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In questa guida spieghiamo quali sono le caratteristiche di un sensore fotoelettrico e vediamo quali risultano essere i prezzi dei vari prodotti.
Come noto, la luce è una forma di radiazione elettromagnetica, che si propaga tramite onde in tutte le direzioni dell’universo.
Tutti gli oggetti possono ricevere, assorbire o irradiare queste onde, che presentano un campo continuo di frequenze. Le velocità di propagazione delle onde elettromagnetiche e della luce sono uguali; nel vuoto, tale velocità è di 299.793 km/s.
La frequenza corrisponde al numero di creste d’onda che attraversano un certo punto in un secondo.
La lunghezza d’onda è invece la distanza tra la cresta di un’onda e la cresta dell’onda successiva.
Tra la frequenza e la lunghezza d’onda esiste quindi una relazione di proporzionalità inversa: minore è la lunghezza d’onda, maggiore è la frequenza.
Per semplificarne la distinzione, i diversi tipi di radiazioni possono essere classificati in base alla loro lunghezza d’onda.
La luce visibile è la parte dello spettro elettromagnetico percepibile con il nostro senso della vista. La sua lunghezza d’onda è compresa tra 4000 Angstrom (luce violetta) e 8000 Angstrom (luce rossa). Un Angstrom (Å)equivale a 10-10 metri, cioè un decimo di miliardesimo di metro.
La radiazione ottica è la radiazione elettromagnetica la cui lunghezza d’onda è compresa fra 10 nm e 1 mm. Essa si divide in 3 parti principali
-radiazione ultravioletta, UV;
-radiazione visibile, luce;
-radiazione infrarossa, IR.
Principio di funzionamento
I sensori fotoelettrici (fotocellule) interagiscono con l’ambiente in base ad alcune variabili fondamentali: la lunghezza d’onda dell’energia, l’interazione con la struttura atomica del materiale, la superficie del materiale con la quale l’energia interagisce e l’angolo di incidenza fra l’energia e il materiale interagente.
Tali interazioni sono chiamate trasmissione, assorbimento, riflessione, dispersione e rifrazione.
Complessivamente, tutti questi effetti provocano un’attenuazione della luce o della radiazione ottica.
La permeabilità alle radiazioni di un materiale è chiamata trasmissione. Il vuoto è assolutamente permeabile alle radiazioni. Al contrario, ogni sostanza solida, liquida o gassosa assorbe radiazioni.
L’energia trasmessa è l’energia che raggiunge il rivelatore. Essa viene espressa come la percentuale di energia che raggiunge il rivelatore rispetto all’energia che lo raggiungerebbe nel vuoto.
La trasformazione della radiazione ottica in un’altra distribuzione spettrale o energia è chiamata assorbimento. Raramente la luce ambientale è sufficiente per eccitare il rivelatore. Se ciò si verifica, è possibile disporre un filtro direttamente davanti al rivelatore.
Il processo di riemissione (restituzione) della luce in tutte le direzioni possibili, anche verso la sorgente di radiazioni, è chiamato riflessione.
La riflettenza di una superficie è normalmente espressa come la percentuale di energia riemessa rispetto all’energia incidente.
Nel rilevamento fotoelettrico sono utilizzati due tipi di riflessione: la riflessione speculare e diffusa.
La riflessione speculare si verifica quando la luce è incidente ad una superficie ed è riflessa in modo tale che l’angolo di riflessione è uguale all’angolo di incidenza.
Il rapporto fra l’energia riflessa e l’energia incidente è chiamato fattore di riflessione (R) o riflettività.
Il fattore di riflessione delle superfici metalliche lucide è molto elevato; per esempio, l’argento riflette oltre il 90%.
Anche gli oggetti trasparenti riflettono sempre una certa parte della luce incidente. Il vetro, per esempio, riflette circa il 4% una incidenza verticale.
Quando la luce colpisce una superficie ruvida, viene riflessa in molte direzioni; possiamo dire che la riflessione è diffusa.
Per rilevare una riflessione diffusa, il rivelatore dovrebbe essere normalmente disposto in modo perpendicolare alla superficie riflettente. In tale posizione, riceverà il massimo segnale diffuso possibile.
Una deviazione della luce dalla direzione iniziale del fascio luminoso nello stesso mezzo è chiamata dispersione.
Il grado di dispersione dipende dalla lunghezza d’onda della sorgente luminosa, dalle dimensioni e dal tipo di particelle incontrate nel mezzo.
Infine, quando dei raggi di luce inclinati colpiscono la superficie di separazione fra due mezzi trasparenti diversi, per esempio l’aria e il vetro, essi sono in parte riflessi, mentre gli altri penetrano nel vetro. I raggi penetranti sono deviati dalla direzione iniziale; i raggi sono rifratti.
Quando la luce incidente è perpendicolare alla superficie di separazione, non avviene alcuna rifrazione.
La rifrazione aumenta quando l’angolo di incidenza diventa più ampio rispetto alla perpendicolare della superficie di separazione.
Tipi di fotocellule
Il principio di rilevamento nei sistemi fotoelettrici consiste nel fare in modo che un ricevitore veda l’energia proveniente da una particolare sorgente; ostruendo tale energia, si impedisce al ricevitore di vederla.
Il principio di funzionamento della fotocellula consiste nel rilevamento di oggetti utilizzando le variazioni che si verificano nella quantità di luce incidente sul ricevitore quando gli oggetti intercettano il percorso della luce.
Nel seguito, discuteremo i principali metodi con i quali un sensore fotoelettrico può rivelare degli oggetti.
Fondamentalmente, le fotocellule possono essere divise in quattro tipi base, in funzione della relazione posizionale fra l’oggetto da rilevare e la luce
-a sbarramento
-a riflessione
-reflex
-a riflessione definita.
Nella fotocellula a sbarramento, la sorgente e il rivelatore sono montati su lati opposti rispetto al punto nel quale l’oggetto deve essere rilevato.
Il rilevamento ha luogo quando un oggetto interrompe il flusso di energia fra la sorgente e il rivelatore.
La fotocellula a sbarramento offre il metodo di rilevamento più sicuro.
La fotocellula a riflessione contiene entrambe le funzioni sorgente e ricevitore nella stessa custodia. La sorgente e il ricevitore sono montati sullo stesso lato rispetto all’oggetto da rilevare.
L’energia emessa dalla sorgente viene diretta su un catarifrangente. Il catarifrangente rimanda il fascio verso la sua sorgente dopo la riflessione su una superficie speculare prismatica a 90°.
Il rilevamento ha luogo quando un oggetto interrompe il fascio luminoso emesso o il fascio luminoso di ritorno fra il sensore e il catarifrangente.
Questo sistema permette di risparmiare spazio di installazione e lavoro di cablaggio per il lato opposto del sensore, ora sostituito da un catarifrangente.
La fotocellula reflex ha una struttura base uguale a quella della fotocellula a riflessione. Per il rilevamento reflex (a riflessione diffusa), la sorgente e il ricevitore sono montati sullo stesso lato dell’oggetto da rilevare; questo tipo di fotocellula, tuttavia, rileva il fascio luminoso direttamente riflesso dallo stesso oggetto. Non è quindi necessario l’uso di un catarifrangente.
Il rilevamento avviene quando una parte sufficiente del fascio luminoso viene riflessa dall’oggetto rilevato al ricevitore.
Nella fotocellula a riflessione definita, la struttura base e il modo di rilevamento sono uguali a quelli del modello reflex, ma il fascio luminoso sorgente e il campo visivo del rivelatore sono focalizzati su un punto comune specifico. L’oggetto da rilevare deve essere in quella posizione specifica per riflettere una quantità di luce sufficiente verso il ricevitore.
Sistemi ottici delle fotocellule
Vediamo come l’ottica viene utilizzata per ottenere il funzionamento desiderato nei principali tipi di fotocellule.
Nelle fotocellule a sbarramento, la sorgente luminosa emette una luce pulsante modulata da un circuito oscillatore. Il tipo di luce emessa dipende dall’elemento utilizzato (Led a infrarossi, verde o rosso, lampada a incandescenza o diodo laser).
La luce emessa attraversa una lente convessa; per ottenere un fascio luminoso parallelo, l’elemento ad emissione luminosa è disposto alla distanza focale (f) della lente.
Poiché nessun elemento ad emissione luminosa irradia da un punto assoluto, esiste in pratica un fascio luminoso leggermente divergente, quindi alcuni dei raggi emessi sono leggermente convergenti. La lente convessa del ricevitore concentra nel suo punto focale la luce emessa dalla sorgente luminosa. Pertanto, l’elemento ricevitore viene disposto alla distanza focale, dove si ottiene la massima intensità luminosa. L’elemento ricevitore converte il segnale luminoso in un segnale elettrico.
Un filtro speciale impedisce alle interferenze luminose esterne di penetrare nell’elemento ricevitore. Tale filtro è adattato allo spettro della sorgente luminosa utilizzata; esso blocca la luce avente uno spettro diverso. La fessura disposta tra il filtro e l’elemento ricevitore, limita l’angolo direzionale di osservazione; in questo modo impedisce gli errori dovuti ad altre sorgenti luminose, diminuendo nello stesso tempo le interferenze luminose esterne.
Sensori Fotoelettrici più Venduti
Nella tabella che segue è possibile trovare informazioni sui prezzi dei sensori fotoelettrici in vendita online.
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