARK-ON” o „LIGHT-ON”. Questo significa letteralmente l'uscita è attiva rispettivamente quando la luce viene oscurata o rilevata.
Altri elementi caratteristici
Un certo numero di parametri che determinano le capacità e le portate dei sensori fotoelettrici non richiedono un commento più ampio. I produttori nei dati tecnici specificano i valori ammissibili della tensione di alimentazione, la tolleranza termica del modulo, il suo consumo energetico e la portata di corrente ammissibile delle uscite. A causa delle diverse esigenze dei processi industriali, viene anche indicato con quale materiale è stato realizzato il corpo del sensore (possono essere materiali con proprietà atipiche, ad es. elevata resistenza agli oli o alle sostanze corrosive). Naturalmente, le caratteristiche includono anche dati sul tipo di collegamento (i sensori sono spesso realizzati con un cavo installato in fabbrica) e la classe di tenuta che soddisfa l'alloggiamento del sensore. Quest'ultima raramente raggiunge un valore inferiore a IP65, o la piena resistenza alla polvere e agli spruzzi d'acqua (spesso tenuta completa).
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