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Tecnologia dei sensori a fibra ottica

I sen­so­ri a fibra ot­ti­ca ri­le­va­no og­get­ti e con­di­zio­ni in­di­riz­zan­do la luce su un og­get­to di prova e va­lu­tan­do la va­ria­zio­ne di intensità della luce di ri­tor­no. Sono in grado di ri­le­va­re og­get­ti molto pic­co­li, sono par­ti­co­lar­men­te fles­si­bi­li da mon­ta­re e estre­ma­men­te re­si­sten­ti in am­bien­ti dif­fi­ci­li, anche a tem­pe­ra­tu­re ele­va­te, umidità o flui­di umidi. 
Definizione
Confronto tra tecnologie
Amplificatori a fibre ottiche
Fibre ottiche
Principi di funzionamento
Teste in fibra ottica
Montaggio
Settori industriali

Che cosa sono i sen­so­ri a fibra ot­ti­ca?

I sen­so­ri a fibre ot­ti­che sfrut­ta­no le proprietà fi­si­che della luce du­ran­te la tra­smis­sio­ne at­tra­ver­so fibre ot­ti­che in vetro o pla­sti­ca per ri­le­va­re gli og­get­ti. Sono com­po­sti da un am­pli­fi­ca­to­re a fibre ot­ti­che e da fibre ot­ti­che con o senza ot­ti­ca. L’am­pli­fi­ca­to­re a fibre ot­ti­che con­tie­ne la sor­gen­te lu­mi­no­sa e l’ele­men­to ri­ce­ven­te nonché l’unità di ela­bo­ra­zio­ne del sen­so­re. Le fibre ot­ti­che sono de­sti­na­te esclu­si­va­men­te all’invio e alla ri­ce­zio­ne di luce. Poiché i cavi a fibre ot­ti­che non con­ten­go­no com­po­nen­ti elet­tro­ni­ci, i sen­so­ri a fibra ot­ti­ca sono par­ti­co­lar­men­te adat­ti per ap­pli­ca­zio­ni in spazi ri­stret­ti, in am­bien­ti dif­fi­ci­li o dove non è pos­si­bi­le uti­liz­za­re altri sen­so­ri.

   

Come fun­zio­na­no i sen­so­ri a fibra ot­ti­ca?

In linea di prin­ci­pio, i sen­so­ri a fibra ot­ti­ca mi­su­ra­no di­ver­se gran­dez­ze lu­mi­no­se, come lun­ghez­za d’onda e intensità, per ri­ca­var­ne altri va­lo­ri mi­su­ra­ti. Nell’au­to­ma­zio­ne in­du­stria­le viene spes­so uti­liz­za­to il prin­ci­pio ener­ge­ti­co. L’emet­ti­to­re, so­li­ta­men­te una fonte di luce a LED, ac­cop­pia la luce in una fibra ot­ti­ca. All’estremità della fibra ot­ti­ca la luce fuo­rie­sce e col­pi­sce un og­get­to che la ri­flet­te (prin­ci­pio di ri­le­va­men­to/ri­fles­sio­ne) op­pu­re viene ri­le­va­ta di­ret­ta­men­te da un ri­ce­vi­to­re (prin­ci­pio della bar­rie­ra uni­di­re­zio­na­le). La luce re­sti­tui­ta viene quin­di con­dot­ta alla cen­tra­li­na di ana­li­si, dove un fo­to­dio­do mi­su­ra la quantità di luce ri­ce­vu­ta. L’elet­tro­ni­ca con­fron­ta co­stan­te­men­te que­sta quantità di luce con un va­lo­re di so­glia pre­de­fi­ni­to e com­mu­ta di con­se­guen­za l’usci­ta del sen­so­re.

Quali sono i van­tag­gi dei sen­so­ri a fibra ot­ti­ca?

In­stal­la­zio­ne fles­si­bi­le

I sen­so­ri a fibra ot­ti­ca sono estre­ma­men­te com­pat­ti e sono idea­li per l’in­stal­la­zio­ne in am­bien­ti in­du­stria­li ri­stret­ti. Inol­tre, gra­zie all’ele­va­ta flessibilità e al basso smor­za­men­to delle fibre ot­ti­che, sono pos­si­bi­li anche lun­ghe di­stan­ze di tra­smis­sio­ne.

Affidabilità ope­ra­ti­va su­pe­rio­re

I sen­so­ri a fibra ot­ti­ca sono estre­ma­men­te re­si­sten­ti e ga­ran­ti­sco­no pre­sta­zio­ni af­fi­da­bi­li anche in con­di­zio­ni am­bien­ta­li dif­fi­ci­li come tem­pe­ra­tu­re ele­va­te, umidità e flui­di ag­gres­si­vi come lu­bro­re­fri­ge­ran­ti o de­ter­gen­ti. 

Compatibilità elet­tro­ma­gne­ti­ca

Nei cavi a fibre ot­ti­che, la tra­smis­sio­ne del se­gna­le è pu­ra­men­te ot­ti­ca, il che rende ir­ri­le­van­ti le sfide le­ga­te all’EMC nei sen­so­ri a fibra ot­ti­ca. Inol­tre, sono estre­ma­men­te in­sen­si­bi­li ai di­stur­bi elet­tro­ma­gne­ti­ci.

Cavo a fibre ottiche vs. fotoelettricità piccola: Panoramica delle tecnologie

 
Fibre ot­ti­che Fo­to­cel­lu­la pic­co­la
Campo di mi­su­ra­zio­ne
 
Tem­pe­ra­tu­ra am­bien­ta­le
 
Ope­ra­zio­ne di mon­tag­gio
Ri­co­no­sci­men­to di og­get­ti tra­spa­ren­ti
 
Ri­co­no­sci­men­to di pic­co­li og­get­ti
Flessibilità e per­so­na­liz­za­zio­ne
 

Che cosa sono gli am­pli­fi­ca­to­ri a fibre ot­ti­che?

Gli am­pli­fi­ca­to­ri a fibra ot­ti­ca, noti anche come am­pli­fi­ca­to­ri ot­ti­ci, sono com­po­nen­ti che am­pli­fi­ca­no i se­gna­li nei si­ste­mi di co­mu­ni­ca­zio­ne ot­ti­ca e svol­go­no un ruolo cen­tra­le nella co­mu­ni­ca­zio­ne in fibra ot­ti­ca. In que­sto caso au­men­ta­no la por­ta­ta di tra­smis­sio­ne.

Nel con­te­sto dell’au­to­ma­zio­ne in­du­stria­le, gli am­pli­fi­ca­to­ri a fibre ot­ti­che sono sen­so­ri che uti­liz­za­no fibre ot­ti­che come la fibra ot­ti­ca in vetro o la fibra ot­ti­ca in pla­sti­ca per mi­su­ra­re di­ver­se gran­dez­ze fi­si­che come la pres­sio­ne, la tem­pe­ra­tu­ra, l’esten­sio­ne e la pre­sen­za o la po­si­zio­ne di og­get­ti. Sfrut­ta­no la capacità dei cavi a fibre ot­ti­che di tra­smet­te­re la luce, ri­le­van­do le va­ria­zio­ni dello spet­tro o della quantità di luce.


Che cosa si in­ten­de per multi-​unità?

Un grup­po di sen­so­ri, chia­ma­to anche multi-​unità, è com­po­sto da di­ver­si sen­so­ri che pos­so­no co­mu­ni­ca­re di­ret­ta­men­te tra loro. In que­sto modo, i sin­go­li sen­so­ri non si in­ter­fe­ri­sco­no tra loro, anche se si tro­va­no nelle im­me­dia­te vi­ci­nan­ze o l’uno di fron­te all’altro e ispe­zio­na­no lo stes­so og­get­to. Ciò con­sen­te un coor­di­na­men­to e una col­la­bo­ra­zio­ne ef­fi­cien­ti tra i sen­so­ri. Inol­tre, il ca­blag­gio è ri­dot­to al mi­ni­mo gra­zie al si­ste­ma di sen­so­ri, poiché è ne­ces­sa­rio solo un cavo per il col­le­ga­men­to all’IO-​Link ma­ster. La tra­smis­sio­ne dei li­vel­li di se­gna­le e dei ca­na­li di com­mu­ta­zio­ne di tutti i sen­so­ri col­le­ga­ti av­vie­ne tra­mi­te i dati di pro­ces­so IO-​Link, un cavo di col­le­ga­men­to e una porta sull’IO-​Link ma­ster. Ciò ot­ti­miz­za la tra­smis­sio­ne dei dati e ri­du­ce no­te­vol­men­te i costi di ca­blag­gio e in­stal­la­zio­ne.

Cos’è la modalità di al­li­nea­men­to?

Per un ri­co­no­sci­men­to dell’og­get­to af­fi­da­bi­le, le fibre ot­ti­che de­vo­no es­se­re al­li­nea­te esat­ta­men­te al tar­get. So­prat­tut­to quan­do si uti­liz­za il prin­ci­pio della bar­rie­ra, l’emet­ti­to­re e il ri­ce­vi­to­re de­vo­no es­se­re po­si­zio­na­ti il più pos­si­bi­le as­sial­men­te l’uno ri­spet­to all’altro. Poiché l’am­pli­fi­ca­to­re o la cen­tra­li­na di ana­li­si sono spes­so in­stal­la­ti all’in­ter­no dell’ar­ma­dio elet­tri­co o al di fuori del campo vi­si­vo, la con­fi­gu­ra­zio­ne viene spes­so ef­fet­tua­ta a giu­di­zio degli ope­ra­to­ri. La modalità di al­li­nea­men­to vi­sua­liz­za l’intensità del se­gna­le tra­mi­te una pul­sa­zio­ne della luce tra­smes­sa. Ana­lo­ga­men­te ai sen­so­ri di par­cheg­gio dell’auto, la fre­quen­za degli im­pul­si au­men­ta con l’intensità del se­gna­le ri­ce­vu­to. La testa del sen­so­re viene re­go­la­ta in an­go­lo e asse fino a rag­giun­ge­re l’al­li­nea­men­to ot­ti­ma­le con il se­gna­le mas­si­mo. Ciò con­sen­te una con­fi­gu­ra­zio­ne ef­fi­cien­te e pre­ci­sa anche a di­stan­ze mag­gio­ri tra emet­ti­to­re e ri­ce­vi­to­re.

A cosa serve un adat­ta­to­re per guida DIN?

L'unità am­pli­fi­ca­to­re viene so­li­ta­men­te mon­ta­ta su guide DIN stan­dar­diz­za­te. L’in­stal­la­zio­ne av­vie­ne senza l’uso di at­trez­zi, fa­cen­do scat­ta­re gli am­pli­fi­ca­to­ri sulla guida in modo sem­pli­ce e ra­pi­do. Uti­liz­zan­do la modalità multi-​unità, è pos­si­bi­le di­spor­re più am­pli­fi­ca­to­ri a fibre ot­ti­che uno ac­can­to all’altro nell’ar­ma­dio elet­tri­co in modo da ri­spar­mia­re spa­zio e non sci­vo­la­re.

Quali sono i van­tag­gi dei di­ver­si tipi di luce?

A se­con­da dei re­qui­si­ti spe­ci­fi­ci dell’ap­pli­ca­zio­ne, i sen­so­ri a fibre ot­ti­che wen­glor uti­liz­za­no luce rossa, blu, rosa o in­fra­ros­sa.

  • I LED rossi (633 nm) of­fro­no un’ele­va­ta stabilità del pro­ces­so, anche con og­get­ti molto lu­mi­no­si o bian­chi.

  • I LED blu (455 nm) sono par­ti­co­lar­men­te adat­ti per mi­su­re pre­ci­se su su­per­fi­ci in­can­de­scen­ti, lu­ci­de o scure, in quan­to pe­ne­tra­no meno in profondità nell’og­get­to da te­sta­re.

  • In modalità luce rosa, i LED rossi e blu ven­go­no at­ti­va­ti con­tem­po­ra­nea­men­te per au­men­ta­re la po­ten­za lu­mi­no­sa e mi­glio­ra­re la por­ta­ta dei sen­so­ri.

  • La luce in­fra­ros­sa (oltre 750 nm) è in­vi­si­bi­le all’oc­chio umano, evi­tan­do di­stra­zio­ni vi­si­ve e ma­ni­po­la­zio­ni, idea­le per i sen­so­ri in mo­vi­men­to su pinze ro­bo­tiz­za­te o vei­co­li au­to­no­mi. Inol­tre, gra­zie alla sua mag­gio­re po­ten­za, con­sen­te una mag­gio­re por­ta­ta.

Cosa sono i cavi a fibre ot­ti­che?

Le fibre ot­ti­che sono fibre ot­ti­che co­sti­tui­te da un nu­cleo e da una guai­na che con­du­co­no la luce, cia­scu­na delle quali pre­sen­ta un di­ver­so in­di­ce di ri­fra­zio­ne. La luce viene tra­spor­ta­ta at­tra­ver­so il nu­cleo quasi senza per­di­te gra­zie alla ri­fles­sio­ne to­ta­le sull’in­vo­lu­cro. All’usci­ta dalla fibra ot­ti­ca, la luce viene dif­fu­sa con un an­go­lo di aper­tu­ra di circa 60 gradi.
 

Cos’è l’in­di­ce di ri­fra­zio­ne?

L’in­di­ce di ri­fra­zio­ne de­scri­ve l’entità con cui i raggi di luce cam­bia­no di­re­zio­ne quan­do pas­sa­no da un me­dium all’altro. È de­fi­ni­to dal rap­por­to tra la velocità della luce nel vuoto c e la velocità della luce nel me­dium v. L’in­di­ce di ri­fra­zio­ne n è adi­men­sio­na­le e varia in base a fat­to­ri come la tem­pe­ra­tu­ra e la lun­ghez­za d’onda della luce.

Per de­ter­mi­na­re l’in­di­ce di ri­fra­zio­ne viene uti­liz­za­ta la se­guen­te for­mu­la fi­si­ca:
 
n = v/c

Cos’è l’an­go­lo ot­ti­co?

L’an­go­lo di aper­tu­ra si ri­fe­ri­sce all’an­go­lo al di sotto del quale la luce esce dalla fibra ot­ti­ca. Un ampio an­go­lo di aper­tu­ra offre il van­tag­gio di con­sen­ti­re un ri­le­va­men­to af­fi­da­bi­le anche di og­get­ti ete­ro­ge­nei a di­stan­za rav­vi­ci­na­ta. Inol­tre, la ma­ni­po­la­zio­ne è sem­pli­ce, poiché l’orien­ta­men­to dello stru­men­to non è de­ter­mi­nan­te. Tut­ta­via, la po­ten­za lu­mi­no­sa si di­stri­bui­sce ra­pi­da­men­te su un’ampia area, ri­du­cen­do la por­ta­ta poiché la luce non ri­ma­ne con­cen­tra­ta.

Per con­trol­la­re que­sto ampio an­go­lo di aper­tu­ra, ven­go­no uti­liz­za­te lenti che, se ne­ces­sa­rio, fo­ca­liz­za­no o col­li­ma­no la luce. Ciò con­sen­te di ri­le­va­re og­get­ti molto pic­co­li o di au­men­ta­re no­te­vol­men­te la por­ta­ta dei cavi a fibre ot­ti­che.

Con­fron­to tra fibre ot­ti­che

Le fibre ot­ti­che in pla­sti­ca sono idea­li per il ri­le­va­men­to di og­get­ti in ap­pli­ca­zio­ni con in­gom­bro ri­dot­to. Le fibre ot­ti­che in vetro, in­ve­ce, si di­mo­stra­no ef­fi­ca­ci in con­di­zio­ni am­bien­ta­li dif­fi­ci­li con tem­pe­ra­tu­re ele­va­te e of­fro­no re­si­sten­za chi­mi­ca. Que­sti e altri van­tag­gi di que­sti ma­te­ria­li apro­no nu­me­ro­se possibilità di ap­pli­ca­zio­ne che sod­di­sfa­no le più sva­ria­te esi­gen­ze.

Cavo a fibre ot­ti­che

Tra­smis­sio­ne di luce vi­si­bi­le e luce in­fra­ros­sa
Tol­le­ran­za a fasce di tem­pe­ra­tu­ra estre­me
Adat­to per am­bien­ti in­du­stria­li cor­ro­si­vi o umidi
At­te­nua­zio­ne par­ti­co­lar­men­te bassa nella zona della luce in­fra­ros­sa
Pos­si­bi­le rot­tu­ra do­vu­ta a pie­ga­tu­ra bru­sca o ri­pe­tu­ta

Cavo a fibre ot­ti­che in pla­sti­ca

Tra­smis­sio­ne della luce vi­si­bi­le
Meno tol­le­ran­te alle fasce di tem­pe­ra­tu­ra estre­me
Non adat­to per am­bien­ti in­du­stria­li cor­ro­si­vi o umidi
At­te­nua­zio­ne par­ti­co­lar­men­te bassa nella zona della luce vi­si­bi­le
Possibilità di pie­ga­tu­re ri­pe­tu­te gra­zie all’ele­va­ta flessibilità

Fibre pa­ral­le­le

In que­sto tipo di ri­fles­sio­ne, le fibre sono pa­ral­le­le l’una all’altra per tra­smet­te­re se­gna­li lu­mi­no­si. Que­sta di­spo­si­zio­ne delle fibre è di­spo­ni­bi­le sia come fibra ot­ti­ca in pla­sti­ca che in vetro ed è uti­liz­za­ta nella mag­gior parte delle ap­pli­ca­zio­ni stan­dard.


 

Fibre coas­sia­li

Il tipo di ri­fles­sio­ne coas­sia­le è un me­to­do di mi­su­ra ad alta pre­ci­sio­ne com­po­sto da un nu­cleo (emet­ti­to­re) e un’area cir­co­stan­te (ri­ce­vi­to­re). In que­sto tipo, la di­re­zio­ne di in­gres­so dell’og­get­to da te­sta­re nel campo di mi­su­ra­zio­ne non ha al­cu­na im­por­tan­za per la po­si­zio­ne del sen­so­re a fibre ot­ti­che.

 

Fibre miste

Il tipo di ri­fles­sio­ne mista si ri­fe­ri­sce a una strut­tu­ra in fibra di vetro in cui molte fibre di tra­smis­sio­ne e ri­ce­zio­ne sono di­spo­ste senza se­pa­ra­zio­ne. La po­si­zio­ne e la di­stan­za della fibra ot­ti­ca dall’og­get­to sono meno ri­le­van­ti. L’area dell’im­ma­gi­ne è molto pic­co­la o man­can­te.

Ef­fet­to dia­me­tro della fibra / dia­me­tro del fa­scio

Più gran­de è il dia­me­tro del nu­cleo a fibre ot­ti­che, più luce può es­se­re tra­spor­ta­ta at­tra­ver­so il cavo. Ciò com­por­ta una mag­gio­re por­ta­ta e un mi­glio­re ri­co­no­sci­men­to di og­get­ti di co­lo­re nero in­ten­so. Per de­ter­mi­na­te teste a fibre ot­ti­che, come ad es. i con­dut­to­ri di luce, sono quin­di ne­ces­sa­rie più fibre e quin­di un dia­me­tro mag­gio­re.

Cosa in­di­ca il rag­gio di cur­va­tu­ra?

Il rag­gio di cur­va­tu­ra de­ter­mi­na quan­to un cavo può es­se­re pie­ga­to senza dan­neg­giar­lo o com­pro­met­te­re la qualità del se­gna­le. Se una fibra ot­ti­ca viene pie­ga­ta ec­ces­si­va­men­te, sus­si­ste il ri­schio che la guai­na in fibra nel cavo si rompa e che la luce fuo­rie­sca dall’anima della fibra ot­ti­ca. Ciò può cau­sa­re non solo un mag­gio­re smor­za­men­to, ma anche mi­cro­cre­pe nell’anima della fibra, con con­se­guen­ti danni per­ma­nen­ti. Per­tan­to, è im­por­tan­te ri­spet­ta­re il rag­gio di cur­va­tu­ra, in par­ti­co­la­re per le fibre ot­ti­che in vetro.

Come sono strut­tu­ra­te le fibre ot­ti­che?

Cavi a fibre ottiche in plastica

Cavi a fibre ottiche in vetro

Quali tipi di guai­na esi­sto­no per le fibre ot­ti­che in vetro?

Pla­sti­ca, PVC

La va­rian­te più eco­no­mi­ca. Adat­to per ap­pli­ca­zio­ni stan­dard che non ri­chie­do­no una par­ti­co­la­re re­si­sten­za agli agen­ti am­bien­ta­li.

Ac­cia­io inox

Offre la mas­si­ma pro­te­zio­ne con­tro le sol­le­ci­ta­zio­ni mec­ca­ni­che. Meno flessibilità nella posa, poiché sono ne­ces­sa­ri raggi di cur­va­tu­ra più ampi. Nes­su­na pro­te­zio­ne da gas o li­qui­di.

Si­li­co­ne

Re­si­sten­za mas­si­ma alle so­stan­ze ag­gres­si­ve. Com­ple­ta­men­te er­me­ti­co, in modo che flui­di e gas non pos­sa­no pe­ne­tra­re nella guai­na e dan­neg­gia­re le fibre ot­ti­che. Con­for­me a FDA.

Quali sono i prin­ci­pi di fun­zio­na­men­to dei sen­so­ri a fibra ot­ti­ca?

Prin­ci­pio di ta­steg­gio

Nel fun­zio­na­men­to a tasti, emet­ti­to­re e ri­ce­vi­to­re sono al­log­gia­ti in una cu­sto­dia. La luce emes­sa dall’emet­ti­to­re col­pi­sce l’og­get­to da sot­to­por­re a test e viene ri­man­da­ta al ri­ce­vi­to­re. Il ri­le­va­men­to dell’og­get­to av­vie­ne in base alla quantità di luce ri­fles­sa che rag­giun­ge il ri­ce­vi­to­re della fibra ot­ti­ca.

Prin­ci­pio bar­rie­ra uni­di­re­zio­na­le

Il mo­del­lo a fo­to­cel­lu­la è com­po­sto da un emet­ti­to­re e da un ri­ce­vi­to­re op­po­sti. Non ap­pe­na l’og­get­to di prova at­tra­ver­sa lo spa­zio tra emet­ti­to­re e ri­ce­vi­to­re, la luce della fibra ot­ti­ca viene in­ter­rot­ta. Il ri­co­no­sci­men­to av­vie­ne quin­di tra­mi­te la ri­du­zio­ne dell’intensità lu­mi­no­sa ri­ce­vu­ta.

Bar­rie­ra ca­ta­ri­fran­gen­te

Nel prin­ci­pio delle bar­rie­re ca­ta­ri­fran­gen­ti, emet­ti­to­re e ri­ce­vi­to­re si tro­va­no in una cu­sto­dia, men­tre sul lato op­po­sto viene po­si­zio­na­to un ri­flet­to­re. L’og­get­to di prova viene ri­co­no­sciu­to quan­do la luce ri­fles­sa dal ca­ta­ri­fran­gen­te viene in­ter­rot­ta com­ple­ta­men­te o ri­dot­ta. 

Con­dut­to­ri di luce

I na­stri con­dut­to­ri di luce ser­vo­no a mo­ni­to­ra­re le aree. A dif­fe­ren­za dei punti luce, che mo­ni­to­ra­no la pre­sen­za dell’og­get­to solo all’in­ter­no di un punto, i na­stri con­dut­to­ri di luce ri­le­va­no di­ver­si cen­ti­me­tri. Il sen­so­re ri­le­va l’og­get­to non ap­pe­na il se­gna­le si at­te­nua o si in­ter­rom­pe com­ple­ta­men­te.

Con­fron­to tra re­go­la­zio­ne di­na­mi­ca e ri­co­no­sci­men­to dei salti

Sia la re­go­la­zio­ne di­na­mi­ca che il ri­co­no­sci­men­to dei salti sono adat­ti per il ri­co­no­sci­men­to af­fi­da­bi­le di og­get­ti in con­di­zio­ni am­bien­ta­li va­ria­bi­li. Nella po­stre­go­la­zio­ne di­na­mi­ca viene uti­liz­za­to un va­lo­re di so­glia quasi fisso, men­tre il ri­co­no­sci­men­to dei salti non pre­ve­de alcun va­lo­re di so­glia e va­lu­ta in­ve­ce esclu­si­va­men­te le va­ria­zio­ni del se­gna­le.

Punto di com­mu­ta­zio­ne fisso

La modalità di fun­zio­na­men­to più dif­fu­sa di un sen­so­re si basa su un punto di com­mu­ta­zio­ne fisso. Du­ran­te il pro­ces­so di teach-​in, il sen­so­re de­ter­mi­na il va­lo­re di so­glia o il punto di com­mu­ta­zio­ne in base a una lo­gi­ca di teach-​in pre­de­fi­ni­ta. Nel teach-​in nor­ma­le, ad esem­pio, esso cor­ri­spon­de al 50% del se­gna­le at­tua­le. Se le con­di­zio­ni am­bien­ta­li e gli og­get­ti da ri­le­va­re sono molto co­stan­ti, la modalità di fun­zio­na­men­to con un punto di com­mu­ta­zio­ne fisso offre la mas­si­ma insensibilità ai di­stur­bi, poiché gli in­flus­si ester­ni non pos­so­no mo­di­fi­ca­re il punto di com­mu­ta­zio­ne: Se il se­gna­le è su­pe­rio­re alla so­glia im­po­sta­ta, l’usci­ta viene at­ti­va­ta; se è in­fe­rio­re, l’usci­ta ri­ma­ne inat­ti­va. Tut­ta­via, se il se­gna­le viene mo­di­fi­ca­to, ad esem­pio a causa di spor­co, pos­so­no ve­ri­fi­car­si er­ro­ri di in­ne­sto per­ma­nen­ti.

Ria­de­gua­men­to di­na­mi­co

La re­go­la­zio­ne di­na­mi­ca è par­ti­co­lar­men­te adat­ta per il prin­ci­pio di ta­steg­gio con sfon­di sta­ti­ci e per il prin­ci­pio a bar­rie­ra. Lo stato non in­se­ri­to do­vreb­be pre­va­le­re, in quan­to il va­lo­re di so­glia viene re­go­la­to solo in que­sto stato. La pre­sen­za di spor­co sulla testa della fibra ot­ti­ca o sullo sfon­do viene com­pen­sa­ta dall’adat­ta­men­to di­na­mi­co del va­lo­re di so­glia.

Ri­le­va­men­to dei salti

Per il ri­co­no­sci­men­to del salto i va­lo­ri as­so­lu­ti del se­gna­le non sono ri­le­van­ti. La di­re­zio­ne della va­ria­zio­ne del se­gna­le (ne­ga­ti­va, po­si­ti­va o en­tram­be le di­re­zio­ni), l’entità della va­ria­zio­ne e il pe­rio­do di os­ser­va­zio­ne pos­so­no in­ve­ce es­se­re con­si­de­ra­ti nella va­lu­ta­zio­ne. Ciò con­sen­te il ri­le­va­men­to di og­get­ti molto va­ria­bi­li (ad esem­pio, co­lo­re o na­tu­ra della su­per­fi­cie) su sfon­do non sta­ti­co (come un na­stro tra­spor­ta­to­re che si spor­ca len­ta­men­te) e il ri­le­va­men­to di og­get­ti senza ap­pren­di­men­to pre­li­mi­na­re (ad esem­pio, con lotti va­ria­bi­li).

Pa­no­ra­mi­ca delle teste delle fibre ot­ti­che

An­go­lo

Le teste del sen­so­re an­go­la­te sono idea­li per spazi ri­stret­ti in cui l’asse ot­ti­co e l’usci­ta cavo de­vo­no es­se­re orien­ta­ti in modo di­ver­so. Gra­zie alla fi­let­ta­tu­ra, le teste dei sen­so­ri pos­so­no es­se­re fa­cil­men­te av­vi­ta­te nei fori pre­di­spo­sti o fis­sa­te a un an­go­lo o a una la­mie­ra con due dadi.

Tipo a L

Il tipo L con­sen­te un fa­ci­le mon­tag­gio con due viti e offre po­si­zio­ni pre­de­fi­ni­te degli assi ot­ti­ci. Gra­zie all’ampio an­go­lo di aper­tu­ra delle fibre ot­ti­che non è ne­ces­sa­rio un al­li­nea­men­to esat­to.
 

Piat­to

Le teste dei sen­so­ri piat­te si in­te­gra­no fa­cil­men­te nel fondo del por­ta­pez­zi. La flessibilità dell’usci­ta cavo sulla testa del sen­so­re con­sen­te una fa­ci­le posa del cavo verso si­ni­stra, de­stra o die­tro.

Pie­ghe­vo­le

La sonda me­tal­li­ca sot­ti­le e lunga può es­se­re adat­ta­ta alle esi­gen­ze spe­ci­fi­che della ri­spet­ti­va ap­pli­ca­zio­ne con una sem­pli­ce pie­ga­tu­ra.

Con­dut­to­ri di luce

I na­stri a con­du­zio­ne di luce ba­sa­ti sul prin­ci­pio della bar­rie­ra uni­di­re­zio­na­le sono idea­li per il mo­ni­to­rag­gio di ampie aree. I na­stri con­dut­to­ri di luce a con­tat­to, in­ve­ce, sono par­ti­co­lar­men­te ef­fi­ca­ci nel ri­co­no­sci­men­to di og­get­ti ete­ro­ge­nei e pos­so­no es­se­re uti­liz­za­ti anche per ap­pli­ca­zio­ni di mi­su­ra gra­zie alla va­lu­ta­zio­ne della luce ri­fles­sa.

Mi­nia­tu­ra

Le teste dei sen­so­ri in for­ma­to mi­nia­tu­riz­za­to sono par­ti­co­lar­men­te adat­te per ap­pli­ca­zio­ni in spazi ri­stret­ti.

Fi­let­ta­tu­ra

Le teste dei sen­so­ri fi­let­ta­te con­sen­to­no un’in­stal­la­zio­ne ra­pi­da e sem­pli­ce. Pos­so­no es­se­re av­vi­ta­te di­ret­ta­men­te nei fori pre­fo­ra­ti o fis­sa­te a an­go­la­ri o la­mie­re con l’au­si­lio di due dadi.

Li­scia

Le teste del sen­so­re lisce sono idea­li per l’uso in spazi ri­stret­ti e pos­so­no es­se­re in­se­ri­te o in­col­la­te in staf­fe di mon­tag­gio pre­fab­bri­ca­te.

Que­sto deve es­se­re os­ser­va­to quan­do si in­stal­la­no i sen­so­ri a fibra ot­ti­ca

Per ga­ran­ti­re un ri­co­no­sci­men­to dell’og­get­to af­fi­da­bi­le e dati di mi­su­ra­zio­ne pre­ci­si, è ne­ces­sa­rio os­ser­va­re le se­guen­ti av­ver­ten­ze du­ran­te il mon­tag­gio del sen­so­re.

Lun­ghez­ze e tagli

Le fibre ot­ti­che sono di­spo­ni­bi­li in di­ver­se lun­ghez­ze. Le fibre ot­ti­che in pla­sti­ca pos­so­no es­se­re ta­glia­te a mi­su­ra dal clien­te, le fibre ot­ti­che in vetro solo per uso in­du­stria­le, poiché dopo il ta­glio de­vo­no es­se­re ret­ti­fi­ca­te e lu­ci­da­te. La lun­ghez­za in­flui­sce poco sulla por­ta­ta, ma le fibre ot­ti­che più lun­ghe la­scia­no pas­sa­re meno luce.


Sug­ge­ri­men­to: Se­le­zio­na­re la fibra ot­ti­ca ido­nea.

Por­ta­ta

A causa dell’ampio an­go­lo di aper­tu­ra, le fibre ot­ti­che hanno solo una por­ta­ta ri­dot­ta. Lun­ghez­ze di por­ta­ta mag­gio­ri pos­so­no es­se­re ot­te­nu­te con fasci di fibre/dia­me­tri del nu­cleo più gran­di o con lenti che fo­ca­liz­za­no la luce.


Sug­ge­ri­men­to: Uti­liz­za­re la fibra ot­ti­ca pre­va­len­te­men­te per brevi di­stan­ze di por­ta­ta e per il ri­co­no­sci­men­to di pic­co­li pezzi.

Rag­gio di pie­ga­tu­ra

Le fibre ot­ti­che sono fles­si­bi­li, ma è ne­ces­sa­rio ri­spet­ta­re raggi di cur­va­tu­ra mi­ni­mi per evi­ta­re danni e per­di­te di luce. Il cavo a fibre ot­ti­che in pla­sti­ca High-​Flex è adat­to per raggi di cur­va­tu­ra stret­ti o in­stal­la­zio­ni mo­bi­li. In linea di mas­si­ma vale: I dia­me­tri più pic­co­li con­sen­to­no raggi di cur­va­tu­ra più pic­co­li.

Sug­ge­ri­men­to: Mon­tag­gio di cavi a fibre ot­ti­che High-​Flex.

Tem­pe­ra­tu­ra

Le fibre ot­ti­che in pla­sti­ca e in vetro si dif­fe­ren­zia­no per la loro re­si­sten­za alla tem­pe­ra­tu­ra. Per tem­pe­ra­tu­re su­pe­rio­ri a 85 °C, uti­liz­za­re fibre ot­ti­che con guai­na in ac­cia­io inos­si­da­bi­le o si­li­co­ne.

Sug­ge­ri­men­to: Gra­zie alle lun­ghez­ze per­so­na­liz­za­te, la cen­tra­li­na di ana­li­si può es­se­re po­si­zio­na­ta anche nel­l'ar­ma­dio elet­tri­co.

Al­li­nea­men­to del ta­steg­gio

Con il prin­ci­pio di ta­steg­gio, l’emet­ti­to­re e il ri­ce­vi­to­re de­vo­no es­se­re in­stal­la­ti ad un an­go­lo di 90° ri­spet­to all’og­get­to da te­sta­re in caso di av­vi­ci­na­men­to la­te­ra­le, per ga­ran­ti­re un com­por­ta­men­to di in­se­ri­men­to e di­sin­se­ri­men­to uni­for­me.

Sug­ge­ri­men­to: Un al­li­nea­men­to pla­na­re ri­spet­to all’og­get­to pro­du­ce un off­set con ac­cen­sio­ne e spe­gni­men­to ri­tar­da­ti.

Cavo con emet­ti­to­re de­di­ca­to

Per le teste delle fibre ot­ti­che con emis­sio­ne lu­mi­no­sa coas­sia­le e per de­ter­mi­na­te linee ot­ti­che è as­so­lu­ta­men­te ne­ces­sa­rio pre­sta­re at­ten­zio­ne alla cor­ret­ta as­se­gna­zio­ne dell’emet­ti­to­re sulla testa della fibra ot­ti­ca all’emet­ti­to­re sull’am­pli­fi­ca­to­re.

Sug­ge­ri­men­to: Gli am­pli­fi­ca­to­ri sono con­tras­se­gna­ti con frec­ce.

Settori e industrie in cui vengono utilizzati i sensori a fibra ottica

Nella rea­liz­za­zio­ne di pro­fi­li in me­tal­lo è ne­ces­sa­rio ri­le­va­re la pre­sen­za e le di­men­sio­ni degli og­get­ti prima di fis­sa­re un di­spo­si­ti­vo di ser­rag­gio. I pro­fi­li pos­so­no es­se­re nero, bian­co, cro­ma­to, lu­ci­do o opaco. In spazi an­gu­sti ven­go­no uti­liz­za­te bar­rie­re fo­toe­let­tri­che in vetro che fun­zio­na­no se­con­do il prin­ci­pio emettitore-​ricevitore, in­sie­me a un sen­so­re uni­ver­sa­le. Le fibre ot­ti­che sono al­li­nea­te una di fron­te all’altra in modo da for­ma­re una linea ot­ti­ca. Viene mi­su­ra­ta la lar­ghez­za e il se­gna­le li­nea­re viene emes­so pro­por­zio­nal­men­te alla co­per­tu­ra in fibra di vetro per de­ter­mi­na­re la po­si­zio­ne cor­ret­ta.

Quali og­get­ti non ven­go­no ri­co­no­sciu­ti bene dai sen­so­ri a fibra ot­ti­ca?

  • L’acqua e altri li­qui­di lim­pi­di che as­sor­bo­no for­te­men­te la luce o ne mo­di­fi­ca­no il per­cor­so at­tra­ver­so la ri­fra­zio­ne pos­so­no cau­sa­re mi­su­ra­zio­ni im­pre­ci­se.
  • Gli og­get­ti al­ta­men­te tra­spa­ren­ti, come il vetro tra­spa­ren­te, che la­scia­no pas­sa­re tutta la luce senza ri­flet­ter­la, ren­do­no più dif­fi­ci­le la ri­ve­la­zio­ne.
  • Gli og­get­ti di co­lo­re nero in­ten­so che as­sor­bo­no molto la luce in­ci­den­te e la ri­flet­to­no scar­sa­men­te o non la ri­flet­to­no af­fat­to osta­co­la­no il ri­tor­no del se­gna­le al sen­so­re.
  • Og­get­ti molto lu­ci­di che ri­flet­to­no la luce in di­re­zio­ni im­pre­ve­di­bi­li im­pe­di­sco­no un ri­co­no­sci­men­to dell’og­get­to pre­ci­so.
     
 

 
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