Los sensores fotoeléctricos son sensores sin contacto que utilizan la luz visible o infrarroja para detectar objetos. Emiten haces de luz y los observan en busca de interrupciones o cambios para detectar la presencia de objetos extraños en el recorrido de la luz.  

Este artículo pretende ofrecerle una visión general de los distintos tipos de sensores fotoeléctricos y su modo de funcionamiento. 

¿Qué es una barrera fotoeléctrica?

Un sensor fotoeléctrico es un sensor óptico que consta de una fuente de luz, un receptor de luz y un circuito de procesamiento de señales y control de salida. Puede detectar la presencia de objetos y, a veces, también las condiciones de la superficie.

Cuando un objeto cercano interrumpe la luz emitida, el receptor de luz detecta este cambio y activa o desactiva la salida del sensor. Algunos sensores de proximidad son incluso capaces de determinar también la distancia al objeto.

Principio de funcionamiento de los sensores fotoeléctricos

El funcionamiento de los sensores fotoeléctricos se basa en las propiedades primarias de la luz. intensidad, dirección de propagación, frecuencia y polarización. Pueden utilizar uno o varios de estos conceptos para detectar y medir la distancia a los objetos.

Propiedades de la luz

Propagación rectilínea

La luz es un onda electromagnética. Una de las propiedades físicas de las ondas electromagnéticas es la propagación rectilínea, que describe la tendencia de la luz a viajar en línea recta. Al viajar a través de un medio homogéneo (material que tiene las mismas propiedades en todos sus puntos), como el aire, las ondas de luz no se curvan, por lo que viajan en línea recta. Describe la tendencia de la luz a viajar en línea recta.

Sensores como barreras fotoeléctricas de barrera utilizan esta propiedad de la luz para detectar objetos que atraviesan el haz, bloqueándolo.

Refracción

Otra propiedad de la luz es que cambia de dirección (se desvía) cuando atraviesa una interfaz que separa dos medios. Por ejemplo, cuando la luz viaja a través del aire y entra en el agua, el haz recto se desvía. Por ejemplo, cuando la luz atraviesa el aire y entra en el agua, el haz rectilíneo se desvía. índice de refracción La siguiente figura muestra cómo se refracta la luz cuando atraviesa un medio aire-cristal-aire.

Reflexión

La reflexión es la propiedad de la luz que describe el fenómeno en el que un haz de luz choca contra un objeto o una superficie, como un cristal o un espejo, y redirige el haz de vuelta hacia la fuente. La reflexión describe que el ángulo incidente es igual al ángulo de reflexión, lo que hace que el haz de luz recorra exactamente la misma trayectoria en dirección opuesta después de reflejarse. La reflexión describe que el ángulo incidente es igual al ángulo de reflexión, lo que hace que el haz de luz recorra la misma trayectoria exacta en la dirección opuesta después de reflejarse.

La retrorreflexión es una versión mejorada de la reflexión en la que se utiliza un "cubo de esquina", formado por tres espejos planos perpendiculares entre sí. Los cubos de esquina están formados por tres espejos planos perpendiculares entre sí. Esta reflexión también se conoce como "retrorreflexión".

Mientras que las superficies reflectantes reflejan casi totalmente la luz dirigida hacia ellas, algunos materiales como el papel blanco pueden reflejar la luz en todas direcciones. Esto se denomina "dispersión" o "difusión".

Polarización

Como ya hemos mencionado, la luz es una onda electromagnética. Las ondas electromagnéticas también pueden verse como ondas oscilantes, tanto horizontal como verticalmente. Actualmente, la mayoría de los sensores fotoeléctricos utilizan LED como fuente de luz. La luz emitida por los LED tiene componentes horizontales y verticales, lo que se conoce como luz "no polarizada". La luz emitida por los LED tiene componentes horizontales y verticales, lo que se conoce como luz "no polarizada".

Podemos utilizar filtros especiales llamados "filtros de polarización" para filtrar uno de esos componentes y hacer que el haz sólo tenga componentes oscilantes horizontales o verticales. El haz de luz se "polariza".

La polarización se utiliza generalmente para evitar interferencias externas, ya que el sensor no responderá a casi cualquier haz de luz, sino sólo al haz especialmente filtrado. El sensor no responderá a cualquier haz de luz, sino sólo al haz especialmente filtrado.

Fuentes de luz

Los sensores ópticos/fotoeléctricos disponen de dos tipos de fuentes luminosas. luz modulada por impulsos y Luz no modulada. 

Fuentes de luz moduladas

También conocido como luz modulada por impulsos, este método utiliza un haz de luz que pulsa continuamente para detectar objetos. La luz emitida (LED) se enciende y apaga repetidamente en un intervalo de tiempo fijo. La luz emitida (LED) se enciende y se apaga repetidamente a un intervalo de tiempo fijo. Este método es muy útil en sensores en los que las interferencias de luz externa pueden ser un problema. Como el sensor sólo es sensible a la frecuencia específica de la luz emitida, las fuentes de luz externas no pueden interferir con el sensor y dispararlo accidentalmente.

Los sensores con fuentes de luz moduladas también tienen un alcance mayor que los sensores con fuentes de luz no moduladas.

Fuente de luz no modulada

Siendo la más simple, la luz no modulada es un haz continuamente encendido que tiene una intensidad luminosa específica. Son más rápidos que los sensores de luz modulada, pero son propensos a las interferencias externas. Son más rápidos que los sensores de luz modulada, pero son propensos a las interferencias externas.

Triangulación

En los sensores de distancia, podemos detectar el desplazamiento de un objeto mediante un método denominado "triangulación". Estos sensores tienen un elemento sensor especial que puede detectar dónde cae exactamente el haz de luz en el sensor. Por ejemplo, si el objeto está en la posición A Por ejemplo, si el objeto se encuentra en la posición A mostrada en la figura siguiente, el haz de luz caerá en la posición "a" del detector de posición. Por ejemplo, si el objeto se encuentra en la posición A mostrada en la figura siguiente, el haz de luz caerá en la posición "a" del detector de posición.

Clasificación de los sensores fotoeléctricos

Podemos clasificar los sensores fotoeléctricos utilizando tres criterios principales: método de detección, puntos de selección por método de detección y configuración.

Clasificación por método de detección

• Sensores de barrera
  • En los sensores de haz pasante, hay dos dispositivos: el emisor y el receptor. Se instalan uno frente al otro. El emisor emite un haz de luz que incide sobre el sensor situado al otro lado. Cuando un objeto entra en la línea de visión del sensor, interrumpe el haz y el sensor interpreta la ausencia de luz como la detección de un objeto. El emisor emite un haz de luz y éste incide sobre el sensor del otro lado.

• • Los sensores de haz pasante pueden tener un alcance de detección de unos centímetros a unas decenas de metros. Pueden detectar casi cualquier material opaco independientemente de su forma, color y brillo. color y brillo.

• Sensores de reflexión directa
  • Los sensores reflexivos difusos tienen todo el hardware necesario contenido en una sola carcasa. Durante el funcionamiento normal, el emisor emite una luz y nunca vuelve de nuevo al sensor. Durante el funcionamiento normal, el emisor emite una luz que nunca vuelve al sensor. Cuando se coloca un objeto en el haz, éste refleja parte de la luz hacia el sensor. El sensor controla la cantidad de luz reflejada y, si es superior a un valor fijo, se activa la salida.

• • Los sensores difusos son más fáciles de montar, ya que sólo hay un dispositivo y necesitan poca calibración/ajuste. Pueden detectar objetos desde varios centímetros hasta varios metros. Pueden detectar objetos desde varios centímetros hasta varios metros.
  • El color y la textura de los objetos detectados pueden afectar al rendimiento y la estabilidad de los sensores de modo difuso.

• Sensores catadióptricos
  • Los sensores catadióptricos también son sensores de un solo dispositivo que emiten y detectan la luz reflejada. Un reflector especial denominado 'retrorreflector' refleja la luz emitida. retrorreflector' refleja la luz emitida.
  • Cuando un objeto interrumpe el haz de luz, la intensidad del haz reflejado disminuye y el sensor puede detectar este cambio y activar o desactivar la salida. salida.
  • 
  • Los sensores retrorreflectantes también tienen una distancia de detección de unos centímetros a varios metros y pueden detectar tanto materiales transparentes como opacos. Con adiciones especiales, como filtros polarizadores, pueden detectar incluso superficies con acabado de espejo.
  • Los sensores retrorreflectantes tienen una zona muerta en distancias cortas, lo que puede ser una desventaja en algunas aplicaciones.
• Sensores ajustables a distancia
  • Los sensores de haz luminoso ajustables en distancia pueden detectar el movimiento relativo de un objeto detectado. Disponen de un sensor detector de posición, que puede detectar en qué parte del sensor se concentra la luz recibida. Disponen de un sensor detector de posición, que puede detectar en qué parte del sensor se concentra la luz recibida. Algunos sensores tienen un fotodiodo de 2 partes, donde uno puede detectar cuando el objeto está cerca del sensor y el otro detecta cuando el objeto está lejos de él calculando la diferencia de las intensidades de luz. Algunos sensores tienen un fotodiodo de 2 partes, donde uno puede detectar cuando el objeto está cerca del sensor y el otro detecta cuando el objeto está lejos de él calculando la diferencia de las intensidades de luz dadas por los dos fotodiodos.

• • El funcionamiento del sensor de distancia regulable no se ve afectado en gran medida por las condiciones del fondo o del objeto, como el color o las condiciones de la superficie.

• Sensores de reflexión limitada
  • Los sensores reflexivos limitados son similares a los sensores ajustables en distancia, pero su alcance es más limitado ópticamente. Sólo pueden detectar objetos en una distancia específica (zona donde se solapan la luz emitida y la trayectoria de recepción). Sólo pueden detectar objetos a una distancia determinada (zona en la que se solapan la luz emitida y la trayectoria de recepción).

• • Los sensores de reflexión limitada pueden detectar pequeños cambios en la altura de los objetos, por lo que son adecuados para aplicaciones de control de calidad. Al igual que el tipo de distancia ajustable, el funcionamiento del sensor no se ve muy afectado por las condiciones del fondo o del objeto, como el color o las condiciones de la superficie. Al igual que el tipo de distancia ajustable, el funcionamiento del sensor no se ve afectado en gran medida por las condiciones del fondo o del objeto, como el color o las condiciones de la superficie.

Puntos de selección por método de detección

Debemos tener en cuenta múltiples puntos a la hora de considerar un sensor fotoeléctrico para una aplicación concreta.

Al seleccionar un haz pasante y retrorreflectante sensores, considere los siguientes puntos.

Objeto sensor

• Tamaño y forma (largo x ancho x alto)
• Transparencia (opaca, semitransparente o transparente)

Sensor

• Distancia de detección
• Restricciones de tamaño y forma (sensor y posibles reflectores)
• Necesidad de montaje adosado
  • Número de unidades
  • Paso de montaje
  • Necesidad de montaje escalonado
• Restricciones de montaje
  • Ángulo
  • Liquidación 

Medio ambiente

• Temperatura ambiente, humedad
• Presencia de salpicaduras de agua, productos químicos y aceite

Si la aplicación requiere un sensor reflexivo difuso, regulable en distancia o regulable en distancia limitada, compruebe las características de.

Objeto sensor

• Tamaño y forma (largo x ancho x alto)
• Color
• Material (acero, madera, papel, SUS, etc.)
• Acabado de la superficie (gloxxy, texturizado, etc.)
• Velocidad de desplazamiento

Sensor

• Distancia de detección
• Restricciones de tamaño y forma (sensor y posibles reflectores)
• Necesidad de montaje adosado
  • Número de unidades
  • Paso de montaje
  • Necesidad de montaje escalonado
• Restricciones de montaje
  • Ángulo
  • Liquidación 

Medio ambiente

• Temperatura ambiente, humedad
• Presencia de salpicaduras de agua, productos químicos y aceite

Clasificación por configuración

Los sensores fotoeléctricos también pueden clasificarse en función de su configuración física. Constan de cuatro partes principales: emisor, receptor, amplificador y controlador. Constan de cuatro partes principales: el emisor, el receptor, el amplificador y el controlador.

Sensores con amplificadores independientes

Los sensores fotoeléctricos de barrera suelen tener el circuito amplificador como una unidad independiente. En los de barrera, el emisor y el receptor también están alojados en carcasas diferentes. Los sensores reflexivos tienen un emisor y un receptor integrados, junto con una unidad amplificadora separada.

Sin embargo, como el amplificador está montado lejos de los sensores, la señal también es susceptible al ruido eléctrico. Sin embargo, como el amplificador está montado lejos de los sensores, la señal también es susceptible al ruido eléctrico.

Sensores amplificadores incorporados

Este tipo consta de los cuatro componentes principales del sensor, incluida la unidad de amplificación. La mayoría de los sensores pasantes con amplificadores integrados tienen el receptor, el amplificador y el controlador incorporados al receptor y el emisor permanece como una unidad independiente. La mayoría de los sensores pasantes con amplificadores integrados tienen el receptor, el amplificador y el controlador incorporados en el receptor y el emisor permanece como una unidad separada. Sólo necesitan alimentación externa para encenderse.

Los sensores con amplificador incorporado necesitan relativamente menos cableado que los sensores sin amplificador, por lo que es muy poco probable que se vean afectados por el ruido eléctrico. Por lo tanto, es muy poco probable que se vean afectados por el ruido eléctrico, ya que no hay cables de señal implicados.

Sensores con fuentes de alimentación integradas

Este tipo de sensores fotoeléctricos pueden alimentar directamente una carga de alta potencia, como motores o bombillas. Llevan incorporados sus propios circuitos de alimentación y pueden conectarse directamente a fuentes de alimentación comerciales. Llevan incorporados sus propios circuitos de alimentación y pueden conectarse directamente a fuentes de alimentación comerciales (sin necesidad de fuentes de alimentación independientes).

Sin embargo, también ocupan mucho más espacio, ya que deben contener toda la electrónica de potencia y el circuito de alimentación, además del emisor, el receptor, el amplificador y el circuito controlador. Sin embargo, también son mucho más voluminosos, ya que deben contener toda la electrónica de potencia y el circuito de alimentación, además del emisor, el receptor, el amplificador y el circuito controlador.

Sensores de área

Los sensores de área son una versión modificada de los sensores de haz pasante que pueden detectar objetos utilizando múltiples haces. Son útiles cuando se detectan objetos que pueden tener alturas de orientación variables, como piezas pequeñas.

Características de la barrera fotoeléctrica

La característica más útil de las barreras fotoeléctricas es que pueden detectar cualquier objeto sin entrar en contacto con él. A diferencia de sensores como los finales de carrera, detectan la presencia de un objeto mediante la luz. Tampoco tienen restricciones en cuanto a lo que pueden detectar; la barrera fotoeléctrica adecuada detectará cualquier objeto sin contacto. Tampoco tienen restricciones en cuanto a lo que pueden detectar; el sensor fotoeléctrico adecuado detectará cualquier objeto dentro de sus limitaciones de detección.

Los sensores fotoeléctricos también son extremadamente rápidos y tienen una resolución muy alta para aplicaciones de precisión. También tienen el rango de detección más alto, de más de 10 metros, en comparación con los sensores magnéticos y ultrasónicos. También tienen el mayor alcance de detección, de más de 10 metros, en comparación con sus homólogos magnéticos y ultrasónicos.

Alinear, calibrar y ajustar las barreras fotoeléctricas también es muy fácil, ya que el haz de luz es visible a simple vista (sólo para los modelos que emiten El haz luminoso es visible a simple vista (sólo para los modelos que emiten luz visible).

Ajuste de la sensibilidad de la fotocélula

El ajuste de la sensibilidad de las barreras fotoeléctricas es muy sencillo: algunos sensores están equipados con un botón especial llamado "Teach-in" y otros con un potenciómetro que podemos girar con un destornillador. Algunos sensores constan de un botón especial llamado "de aprendizaje" y otros vienen equipados con un potenciómetro que podemos girar con un destornillador. Un sensor fotoeléctrico típico tiene dos LED indicadores, uno verde para indicar la alimentación y otro naranja para indicar el estado actual de la salida.

Para ajustar la sensibilidad del tipo potenciómetro, gire completamente el potenciómetro en el sentido contrario a las agujas del reloj cuando no haya ningún objeto. A continuación, coloque el objeto delante del sensor y gire el potenciómetro en el sentido de las agujas del reloj hasta que se encienda el LED naranja. A continuación, coloque el objeto delante del sensor y gire el potenciómetro en el sentido de las agujas del reloj hasta que se encienda el LED naranja. 

¿Dónde se utilizan los sensores fotoeléctricos?

Los sensores fotoeléctricos se encuentran en muchas aplicaciones de detección de objetos sin contacto.

• Comprobación y recuento de objetos que descienden por una cinta transportadora
• Detección de colores
• Medición de distancias
• Medición del desplazamiento
• Detección de proximidad (presencia/ausencia de un objeto)

¿Cuál es la diferencia entre sensores de proximidad y sensores fotoeléctricos?

Los sensores de proximidad suelen utilizar campos electromagnéticos o capacitivos para detectar la presencia de objetos. Los sensores fotoeléctricos utilizan haces de luz para detectar objetos. Hay sensores de proximidad que utilizan haces de luz para detectar.

Los sensores fotoeléctricos son extremadamente rápidos en comparación con los sensores de proximidad, ya que utilizan haces de luz para detectar objetos. Esto se debe a que la luz viaja a velocidades muy altas. Los sensores de proximidad pueden tardar hasta unos milisegundos en detectar correctamente un objeto.

Los sensores de proximidad tienen un coste relativamente inferior al de sus homólogos fotoeléctricos. Esto se debe a la construcción relativamente sencilla de los sensores de proximidad. Pero los sensores de proximidad suelen ser más grandes que los sensores fotoeléctricos.

Los sensores fotoeléctricos son más complejos que los sensores de proximidad, pero también tienen una resolución y una precisión muy elevadas. Los sensores fotoeléctricos también son más fáciles de ajustar que los sensores de proximidad, que a veces requieren material de calibración adicional. más fáciles de ajustar que los sensores de proximidad, que a veces requieren material de calibración adicional.

¿Cuáles son las cuatro partes básicas de la barrera fotoeléctrica?

Una fotocélula consta de cuatro etapas principales.

Fuente de luz

Los sensores fotoeléctricos actuales se basan en LED (diodos emisores de luz) que pueden tener luz infrarroja (IR) o luz visible de color rojo, verde o azul. Los sensores fotoeléctricos actuales se basan en LED (diodos emisores de luz) que pueden tener luz infrarroja (IR) o luz visible de color rojo, verde o azul. La mayoría de los sensores utilizan el método de impulsos modulados para enviar ráfagas de impulsos continuos con el fin de reducir las interferencias externas causadas por fuentes de luz similares.

Receptor de luz

El circuito receptor recibe la luz reflejada/emitida por la fuente luminosa y la convierte en una señal eléctrica.

Circuito principal

El circuito principal se encarga de todas las funciones de alto nivel, como la modulación de impulsos para el emisor y el acondicionamiento de la señal para el receptor. También dispone de un detector síncrono y una etapa amplificadora para detectar la presencia/ausencia o un cambio en la señal recibida. También tiene un detector síncrono y una etapa amplificadora para detectar la presencia/ausencia o un cambio en la señal recibida.

Circuito de salida

El circuito de salida controla la señal de salida final. Existen todo tipo de circuitos de salida, incluidas las salidas NPN/PNP y las salidas de relé. Algunos sensores pueden emitir señales analógicas y algunos pueden incluso accionar directamente una carga considerablemente grande en lugar de proporcionar sólo una señal.

¿Cómo se instala una barrera fotoeléctrica?

Los sensores fotoeléctricos están disponibles en varios tipos de salida, incluida la salida de transistor, como PNP o NPN, y la salida de relé. La figura siguiente indica el cableado de la unidad emisora para un sensor de haz pasante. La figura siguiente indica el cableado de la unidad emisora para un sensor de haz pasante. El suministro de 0 V al cable rosa encenderá el emisor.

El receptor del sensor de haz pasante que se muestra a continuación tiene salidas de tipo NPN. La salida negra permanece a alta tensión (12V o 24V en función de la alimentación). Cuando se detecta un objeto, se conecta a 0V, haciendo que la corriente fluya a través de la carga conectada. Para interactuar con sensores de tipo NPN, un PLC necesita Para interactuar con sensores de tipo NPN, un PLC necesita tener una tarjeta de entrada de tipo PNP.

Conclusión

En este artículo, hemos tratado el funcionamiento general de los sensores fotoeléctricos, la tecnología que hay detrás de su funcionamiento y los tipos de sensores que hay disponibles en la industria. Los sensores fotoeléctricos son sensores de gran exactitud y precisión que se utilizan en máquinas de alta precisión y en general Los sensores fotoeléctricos son sensores de gran exactitud y precisión que se utilizan en máquinas de alta precisión y aplicaciones generales para detectar objetos.