Was sind faseroptische Sensoren?
Wie funktionieren faseroptische Sensoren?
Grundsätzlich messen faseroptische Sensoren verschiedene Lichtgrößen wie Wellenlänge und Intensität, um daraus andere Messwerte abzuleiten. In der industriellen Automatisierung wird oft das energetische Prinzip genutzt. Dabei koppelt der Sender, meist eine LED-Lichtquelle, Licht in einen Lichtleiter. Am Ende des Lichtleiters tritt das Licht aus und trifft entweder auf ein Objekt, das es zurückreflektiert (Tast- / Reflexionsprinzip), oder es wird direkt von einem Empfänger erfasst (Einwegschranken-Prinzip). Das zurückgesendete Licht wird anschließend zur Auswerteeinheit geleitet, wo eine Photodiode die empfangene Lichtmenge misst. Die Elektronik vergleicht diese Lichtmenge ständig mit einem festgelegten Schwellwert und schaltet den Ausgang des Sensors entsprechend.
Was sind die Vorteile von faseroptischen Sensoren?
Flexible Installation
Hohe Betriebssicherheit
Elektromagnetische Verträglichkeit
Lichtleiter vs. kleine Photoelektrik: Die Technologien im Überblick
| Lichtleiter | Kleine Photoelektrik | |
|---|---|---|
| Messreichweite |
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| Umgebungstemperatur |
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| Montageaufwand |  |
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| Erkennung transparenter Objekte |
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| Kleinstteilerkennung | |
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| Flexibilität und Individualisierung | |
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Messreichweite
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Umgebungstemperatur
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Montageaufwand
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Erkennung transparenter Objekte
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Kleinstteilerkennung
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Flexibilität und Individualisierung
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Was sind Lichtleiter-Verstärker?
Lichtleiter-Verstärker, auch als optische Verstärker bekannt, sind Komponenten, die Signale in optischen Kommunikationssystemen verstärken und eine zentrale Rolle in der Glasfaserkommunikation spielen. Hier erhöhen sie die Übertragungsreichweite.
Im Kontext der industriellen Automation sind Lichtleiter-Verstärker Sensoren, die Lichtwellenleiter wie Glasfasern oder Kunststofflichtleiter nutzen, um verschiedene physikalische Größen wie Druck, Temperatur, Dehnung sowie die Anwesenheit oder Position von Objekten zu messen. Sie nutzen die Fähigkeit der Lichtwellenleiter, Licht zu übertragen, und erfassen dabei Veränderungen im Spektrum oder in der Lichtmenge.
Was versteht man unter Multi Unit?
Was ist der Ausrichtungsmodus?
Wofür braucht man einen Hutschienenadapter?
Welche Vorteile haben unterschiedliche Lichtarten?
Rote LEDs (633 nm) bieten eine hohe Prozessstabilität, selbst bei sehr hellen oder weißen Prüfobjekten.
Blaue LEDs (455 nm) sind insbesondere für präzise Messungen auf glühenden, glänzenden oder dunklen Oberflächen geeignet, da sie weniger tief in das Prüfobjekt eindringen.
Im Pinklicht-Modus werden rote und blaue LEDs gleichzeitig aktiviert, um die Lichtleistung zu erhöhen und die Reichweite der Sensoren zu verbessern.
Infrarotes Licht (über 750 nm) ist für das menschliche Auge unsichtbar, was visuelle Ablenkungen und Manipulationen verhindert – ideal für bewegte Sensoren an Robotergreifern oder autonomen Fahrzeugen. Zudem ermöglicht es durch seine höhere Leistung eine größere Reichweite.
Was sind Lichtleiter?
Was ist der Brechungsindex?
Der Brechungsindex beschreibt, wie stark Lichtstrahlen ihre Richtung ändern, wenn sie von einem Medium in ein anderes eintreten. Er wird durch das Verhältnis der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum c zur Lichtgeschwindigkeit im betrachteten Medium v definiert. Der Brechungsindex n ist dimensionslos und variiert abhängig von Faktoren wie Temperatur und Wellenlänge des Lichts.Um den Brechungsindex zu bestimmen, wird folgende physikalische Formel verwendet:
Was ist der Öffnungswinkel?
Um diesen breiten Öffnungswinkel zu kontrollieren, kommen Linsen zum Einsatz, welche das Licht im Bedarfsfall fokussieren oder kollimieren. Dadurch wird die Detektion sehr kleiner Objekte ermöglicht oder die Reichweite der Lichtleitkabel deutlich gesteigert.
Lichtleitfasern im Vergleich
Lichtleiter aus Glasfaser
| Übertragung von sichtbarem Licht und Infrarotlicht |
| Tolerant gegenüber extremen Temperaturbereichen |
| Für korrosive oder nasse Industrieumgebungen geeignet |
| Besonders geringe Dämpfung im Bereich des Infrarotlichts |
| Bruch durch starkes oder wiederholtes Biegen möglich |
Lichtleiter aus Kunststoff
| Übertragung von sichtbarem Licht |
| Weniger tolerant gegenüber extremen Temperaturbereichen |
| Für korrosive oder nasse Industrieumgebungen ungeeignet |
| Besonders geringe Dämpfung im Bereich des sichtbaren Lichts |
| Wiederholte Biegungen möglich durch hohe Flexibilität |
Fibras paralelas
Fibras coaxiales
Fibras mixtas
Efecto del diámetro de la fibra/diámetro del haz
¿Qué indica el radio de curvatura?
¿Cómo está estructurada la fibra óptica?
Cables de fibra óptica de plástico
Cables de fibra óptica de vidrio
¿Qué tipos de revestimiento hay para la fibra óptica de vidrio?
Plástico, PVC
Acero inox
Silicona
¿Qué principios de funcionamiento existen para los sensores de fibra óptica?
Modo réflex
En el funcionamiento táctil, el emisor y el receptor están alojados en una carcasa. En este proceso, la luz emitida por el emisor incide sobre el objeto de prueba y es devuelta al receptor. La detección del objeto se realiza a partir de la cantidad de luz reflejada que llega al receptor del conductor de luz.
Modo barrera
El modelo de barrera de luz consta de un emisor y un receptor opuestos. En cuanto el objeto de prueba pasa por el espacio que hay entre el emisor y el receptor, se interrumpe la luz de la fibra óptica. A continuación, tiene lugar la detección mediante la reducción de la intensidad luminosa recibida.
Sensor retro-réflex
Según el principio de los sensores retro-réflex, el emisor y el receptor se encuentran en una carcasa, mientras que en el lado opuesto se coloca un espejo. El objeto de prueba se detecta cuando se interrumpe o reduce por completo la luz reflejada por el espejo.
Bandas luminosas
Las bandas luminosas sirven para monitorizar las direferntes zonas. A diferencia de los puntos luminosos, que solo monitorizan la presencia de objetos dentro de un punto, las bandas luminosas registran varios centímetros. El sensor detecta el objeto en cuanto la señal se atenúa o se interrumpe por completo.Comparación del reajuste dinámico y la detección de saltos
Tanto el reajuste dinámico como la detección de saltos son adecuados para la detección fiable de objetos en condiciones ambientales cambiantes. En el reajuste dinámico, se utiliza un valor umbral casi fijo, mientras que la detección de saltos se realiza sin valor umbral y, en su lugar, se evalúan exclusivamente las modificaciones de la señal.
Punto de conmutación fijo
El modo de funcionamiento más común de un sensor se basa en un punto de conmutación fijo. Para ello, el sensor determina el valor umbral o el punto de conmutación durante el proceso de teach-in según una lógica de teach predeterminada. En el teach normal, esto corresponde, por ejemplo, al 50 % de la señal actual. Si las condiciones ambientales y los objetos que hay que detectar son muy constantes, el modo de funcionamiento con un punto de conmutación fijo ofrece la máxima inmunidad a las interferencias, ya que las influencias externas no pueden modificar el punto de conmutación: Si la señal está por encima del valor umbral establecido, la salida se activa; si está por debajo, la salida permanece inactiva. Sin embargo, si la señal se modifica, por ejemplo, debido a la contaminación, pueden producirse fallos de conexión permanentes.
Reajuste dinámico
Detección de saltos
Vista general de los cabezales del cable de fibra óptica
Acodado
Los cabezales de sensor en ángulo son ideales para espacios reducidos en los que el eje óptico y la salida del cable deben orientarse de forma diferente. Gracias a la rosca, los cabezales de los sensores se pueden atornillar fácilmente en los orificios preparados o fijarse a un ángulo o una placa con dos tuercas.
Tipo L
Yassı
Bükülebilir
Işık iletken bantlar
Tek yönlü bariyer prensibine uygun ışık iletken bantlar, geniş alanların denetimi için idealdir. Buna karşın cisimden yansımalı ışık iletken bantlar heterojen objelerin algılanmasında özellikle etkilidir ve geri yansıtılan ışığın değerlendirilmesi sayesinde ölçüm uygulamalarında da kullanılabilir.
Minyatür
Vida dişi
Düz
Fiber optik sensörlerin montajında buna dikkat edilmelidir
Uzunluk ve Kesme
Fiber optik kablolar çeşitli uzunluklarda temin edilir. Plastik fiber optik kablolar müşteri tarafından kesilebilir, cam fiber optik kablolar kesildikten sonra taşlanmaları ve parlatılmaları gerektiğinden, yalnızca endüstriyel olarak kesilebilir. Uzunluk algılama mesafesini pek etkilemez, ancak daha uzun fiber optikler daha az ışık geçirir.
Öneri: Fiberglastan fiber optik kabloları uygun şekilde seçin.
Algılama mesafesi
Fiber optik kabloların büyük açılma açısı nedeniyle algılama mesafeleri azdır. Daha yüksek algılama mesafeleri daha büyük fiber demeti/çekirdek çapları ya da ışığı odaklayan mercekler aracılığıyla elde edilebilir.
Öneri: Fiber optik kabloları özellikle kısa algılama mesafeleri ve en küçük parçaların algılanması için kullanın.
Bükülme yarıçapı
Fiber optik kablolar esnektir, ancak hasar ve ışık kayıplarını önlemek için minimum bükülme yarıçaplarına uyulmalıdır. High-Flex plastik fiber optik kablolar dar bükme yarıçaplarına ya da hareketli montajlara uygundur. Genel olarak şu geçerlidir: Daha küçük çaplar daha küçük bükme yarıçaplarına izin verir.
Öneri: High-Flex fiber optik kabloların montajı.
Sıcaklık
Los conductores de luz de plástico y de fibra óptica se diferencian por su resistencia a la temperatura. Por encima de los 85 °C, se debe utilizar fibra óptica de vidrio con revestimiento de acero inoxidable o silicona.
Consejo: Gracias a las longitudes individuales, el módulo de análisis también se puede colocar en el armario de distribución.
Alineación del sensor
En el modo réflex, el emisor y el receptor deben instalarse con un ángulo de 90° respecto del objeto de ensayo cuando se acerquen lateralmente para garantizar un comportamiento de conexión y desconexión uniforme.
Consejo: Una alineación plana respecto del objeto da lugar a un desplazamiento con encendido y apagado retardados.
Cable con emisor específico
En el caso de cabezales de fibra óptica con emisión de la luz coaxial y con determinadas bandas luminosas, debe respetarse estrictamente la correcta asignación del emisor del cabezal de la fibra óptica al emisor del amplificador.
Consejo: Los amplificadores están marcados con flechas con tal fin.
Sectores e industrias donde se utilizan los sensores de fibra óptica
¿Qué objetos no pueden detectar de forma óptima los sensores de fibra óptica?
- El agua y otros líquidos transparentes que absorben mucha luz o la refractan pueden provocar mediciones imprecisas.
- Los objetos muy transparentes, como el vidrio transparente, que permiten que la luz pase completamente sin reflejarla, dificultan la detección.
- Los objetos de color negro intenso, que absorben mucho la luz incidente y la reflejan mínimamente o no la reflejan, dificultan el retorno de la señal al sensor.
- Los objetos muy brillantes que reflejan la luz en direcciones impredecibles impiden una detección de objetos precisa.
