¿Qué son los sensores de fibra óptica?
¿Cómo funcionan los sensores de fibra óptica?
Básicamente, los sensores de fibra óptica miden diferentes magnitudes de la luz, como la longitud de onda y la intensidad, para derivar de ellas otros valores de medición. En la automatización industrial, a menudo se utiliza el principio energético. Para ello, el emisor (normalmente una fuente de luz LED) acopla la luz en una fibra óptica. En el extremo de la fibra óptica, la luz sale y choca con un objeto que la refleja (modo réflex/principio de reflexión) o es captada directamente por un receptor (principio de barrera unidireccional). A continuación, la luz devuelta es conducida al módulo de análisis, donde un fotodiodo mide la cantidad de luz recibida. El sistema electrónico compara constantemente esta cantidad de luz con un valor umbral determinado y conmuta la salida del sensor convenientemente.
¿Cuáles son las ventajas de los sensores de fibra óptica?
Instalación flexible
Elevada seguridad de funcionamiento
Compatibilidad electromagnética
Fibra óptica frente a sistemas fotoeléctricos pequeños: Visión general de las tecnologías
| Fibra óptica | Sistema fotoeléctrico pequeño | |
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| Alcance de medición |
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| Temperatura ambiente |
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| Coste del montaje |  |
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| Detección de objetos transparentes |
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| Detección de piezas muy pequeñas | |
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| Flexibilidad e individualización | |
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Alcance de medición
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Temperatura ambiente
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Coste del montaje
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Detección de objetos transparentes
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Detección de piezas muy pequeñas
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Flexibilidad e individualización
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¿Qué son los amplificadores de cable de fibra óptica?
Los amplificadores de cable de fibra óptica, también conocidos como amplificadores ópticos, son componentes que amplifican las señales en los sistemas de comunicación óptica y desempeñan un papel central en la comunicación por fibra óptica. En este aspecto, aumentan el alcance de transmisión.
En el contexto de la automatización industrial, los amplificadores de cables de fibra óptica son sensores que utilizan cables de fibra óptica, de vidrio o de plástico, para medir diferentes magnitudes físicas, como la presión, la temperatura, la dilatación y la presencia o posición de objetos. Aprovechan la capacidad de los cables de fibra óptica para transmitir luz y, al mismo tiempo, registran cambios en el espectro o en la cantidad de luz.
¿Qué se entiende por unidad adaptable?
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
Parallele Fasern
Koaxiale Fasern
Gemischte Fasern
Effekt Faserduchmesser / -bündeldurchmesser
Was sagt der Biegeradius aus?
Wie sind Lichtleiter aufgebaut?
Kunststofflichtleitkabel
Glasfaserlichtleitkabel
Welche Mantelarten für Glasfaserlichtleiter gibt es?
Kunststoff PVC
Edelstahl
Silikon
Welche Funktionsprinzipien von faseroptischen Sensoren gibt es?
Tastprinzip
Beim tastenden Betrieb sind Sender und Empfänger in einem Gehäuse untergebracht. Dabei trifft das vom Sender ausgesendete Licht auf das Prüfobjekt und wird zum Empfänger zurückgesendet. Die Detektion des Objekts erfolgt anhand der reflektierten Lichtmenge, die den Empfänger des Lichtleiters erreicht.
Schrankenprinzip
Das Lichtschrankenmodell besteht aus einem Sender und einem Empfänger, die sich gegenüber stehen. Sobald das Prüfobjekt den Raum zwischen Sender und Empfänger durchläuft, wird das Licht des Lichtleiters unterbrochen. Die Erkennung erfolgt anschließend durch die Abnahme der empfangenen Lichtintensität.
Spiegelreflexschranke
Beim Spiegelreflexschrankenprinzip befinden sich Sender und Empfänger in einem Gehäuse, während auf der gegenüberliegenden Seite ein Reflektor positioniert wird. Das Prüfobjekt wird erkannt, wenn das vom Reflektor zurück reflektierte Licht entweder vollständig unterbrochen oder reduziert wird.
Lichtleitbänder
Lichtleitbänder dienen der Überwachung von Bereichen. Im Gegensatz zu punktförmigen Lichtflecken, die nur innerhalb eines Punktes die Objektanwesenheit überwachen, erfassen Lichtleitbänder mehrere Zentimeter. Der Sensor erkennt das Objekt, sobald das Signal abgeschwächt oder vollständig unterbrochen wird.Dynamische Nachregelung und Sprungerkennung im Vergleich
Sowohl die dynamische Nachregelung als auch die Sprungerkennung eignen sich zur zuverlässigen Erkennung von Objekten unter wechselnden Umweltbedingungen. Bei der dynamischen Nachregelung wird ein quasi-fester Schwellwert verwendet, während die Sprungerkennung ohne Schwellwert auskommt und stattdessen ausschließlich Signaländerungen auswertet.
Fester Schaltpunkt
Der am weitesten verbreitete Betriebsmodus eines Sensors basiert auf einem festen Schaltpunkt. Dabei legt der Sensor gemäß einer vorgegebenen Teach-Logik während des Teach-in-Prozesses den Schwellwert bzw. den Schaltpunkt fest. Beim Normal-Teach entspricht dieser beispielsweise 50 % des aktuellen Signals. Sind die Umgebungsbedingungen sowie die zu detektierenden Objekte sehr konstant, bietet der Betriebsmodus mit einem festen Schaltpunkt die höchste Unempfindlichkeit gegenüber Störungen, da äußere Einflüsse den Schaltpunkt nicht verändern können: Liegt das Signal über dem festgelegten Schwellwert, wird der Ausgang aktiviert; liegt es darunter, bleibt der Ausgang inaktiv. Sollte das Signal etwa durch Verschmutzung verändert werden, kann es jedoch zu dauerhaften Fehlschaltungen kommen.
Dynamische Nachregelung
Sprungerkennung
Übersicht Lichtleiterköpfe
Gewinkelt
Gewinkelte Sensorköpfe sind ideal für enge Platzverhältnisse, bei denen die optische Achse und der Kabelabgang unterschiedlich ausgerichtet sein müssen. Dank des Gewindes können die Sensorköpfe leicht in vorbereitete Öffnungen eingeschraubt oder mit zwei Muttern an einem Winkel oder Blech befestigt werden.
L-Typ
Flach
Biegbar
Lichtleitbänder
Lichtleitbänder im Einwegschranken-Prinzip sind ideal zur Überwachung großer Bereiche geeignet. Tastende Lichtleitbänder hingegen sind besonders effektiv bei der Erkennung heterogener Objekte und können durch die Auswertung des zurückgestrahlten Lichts auch für messende Anwendungen genutzt werden.
Miniatur
Sensorköpfe im Miniaturformat sind insbesondere für Anwendungen unter den beengtesten Platzverhältnissen geeignet.
Gewinde
Glatt
Das ist beim Einbau von faseroptischen Sensoren zu beachten
Länge und Ablängen
Lichtleiter sind in verschiedenen Längen verfügbar. Kunststofflichtleiter können kundenseitig zugeschnitten werden, Glaslichtleiter nur industriell, da sie nach dem Schnitt geschliffen und poliert werden müssen. Die Länge beeinflusst die Tastweite kaum, aber längere Lichtleiter lassen weniger Licht durch.
Tipp: Lichtleiter aus Glasfaser passend auswählen.
Tastweite
Lichtleiter haben aufgrund des großen Öffnungswinkels nur geringe Tastweiten. Höhere Tastweiten können durch größere Faserbündel-/ Kerndurchmesser oder durch Linsen erreicht werden, die das Licht fokussieren.
Tipp: Lichtleiter vorwiegend für kurze Reichweiten und die Erkennung von Kleinstteilen verwenden.
Biegeradius
Lichtleiter sind flexibel, aber minimale Biegeradien müssen eingehalten werden, um Schäden und Lichtverluste zu vermeiden. High-Flex Kunststofflichtleitkabel eignen sich für enge Biegeradien oder bewegte Montagen. Generell gilt: Kleinere Durchmesser erlauben geringere Biegeradien.
Tipp: Montage von High-Flex Lichtleitkabeln.
Temperatur
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.
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