Le rôle des réflecteurs dans les capteurs
Les réflecteurs sont utilisés dans les capteurs pour un fonctionnement fiable et sûr des barrages sur réflecteur. Il s’agit le plus souvent de rétroréflecteurs constitués d’un grand nombre de miroirs triples servant de surface réfléchissante. La surface réfléchissante est généralement intégrée dans un boîtier et protégée des influences environnementales par une vitre. La particularité des rétroréflecteurs réside dans le fait que la lumière est réfléchie presque intégralement en direction de la source de lumière grâce aux structures tridimensionnelles du miroir triple. Outre les rétroréflecteurs, la feuille réfléchissante est un réflecteur en forme de feuille. Elle est donc souple et généralement autoadhésive. La surface réfléchissante est disposée sous une couche de protection transparente pour la protéger des conditions ambiantes.
Les différents types de réflexion
On distingue trois types de réflexion de la lumière. Ceux-ci dépendent de la propriété des surfaces sur lesquelles le faisceau lumineux frappe.
Réflexion diffuse
La réflexion diffuse, également appelée dispersion, se produit sur les surfaces rugueuses et irrégulières. Les rayons lumineux sont émis de manière irrégulière dans toutes les directions. Seule une petite partie de la lumière est renvoyée vers la source.
Réflexion miroir
La réflexion régulière se produit sur les surfaces lisses et brillantes. Le rayon lumineux incident est alors réfléchi selon la loi de la réflexion (l’angle d’incidence correspond à l’angle de sortie).
Rétroréflexion
Lors de la rétroréflexion, le rayon lumineux est renvoyé dans la direction d’où il est venu. Ce type de réflexion est généralement utilisé pour les barrages sur réflecteur et en combinaison avec des capteurs à temps de transit.
Fonctionnement d’un rétroréflecteur
Un rétroréflecteur est un réflecteur qui réfléchit la lumière entrante dans le sens de l’incidence, c’est-à-dire vers la source lumineuse indépendamment de l’angle d’incidence. La surface irradiée (structure du réflecteur) présente à cet effet une structure angulaire particulièrement fine composée de nombreux miroirs triples.
Le principe du réflecteur triple
Dans un réflecteur triple, trois surfaces réfléchissantes sont perpendiculaires l’une à l’autre pour former le coin intérieur d’un cube, également appelé « Corner Cube ». Le faisceau lumineux frappe la première surface réfléchissante plane et est réfléchi selon la loi de réflexion sur une surface réfléchissante voisine de la structure triple (réflexion spéculaire). Ensuite, le faisceau lumineux est réfléchi selon le même principe sur deux autres surfaces réfléchissantes adjacentes. Avec un léger décalage du faisceau (par rapport au faisceau d’incidence), le faisceau lumineux est ainsi renvoyé parallèlement à la source lumineuse. Ce type de réflexion s’appelle la rétroréflexion.
Le fonctionnement d’un barrage sur réflecteur avec réflecteur ou feuille réfléchissante
Le principe de fonctionnement du barrage sur réflecteur avec rétroréflecteur repose sur la polarisation et le polariseur.
Qu’est-ce que la polarisation ?
Un faisceau lumineux peut être considéré comme une onde électrométrique. Les ondes lumineuses oscillent dans différentes directions verticales et horizontales. La polarisation de la lumière détermine le sens d’oscillation. Une lumière sans direction préférentielle est considérée comme non polarisée.
Un faisceau lumineux peut être considéré comme une onde électrométrique. Les ondes lumineuses oscillent dans différentes directions verticales et horizontales. La polarisation de la lumière détermine le sens d’oscillation. Une lumière sans direction préférentielle est considérée comme non polarisée.
Qu’est-ce qu’un polariseur linéaire ?
Un polariseur linéaire est un filtre qui transmet la lumière dans une direction d’oscillation définie (par exemple polarisation verticale), tandis que la lumière dans la direction d’oscillation orthogonale n’est pas transmise. La lumière transmise est donc polarisée de manière linéaire en fonction de l’orientation du polariseur.
Un polariseur linéaire est un filtre qui transmet la lumière dans une direction d’oscillation définie (par exemple polarisation verticale), tandis que la lumière dans la direction d’oscillation orthogonale n’est pas transmise. La lumière transmise est donc polarisée de manière linéaire en fonction de l’orientation du polariseur.
Fonctionnement d’un barrage sur réflecteur avec réflecteur
Le principe de fonctionnement d’un barrage sur réflecteur repose sur la combinaison des propriétés du polariseur avec les propriétés optiques du rétroréflecteur.
- Un capteur avec polariseur intégré émet de la lumière dans le sens de l’oscillation verticale.
- La lumière atteint un rétroréflecteur avec une structure à miroir triple. Le faisceau lumineux est réfléchi sur les trois côtés du miroir, ce qui entraîne une certaine rotation de la polarisation de la lumière de la direction verticale vers la direction horizontale.
- Un filtre de polarisation horizontale est intégré dans le capteur (côté récepteur). Grâce au filtre de polarisation, la lumière est transmise par polarisation horizontale (venant du réflecteur) à l’élément récepteur du capteur.
- Lorsqu’un objet est placé dans le chemin optique entre le capteur et le réflecteur, le signal du côté récepteur est atténué et l’objet est ainsi détecté. Grâce à l’utilisation de la polarisation de la lumière, un barrage sur réflecteur fonctionne également avec des objets brillants. Contrairement au rétroréflecteur, le sens de polarisation n’est pas inversé.
Éléments à prendre en compte lors du choix du réflecteur
Différents facteurs doivent être pris en compte lors du choix du réflecteur. Il s’agit d’une interaction entre la structure du réflecteur, le type de lumière ainsi que la portée et l’optique du capteur (optique monolentille et optique à deux lentilles). La taille du réflecteur doit également être prise en compte lors de la prise de décision. De plus, les conditions environnementales auxquelles un réflecteur est exposé jouent un rôle important dans le choix du réflecteur et de la feuille réfléchissante appropriés.
Pour les réflecteurs et les films réfléchissants, la structure détermine la forme des éléments (triplets, coins cubes) sur la surface réfléchissante. Ceux-ci peuvent avoir différentes tailles de structures triples. De très petites structures continues, des structures triples de l’ordre du micromètre (microstructure) jusqu’à des structures triples macroscopiques (macrostructure) ou alvéolées.
Pour de nombreuses applications, il est important que la lumière de l’émetteur atteigne le plus grand nombre possible de structures triples du réflecteur, afin que la plus grande quantité de lumière possible puisse être rétroréfléchie et que le signal reçu soit stable. Si, par exemple, un faisceau lumineux de faible diamètre (par exemple un faisceau laser) rencontre peu de triples, il peut arriver que le signal reçu ne soit pas stable sous l’effet des vibrations dans l’application. Cela peut à son tour entraîner des dysfonctionnements.
Pour de nombreuses applications, il est important que la lumière de l’émetteur atteigne le plus grand nombre possible de structures triples du réflecteur, afin que la plus grande quantité de lumière possible puisse être rétroréfléchie et que le signal reçu soit stable. Si, par exemple, un faisceau lumineux de faible diamètre (par exemple un faisceau laser) rencontre peu de triples, il peut arriver que le signal reçu ne soit pas stable sous l’effet des vibrations dans l’application. Cela peut à son tour entraîner des dysfonctionnements.
Ce type de lumière convient aux microstructures
Un faisceau laser présente généralement une très faible divergence du faisceau et un diamètre de faisceau réduit (jusqu’à un millimètre). C’est pourquoi les petites structures triples avec microstructure ou structure continue sont généralement le type de réflecteur recommandé. Si, en revanche, la lumière laser rencontre peu de triplets, il peut arriver, sous l’influence de vibrations dans l’application, que le signal reçu ne soit pas stable et que des perturbations se produisent.
Pour les barrages sur réflecteur destinés aux matériaux transparents, il est également recommandé d’utiliser un réflecteur à microstructure, car de faibles variations d’intensité lumineuse doivent être détectées.
Pour les barrages sur réflecteur destinés aux matériaux transparents, il est également recommandé d’utiliser un réflecteur à microstructure, car de faibles variations d’intensité lumineuse doivent être détectées.
Ce type de lumière convient aux macrostructures
Pour de nombreuses applications, il est important que la lumière de l’émetteur atteigne le plus grand nombre possible de structures triples du réflecteur, afin que la plus grande quantité de lumière possible puisse être rétroréfléchie et que le signal reçu soit stable. Un barrage sur réflecteur avec lumière rouge a typiquement un diamètre de faisceau plus grand (plusieurs cm) et peut donc être combiné avec un réflecteur avec des structures triples plus grandes, comme une macrostructure ou une structure alvéolée. L’avantage d’une grande structure triple est le degré de réflexion : plus les triples sont grands, plus la lumière incidente est réfléchie par la surface et plus la portée réalisable est élevée.
Le choix du réflecteur dépend fortement de la forme du faisceau lumineux. Le trajet du faisceau et la distance entre le capteur et le réflecteur sont des facteurs d’influence importants. Le réflecteur est choisi en fonction du diamètre du faisceau. Sur de longues distances, le capteur laser et les réflecteurs à macrostructure sont combinés, à condition que le réflecteur soit placé loin derrière le point focal (et que le diamètre du faisceau soit proportionnellement plus grand).
Faisceau lumineux divergent
Le diamètre d’un faisceau lumineux divergent augmente dans le sens de propagation (par exemple, la lumière émise par une diode électroluminescente)
Un des avantages d’un rétroréflecteur est qu’il renvoie le plus de lumière possible vers la source de lumière, quelle que soit la taille du triplet. Selon le type de capteur, certains effets doivent être pris en compte lors du positionnement du réflecteur.
Comment fonctionne une optique monolentille ?
Les capteurs à optique monolentille ne possèdent qu’une seule lentille, qui est utilisée à la fois pour l’émetteur et le récepteur. Ils se caractérisent par une très faible distance minimale entre le capteur et le réflecteur. En effet, la lumière est renvoyée directement vers la source lumineuse à l’endroit où la lentille réceptrice reçoit la lumière réfléchie.
Comment fonctionne une optique à deux lentilles ?
Avec une optique à deux lentilles, les lentilles de l’émetteur et du récepteur sont logées séparément dans un boîtier. Pour éviter que la lumière réfléchie n’atteigne l’émetteur et non le récepteur, le capteur et le réflecteur doivent être suffisamment éloignés l’un de l’autre. Cela s’applique en particulier aux applications à courte distance. Dans les structures triples avec un angle d’ouverture de ≠ 90°, les rayons de lumière sont réfléchis dans un angle spatial plus grand, de sorte que la lumière atteint le récepteur. Il convient de noter que lors du montage d’un réflecteur, les spécifications de la fiche technique doivent être respectées, car la portée du capteur (réflecteur de référence) peut être plus petite ou plus grande avec d’autres réflecteurs. La distance minimale du réflecteur (limite inférieure de la portée) ne doit pas être confondue avec la zone aveugle, qui se rapporte à l’objet à détecter.
Position du réflecteur pour les optiques à deux lentilles
La distance correcte entre le capteur et le réflecteur est déterminante pour la quantité de lumière réfléchie vers la source de lumière. Si le réflecteur est trop proche du capteur (zone jaune), la lumière réfléchie n’atteint pas le récepteur et aucun signal n’est généré. Si le réflecteur est trop éloigné du capteur (zone rouge), la lumière réfléchie est trop faible pour déclencher un signal. Si le réflecteur est placé à une distance suffisante du capteur (zone verte), un objet qui se trouve dans la zone grise peut être détecté, car le signal du côté récepteur est affaibli.
La taille du réflecteur doit être adaptée au spot lumineux du faisceau lumineux incident.
• Plus le réflecteur ou le film réfléchissant est grand, plus il est facile d’orienter le capteur sur de longues distances.
• Les petits réflecteurs peuvent être utilisés pour de courtes distances et dans des espaces exigus.
• Plus le réflecteur ou le film réfléchissant est grand, plus il est facile d’orienter le capteur sur de longues distances.
• Les petits réflecteurs peuvent être utilisés pour de courtes distances et dans des espaces exigus.
Si le faisceau lumineux est exactement de la même taille que le réflecteur et qu’il y a une distance importante entre le capteur et le réflecteur, de petites secousses suffisent pour éloigner une partie du faisceau du réflecteur. Cela provoque une modification de l’intensité du signal, qui se produit également en cas de variations de température (par exemple dans la zone de montage du capteur ou du réflecteur). Il est donc judicieux de choisir un réflecteur légèrement plus grand par rapport au diamètre du faisceau.
Possibilités de fixation de réflecteurs et films réfléchissants
Selon l’application et l’utilisation des réflecteurs, deux différentes possibilités de fixation sont disponibles.
Trous de fixation
Des trous oblongs ou ronds sont intégrés en diagonale, en face ou côte à côte dans le boîtier du réflecteur.
Vis
Les réflecteurs ronds peuvent être vissés directement dans les trous percés dans le boîtier à l’aide d’une vis métrique injectée.
Bouchons de fixation
Les réflecteurs ronds avec fixation par clip à l’aide d’un bouchon intégré permettent un montage facile dans des trous.
Autocollant
Les réflecteurs et surtout les feuilles réfléchissantes ont un verso autocollant qui peut être collé sur des murs, des parois en tôle ou d’autres surfaces.
Facteurs d’influence sur les réflecteurs et les films réfléchissants
Nettoyages rudes à haute pression, températures élevées, processus de nettoyage intensifs et chocs mécaniques et vibrations extérieures : dans l’environnement industriel, les capteurs et les réflecteurs sont souvent soumis à des exigences exceptionnelles. Pour répondre à ces exigences, wenglor propose des réflecteurs robustes et résistants aux produits de nettoyage.
- Les réflecteurs résistants aux détergents peuvent être utilisés dans des zones de lavage à grande eau et à des plages de température allant jusqu’à 150 °C.
- Les réflecteurs certifiés ECOLAB sont également adaptés aux zones de lavage à grande eau. Les réflecteurs se distinguent par leur couleur bleue, ce qui permet de repérer plus facilement les éclats de boîtier en cas de dommage.
- Un revêtement antibuée permet d’empêcher la formation de buée due à la température sur le réflecteur.
- Les réflecteurs avec un boîtier solide sont en acier inoxydable V4A et disposent d’un couvercle en verre sur la surface réfléchissante.
