SENSORES ÓPTICOS O FOTOELÉCTRICOS

Los sensores fotoeléctricos se utilizan en muchas aplicaciones automatizadas e industrias ofreciendo una detección precisa de objetos sin necesidad de contacto.

Básicamente, un sensor fotoeléctrico puede considerarse como un dispositivo "tipo interruptor final de carrera", en donde la función de accionador mecánico o brazo de palanca es reemplazada con un haz de luz. 

Sensores de barrera fotoeléctricos

Los sensores fotoeléctricos son un tipo de sensores de proximidad que funcionan por medio de la detección de un cambio en la cantidad de luz que es reflejada o bloqueada por el objeto que se desea detectar (objetivo). El cambio de luz puede ser debido por la presencia del objetivo o por su ausencia, o también como resultado de un cambio de tamaño, forma, reflectividad o color del objetivo.

Los sensores fotoeléctricos pueden utilizarse en aplicaciones para detectar objetivos a distancias que van desde menos de 5 mm hasta más de 250 m.

La detección correcta de un sensor fotoeléctrico requiere que el objeto que se desea detectar ocasione un cambio suficiente en el nivel de luz detectado por el sensor y que el usuario tenga un entendimiento claro de los requisitos de detección.

Se deben comprender claramente los siguientes factores:

• Los requisitos de detección.

• El ambiente de detección.

• Las capacidades y limitaciones del sensor fotoeléctrico.

Conceptos y componentes básicos de los sensores fotoeléctricos

Existen cuatro componentes básicos en un sensor fotoeléctrico:

1. Fuente de luz.

2. Detector de luz.

3. Lentes.

4. Dispositivo de conmutación de salidas.

Fuente de luz

Un diodo emisor de luz (LED) es un semiconductor de estado sólido que emite luz cuando se le aplica corriente. 

Diodo emisor de luz, LED

Los LED están diseñados para emitir longitudes de onda o colores de luz específicos.

La longitud de onda es la distancia que la luz viaja al completar toda una onda sinusoidal. Se expresa en nanómetros (nm). Cada color tiene una longitud de onda específica.

Cada color LED ofrece distintas características deseables. Los LED infrarrojos son los más eficientes; generan la mayor cantidad de luz y menor calor que ningún otro color.

Los infrarrojos es la radiación de luz invisible que comienza con una longitud de onda de 690 nanómetros o más.

Los LED infrarrojos se usan en sensores en los que se precisa de una salida máxima de luz para un rango extendido de detección.

En muchas aplicaciones, es deseable tener un haz visible de luz como ayuda para la instalación o confirmación del funcionamiento del sensor. En estos casos, el rojo visible es el LED más eficiente.

Los LED son componentes resistentes y confiables, lo que los hace ideales para su utilización en sensores fotoeléctricos. Funcionan en un rango muy amplio de temperaturas y son muy resistentes a daños procedentes de choques y vibraciones.

Detector de luz

El fotodetector es el componente que se usa para detectar la fuente de luz. Un fotodiodo o fototransmisor es un componente robusto de materiales semiconductores que proporciona un cambio en la corriente que conduce según sea la cantidad de luz que detecta.

Los fotodetectores son más sensibles a ciertas longitudes de onda. La respuesta al espectro de un fotodetector determina la sensibilidad del mismo a diferentes longitudes de onda en el espectro de luz. Para mejorar la eficiencia de detección, a menudo se hace que coincidan el LED y el fotodetector, a nivel de espectro. 

Respuesta al espectro

En la figura anterior podemos ver que el LED invisible (infrarrojo) coincide a nivel espectral con el fototransistor, y tiene mucha más eficiencia que por ejemplo un LED (rojo) visible.

Al fotodetector y circuitos relacionados se les conoce como receptor.

Lente

Ya hemos visto anteriormente que los indicadores LED normalmente emiten luz y los fotodetectores perciben la luz en un área amplia.

Las lentes se usan con las fuentes de luz de LED y con fotodetectores para hacer esta área más angosta. Como resultado, las lentes también aumentan la distancia de detección de los sensores fotoeléctricos. 

Lentes

El haz proveniente de la combinación LED-lente normalmente presenta una forma cónica. El área del cono aumenta con la distancia.

Dispositivo de salida

Una vez que se ha detectado un cambio suficiente en el nivel del luz, el sensor fotoeléctrico activa un dispositivo de salida para producir una interconexión con la lógica de la máquina

Hay muchos tipos de salidas discretas y variables (analógicas), cada una con sus ventajas e inconvenientes particulares.

Margen

El margen de operación o ganancia en exceso es un concepto importante para entender cuando se pueden aplicar sensores fotoeléctricos.

Es una medida de la cantidad de luz, procedente de la fuente de luz, que el receptor detecta.

Por ejemplo se presenta un margen de cero cuando el detector de luz no puede detectar nada de la luz emitida por la fuente de luz, un margen de uno cuando se detecta apenas suficiente luz para cambiar el estado del dispositivo de salida, de desactivado a activado o viceversa, un margen de 20 cuando se detecta 20 veces el nivel mínimo de luz requerido para cambiar el estado del dispositivo de salida, etc.

Se define como la cantidad mínima de luz que se detecta con respecto a la que se requiere para cambiar el estado del dispositivo de salida y generalmente se expresa como relación o como número entero seguido por "X".

Un margen de 7 puede expresarse como 7:1 o como 7X.

Escrito por Archie Tecnology

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