Sensor fotolistrik adalah sensor tanpa kontak yang menggunakan cahaya tampak atau infra merah untuk mendeteksi objek. Mereka memancarkan sinar cahaya dan mengamati sinar untuk setiap gangguan atau perubahan untuk mendeteksi keberadaan benda asing di dalam jalur cahaya.  

Artikel ini bertujuan untuk memberi Anda pemahaman menyeluruh tentang berbagai jenis sensor fotolistrik dan metode operasinya. 

Apa itu Sensor Fotolistrik?

Sensor fotolistrik adalah sensor optik yang terdiri dari sumber cahaya, penerima cahaya dan pemrosesan sinyal dan sirkuit kontrol output. Mereka dapat mendeteksi keberadaan objek dan terkadang bahkan kondisi permukaan juga.

Ketika cahaya yang dipancarkan diinterupsi oleh objek dalam jarak dekat, penerima cahaya mendeteksi perubahan ini dan menyalakan atau mematikan output sensor. Beberapa sensor jarak bahkan dapat menentukan jarak ke objek juga.

Prinsip Operasi Sensor Fotolistrik

Pengoperasian sensor fotolistrik didasarkan pada sifat utama cahaya: intensitas, arah propagasi, frekuensi dan polarisasi. Mereka mungkin menggunakan salah satu dari konsep-konsep ini untuk mendeteksi dan mengukur jarak ke objek.

Sifat Cahaya

Propagasi bujursangkar

Cahaya adalah sebuah gelombang elektromagnetik. Salah satu sifat fisis gelombang elektromagnetik adalah propagasi bujursangkar. Ini menggambarkan kecenderungan cahaya untuk melakukan perjalanan dalam garis lurus. Ketika merambat melalui medium homogen (bahan yang memiliki sifat yang sama di setiap titik) seperti udara, gelombang cahaya tidak dapat dibelokkan sehingga merambat lurus.

Sensor seperti: sensor fotolistrik sinar tembus gunakan properti cahaya ini untuk mendeteksi objek yang melintasi sinar, menghalanginya.

Pembiasan

Sifat lain dari cahaya adalah bahwa ia berubah arah (membiaskan) ketika melewati antarmuka yang memisahkan dua medium. Misalnya, ketika cahaya merambat melalui udara dan masuk ke dalam air, sinar lurus dibelokkan. Hal ini disebabkan oleh perubahan Indeks bias dalam dua media. Gambar di bawah menunjukkan bagaimana cahaya dibiaskan ketika melewati media udara-kaca-udara.

Refleksi

Pemantulan adalah sifat cahaya yang menggambarkan fenomena di mana berkas cahaya mengenai suatu objek atau permukaan seperti kaca atau cermin, dan mengarahkan sinar kembali ke sumbernya. Pemantulan menjelaskan bahwa sudut datang sama dengan sudut pantul, yang membuat berkas cahaya merambat pada lintasan yang sama persis dalam arah yang berlawanan setelah pemantulan.

Retroreflection adalah versi refleksi yang lebih baik, di mana 'kubus sudut' digunakan. Kubus sudut terbuat dari tiga cermin datar yang saling tegak lurus. Refleksi ini juga dikenal sebagai 'retroreflection'

Sementara permukaan reflektif hampir sepenuhnya memantulkan cahaya yang diarahkan ke sana, beberapa bahan seperti kertas putih dapat memantulkan cahaya ke segala arah. Ini disebut 'hamburan' atau 'difusi'.

Polarisasi

Seperti yang telah disebutkan, cahaya adalah gelombang elektromagnetik. Gelombang elektromagnetik juga dapat dilihat sebagai gelombang yang berosilasi, baik secara horizontal maupun vertikal. Sebagian besar sensor fotolistrik menggunakan LED sebagai sumber cahaya mereka saat ini. Cahaya yang dipancarkan oleh LED memiliki komponen horizontal dan vertikal, yang dikenal sebagai cahaya "tidak terpolarisasi".

Kita dapat menggunakan filter khusus yang disebut 'filter polarisasi' untuk menyaring salah satu komponen tersebut agar sinar hanya memiliki komponen berosilasi horizontal atau vertikal. Sinar cahaya kemudian menjadi 'terpolarisasi'.

Polarisasi umumnya digunakan untuk mencegah interferensi eksternal karena sensor tidak akan menanggapi hampir semua berkas cahaya, tetapi hanya sinar yang disaring secara khusus.

Sumber cahaya

Sensor optik/fotolistrik hadir dengan dua jenis sumber cahaya: cahaya termodulasi pulsa dan cahaya yang tidak termodulasi. 

Sumber cahaya termodulasi

Juga dikenal sebagai cahaya termodulasi pulsa, metode ini menggunakan sinar cahaya yang terus menerus berdenyut untuk mendeteksi objek. Cahaya yang dipancarkan (LED) dihidupkan dan dimatikan berulang kali pada interval waktu yang tetap. Metode ini sangat berguna pada sensor di mana gangguan cahaya eksternal dapat menjadi masalah. Karena sensor hanya peka terhadap frekuensi tertentu dari cahaya yang dipancarkan, sumber cahaya eksternal tidak dapat mengganggu sensor dan memicunya secara tidak sengaja.

Sensor dengan sumber cahaya termodulasi juga memiliki jangkauan yang lebih tinggi daripada sensor dengan sumber cahaya tidak termodulasi.

Sumber cahaya tidak termodulasi

Menjadi yang paling sederhana, cahaya non-termodulasi adalah sinar terus menerus yang memiliki intensitas cahaya tertentu. Mereka lebih cepat daripada sensor cahaya termodulasi, tetapi rentan terhadap gangguan eksternal.

Triangulasi

Dalam sensor yang dapat diatur jaraknya, kita dapat mendeteksi perpindahan suatu objek menggunakan metode yang disebut 'triangulasi'. Sensor ini memiliki elemen penginderaan khusus yang dapat merasakan di mana tepatnya berkas cahaya jatuh pada sensor. Misalnya, jika benda berada pada posisi A yang ditunjukkan pada gambar di bawah, berkas cahaya akan jatuh pada posisi 'a' pada detektor posisi. Jika benda digeser lebih jauh menuju titik B, berkas cahaya juga akan terkonsentrasi ke titik 'b' pada sensor.

Klasifikasi Sensor Fotolistrik

Kita dapat mengklasifikasikan sensor fotolistrik menggunakan tiga kriteria utama: metode penginderaan, titik pemilihan dengan metode penginderaan dan konfigurasi.

Klasifikasi berdasarkan Metode Penginderaan

• Sensor sinar tembus
  • Dalam sensor sinar tembus, ada dua perangkat: emitor dan penerima. Mereka dipasang saling berhadapan. Emitor memancarkan sinar dan jatuh ke sensor di sisi lain. Ketika suatu objek memasuki garis pandang sensor, itu mengganggu sinar dan sensor menafsirkan tidak adanya cahaya sebagai pendeteksian suatu objek.

• • Melalui sensor sinar dapat memiliki jangkauan penginderaan dari beberapa sentimeter hingga beberapa puluh meter. Mereka dapat mendeteksi hampir semua bahan buram terlepas dari bentuk, warna, dan kilapnya.

• Sensor reflektif difus
  • Sensor reflektif difus memiliki semua perangkat keras yang diperlukan yang terkandung dalam satu wadah. Selama operasi normal, emitor memancarkan cahaya dan tidak pernah kembali ke sensor. Ketika sebuah objek ditempatkan di balok, itu memantulkan sebagian cahaya kembali ke sensor. Sensor memonitor jumlah cahaya yang dipantulkan dan jika lebih dari nilai tetap, output dipicu.

• • Sensor difus lebih mudah dipasang karena hanya ada satu perangkat dan memerlukan sedikit kalibrasi/penyesuaian. Mereka dapat mendeteksi objek dari beberapa sentimeter hingga beberapa meter.
  • Warna dan tekstur objek yang terdeteksi dapat memengaruhi kinerja dan stabilitas sensor mode difus.

• Sensor Retro-reflektif
  • Sensor retro-reflektif juga merupakan sensor perangkat tunggal yang memancarkan dan mendeteksi cahaya yang dipantulkan. Reflektor khusus yang disebut 'retroreflector' memantulkan cahaya yang dipancarkan.
  • Ketika sebuah objek menginterupsi berkas cahaya, intensitas pancaran sinar menjadi lebih rendah dan sensor dapat mendeteksi perubahan ini dan mengaktifkan/menonaktifkan output.
  • 
  • Sensor retroreflektif juga memiliki jarak penginderaan dari beberapa sentimeter hingga beberapa meter. Mereka dapat mendeteksi bahan transparan dan buram. Dengan tambahan khusus seperti filter polarisasi, mereka bahkan dapat mendeteksi permukaan dengan lapisan cermin.
  • Sensor retroreflektif memiliki zona mati dalam jarak dekat, yang dapat menjadi kerugian dalam beberapa aplikasi.
• Sensor jarak yang dapat diatur
  • Sensor berkas cahaya yang dapat diatur jaraknya dapat mendeteksi pergerakan relatif dari objek yang terdeteksi. Mereka memiliki sensor pendeteksi posisi, yang dapat mendeteksi di mana pada sensor cahaya yang diterima terkonsentrasi. Beberapa sensor memiliki fotodioda 2 bagian, di mana satu dapat mendeteksi ketika objek berada di dekat sensor dan yang lainnya mendeteksi ketika objek jauh dengan menghitung perbedaan intensitas cahaya yang diberikan oleh kedua fotodioda.

• • Pengoperasian sensor jarak yang dapat diatur tidak terlalu dipengaruhi oleh latar belakang atau kondisi objek seperti warna atau kondisi permukaan.

• Sensor reflektif terbatas
  • Sensor reflektif terbatas mirip dengan sensor jarak yang dapat diatur, tetapi jangkauannya lebih terbatas secara optik. Mereka hanya dapat mendeteksi objek dalam jarak tertentu (area di mana cahaya yang dipancarkan dan jalur penerimaan tumpang tindih).

• • Sensor reflektif terbatas dapat mendeteksi perubahan kecil pada ketinggian objek, sehingga cocok untuk aplikasi kontrol kualitas. Mirip dengan jenis jarak yang dapat diatur, operasi sensor tidak terlalu dipengaruhi oleh latar belakang atau kondisi objek seperti warna atau kondisi permukaan.

Poin Seleksi dengan Metode Penginderaan

Kita perlu mempertimbangkan beberapa poin ketika mempertimbangkan sensor fotolistrik untuk aplikasi tertentu.

Saat memilih a melalui-beam dan retro-reflektif sensor, pertimbangkan hal-hal berikut:

Objek penginderaan

• Ukuran dan bentuk (panjang x lebar x tinggi)
• Transparansi (buram, semi-transparan atau transparan)

Sensor

• penginderaan jarak
• Batasan ukuran dan bentuk (sensor dan reflektor apa pun)
• Perlu pemasangan berdampingan
  • Jumlah unit
  • Pemasangan pitch
  • Kebutuhan untuk pemasangan yang terhuyung-huyung
• Pembatasan pemasangan
  • Sudut
  • Izin 

Lingkungan Hidup

• Suhu lingkungan, kelembaban
• Adanya percikan air, bahan kimia dan minyak

Jika aplikasi membutuhkan difus-reflektif, jarak yang dapat diatur atau sensor yang dapat diatur jarak terbatas, periksa karakteristik dari;

Objek penginderaan

• Ukuran dan bentuk (panjang x lebar x tinggi)
• Warna
• Bahan (baja, kayu, kertas, SUS dll)
• Permukaan akhir (gloxxy, bertekstur, dll.)
• Kecepatan perjalanan

Sensor

• penginderaan jarak
• Batasan ukuran dan bentuk (sensor dan reflektor apa pun)
• Perlu pemasangan berdampingan
  • Jumlah unit
  • Pemasangan pitch
  • Kebutuhan untuk pemasangan yang terhuyung-huyung
• Pembatasan pemasangan
  • Sudut
  • Izin 

Lingkungan Hidup

• Suhu lingkungan, kelembaban
• Adanya percikan air, bahan kimia, dan minyak

Klasifikasi berdasarkan Konfigurasi

Sensor fotolistrik juga dapat dikategorikan menurut konfigurasi fisiknya. Mereka memiliki empat bagian utama, Emitter, Receiver, Amplifier dan Controller.

Sensor dengan Amplifier Terpisah

Sensor seperti sensor fotolistrik tipe through-beam seringkali memiliki rangkaian penguatnya sebagai unit terpisah. Untuk jenis balok tembus, Pemancar dan Penerima juga ditempatkan di rumah yang berbeda. Sensor reflektif memiliki emitor dan penerima terintegrasi, bersama dengan unit amplifier terpisah.

Pengaturan ini dapat berguna di mana sensor perlu dipasang di ruang sempit dan tidak akan mudah diakses untuk menyesuaikan sensitivitasnya. Namun, karena amplifier dipasang jauh dari sensor, sinyal juga rentan terhadap gangguan listrik.

Sensor Amplifier bawaan

Tipe ini terdiri dari keempat komponen utama sensor, termasuk unit amplifier. Sebagian besar sensor sinar tembus dengan amplifier terintegrasi memiliki penerima, amplifier dan pengontrol yang terpasang di penerima dan emitor tetap sebagai unit terpisah. Mereka hanya membutuhkan daya eksternal untuk menyalakan.

Sensor amplifier built-in membutuhkan jumlah kabel yang relatif lebih sedikit daripada yang tanpa amplifier. Jadi mereka sangat kecil kemungkinannya untuk terpengaruh oleh gangguan listrik karena tidak ada kabel sinyal yang terlibat.

Sensor dengan Catu Daya bawaan

Jenis sensor fotolistrik ini dapat langsung menggerakkan beban daya tinggi seperti motor atau bola lampu. Mereka memiliki sirkuit catu daya sendiri dan dapat langsung dihubungkan ke catu daya komersial. (tidak perlu unit catu daya terpisah).

Namun, mereka juga jauh lebih besar dalam hal jejak karena mereka harus memuat semua elektronika daya dan rangkaian catu daya selain rangkaian emitor, penerima, penguat, dan pengontrol.

Sensor Area

Sensor area adalah versi modifikasi dari sensor sinar tembus yang dapat mendeteksi objek menggunakan banyak sinar. Mereka berguna ketika mendeteksi objek yang dapat memiliki berbagai ketinggian orientasi seperti bagian-bagian kecil.

Fitur Sensor Fotolistrik

Fitur sensor fotolistrik yang paling berguna adalah sensor ini dapat merasakan objek apa pun tanpa melakukan kontak apa pun. Tidak seperti sensor seperti sakelar batas, mereka mendeteksi keberadaan suatu objek menggunakan cahaya. Mereka juga tidak memiliki batasan tentang apa yang dapat dideteksi; sensor fotolistrik yang tepat akan mendeteksi objek apa pun dalam batasan penginderaannya.

Sensor fotolistrik juga sangat cepat dan memiliki resolusi sangat tinggi untuk aplikasi presisi. Mereka juga memiliki jangkauan penginderaan tertinggi, membentang lebih dari 10 meter jika dibandingkan dengan rekan-rekan magnetik dan ultrasonik.

Menyelaraskan, mengkalibrasi, dan menyesuaikan sensor fotolistrik juga sangat mudah karena berkas cahaya terlihat dengan mata telanjang (hanya untuk model yang memancarkan cahaya tampak).

Penyesuaian Sensitivitas Sensor Fotolistrik

Menyesuaikan sensitivitas sensor fotolistrik sangat mudah. Beberapa sensor terdiri dari tombol khusus yang disebut 'teach-in' dan yang lainnya dilengkapi dengan potensiometer yang dapat kita putar menggunakan obeng. Sensor fotolistrik tipikal memiliki dua LED indikator, yang hijau untuk indikasi daya dan yang oranye untuk menunjukkan status keluaran saat ini.

Untuk menyesuaikan sensitivitas jenis potensiometer, putar potensiometer sepenuhnya berlawanan arah jarum jam saat tidak ada objek. Kemudian letakkan objek di depan sensor dan putar potensiometer searah jarum jam hingga LED oranye menyala. 

Dimana Sensor Fotolistrik Digunakan?

Sensor fotolistrik ditemukan di banyak aplikasi deteksi objek tanpa kontak. Mereka termasuk,

• Memeriksa dan menghitung objek yang berjalan di jalur konveyor
• Mendeteksi warna
• Mengukur jarak
• Mengukur perpindahan
• Penginderaan jarak (ada/tidaknya suatu objek)

Apa perbedaan antara Sensor Jarak dan Sensor Fotolistrik?

Sensor jarak biasanya menggunakan medan elektromagnetik atau kapasitif untuk mendeteksi keberadaan objek. Sensor fotolistrik menggunakan berkas cahaya untuk mendeteksi objek. Ada sensor jarak yang menggunakan berkas cahaya untuk penginderaan.

Sensor fotolistrik sangat cepat jika dibandingkan dengan sensor jarak karena menggunakan berkas cahaya untuk mendeteksi objek. Hal ini karena cahaya bergerak dengan kecepatan yang sangat tinggi. Sensor jarak mungkin memerlukan waktu hingga beberapa milidetik untuk mendeteksi objek dengan benar.

Sensor jarak memiliki biaya yang relatif lebih rendah daripada rekan-rekan fotolistrik mereka. Ini karena konstruksi sensor jarak yang relatif sederhana. Tapi sensor jarak umumnya lebih besar dari sensor fotolistrik.

Sensor fotolistrik lebih kompleks daripada sensor jarak, tetapi mereka juga memiliki resolusi dan akurasi yang sangat tinggi. Sensor fotolistrik juga lebih mudah diatur daripada sensor jarak, yang terkadang membutuhkan bahan kalibrasi tambahan.

Apa empat bagian dasar dari sensor fotolistrik?

Ada empat tahap utama sensor fotolistrik:

Sumber Cahaya

Ini adalah bagian yang menangani pemancaran cahaya. Sensor fotolistrik saat ini didasarkan pada LED (Light Emitting Diodes) yang dapat memiliki inframerah (IR) atau cahaya tampak seperti warna merah, hijau atau biru. Sebagian besar sensor menggunakan metode termodulasi pulsa untuk mengirim ledakan pulsa terus menerus untuk mengurangi gangguan eksternal yang disebabkan oleh sumber cahaya yang sama.

penerima cahaya

Rangkaian penerima menerima cahaya yang dipantulkan/dipancarkan dari sumber cahaya dan mengubahnya menjadi sinyal listrik.

Sirkuit Utama

Sirkuit utama menangani semua fungsi tingkat tinggi seperti modulasi pulsa untuk emitor dan pengkondisian sinyal untuk penerima. Ini juga memiliki detektor sinkron dan tahap penguat untuk mendeteksi ada / tidaknya atau perubahan sinyal yang diterima.

Sirkuit Keluaran

Sirkuit keluaran mengontrol sinyal keluaran akhir. Ada semua jenis rangkaian keluaran yang tersedia termasuk keluaran NPN/PNP dan keluaran relai. Beberapa sensor dapat mengeluarkan sinyal analog dan beberapa bahkan dapat menggerakkan beban yang cukup besar secara langsung alih-alih hanya memberikan sinyal.

Bagaimana Anda mengatur Sensor Fotolistrik?

Sensor fotolistrik tersedia dalam beberapa jenis keluaran termasuk keluaran transistor seperti PNP atau NPN dan relai keluar. Gambar di bawah menunjukkan kabel unit emitor untuk sensor sinar tembus. Memasok 0V ke kabel merah muda akan menghidupkan emitor.

 

Penerima sensor sinar tembus yang ditunjukkan di bawah ini memiliki keluaran tipe NPN. Output hitam tetap pada tegangan tinggi (12V atau 24V berdasarkan suplai). Ketika suatu objek terdeteksi, itu terhubung ke 0V, menyebabkan arus mengalir melalui beban yang terhubung. Untuk berinteraksi dengan sensor tipe NPN, PLC perlu memiliki kartu input tipe PNP.

Kesimpulan

Dalam artikel ini, kami membahas operasi umum sensor fotolistrik, teknologi di balik pengoperasiannya, dan jenis sensor yang tersedia di industri. Sensor fotolistrik adalah sensor yang sangat akurat dan presisi yang digunakan pada mesin presisi tinggi dan aplikasi umum untuk mendeteksi objek.