En esta pequeña serie de artículos, vamos a abordar conceptos básicos relativos a los sensores fotoeléctricos. Vamos a empezar por los siguientes puntos:
- Conceptos básicos
- Formatos de sensores
1. Conceptos básicos
Los sensores fotoeléctricos son aquellos sensores cuyo funcionamiento está basado en la emisión de un haz de luz y la recepción de este haz por un elemento fotosensible.
Tiene varias partes diferenciadas, en las que se encuentran:
- Emisor: Parte encargada de generar el haz de luz
- Receptor: Encargado de captar la señal del emisor (generalmente un fototransistor o fotodiodo)
- Lentes: Diseñadas para alterar los campos de visión de los diferentes elementos, como, por ejemplo, para enfocarlos más.
- Circuito de salida: Se encarga del envío de la señal.
El efecto de las lentes en los sensores al modificar el campo de visión puede ser, por ejemplo, modificar el alcance:
Como parámetros importantes en sensores ópticos, podemos destacar:
- Sensibilidad: relación entre la señal de salida y la variable medida [V/m]
- Resolución: el cambio más pequeño que se puede detectar en la medida.
- Rango de medida: dominio en la magnitud de la medida.
- Precisión: error de medida máximo esperado.
- Offset: desviación de cero. Valor de la salida cuando la magnitud medida es nula.
- Linealidad: cómo de recta es la respuesta de la salida respecto a la entrada.
- Velocidad de respuesta: cuánto tarda la salida en reflejar cambios de la variable. Puede ser fijo o variable.
- Derivas: Influencia de otras variables diferentes de la medida. Deriva térmica, por ejemplo.
- Tamaño del spot: diámetro que tiene el haz lumínico.
- Resolución: el cambio más pequeño que se puede detectar en la medida.
- Precisión: error de medida máximo esperado.
- Repetitividad: error esperado al repetir varias veces la misma medida.
Los conceptos de resolución, precisión y repetitividad pueden ser un poco confusos, pero el siguiente gráfico puede ilustrar con más claridad estos conceptos:
El tamaño de los puntos representa la resolución. Cuanto más pequeño, más resolución. Lo cerca que están los puntos del centro de la diana representa la precisión (ya que el centro es la medida real, y la posición de punto es la medida que ha efectuado el sensor). Por último, lo cerca que están los puntos iguales entre sí representa la repetibilidad, ya que cada sensor ha efectuado tres medidas en las mismas condiciones.
El sensor del punto negro tiene buena resolución por ser su tamaño pequeño (es capaz de medir 1mm, por ejemplo), es preciso porque sus mediciones se acercan mucho al centro de la diana (ha medido 50mm y la distancia real son 49mm, por ejemplo), y la repetibilidad también es buena (ha medido prácticamente lo mismo en las tres repeticiones de la medición). Siguiendo esta lógica, podemos entender los resultados en resolución, precisión y repetibilidad de los otros 3 sensores.
En las fichas técnicas pueden consultarte estos parámetros:
También hay habitualmente gráficas que relacionan diferentes parámetros con la distancia al objeto, como por ejemplo la linealidad, el tamaño del spot o punto de luz, y la repetibilidad:
2. Formatos en sensores ópticos
Existen diferentes formatos en sensores fotoeléctricos, según su configuración de emisor y receptor, y también según el formato. Atendiendo a la ubicación del emisor y el receptor, podemos establecer la siguiente clasificación:
- Configuración en barrera:
El emisor se sitúa frente al receptor. El receptor recibe la señal del emisor, excepto cuando se coloca un objeto entre ellos.
- Retroreflectivo (con espejo):
El emisor y el receptor se encuentran en el mismo cuerpo. Se coloca un espejo frente al emisor que refleja el haz lumínico hacia el receptor.
El funcionamiento es similar al de barrera, cuando situamos un objeto entre en sensor y el espejo, se obstaculiza la señal y el receptor no recibe la señal.
- Autoreflexivo o reflexión difusa:
Todos los componentes se encuentran en el mismo cuerpo. En este caso, el haz rebota sobre el objeto y lo retorna al receptor. El funcionamiento es inverso a los anteriores, el receptor recibe el haz solo cuando hay objeto.
Si nos fijamos en los formatos físicos de los sensores, encontramos los siguientes tipos:
- Sensor de horquilla: incorporan emisor y receptor en lados opuestos de su estructura, de modo que detectan los objetos que interrumpan el haz lumínico que viaja de un lado de la horquilla al otro.
- Sensor cilíndrico o de métrica: Son los que como su propio nombre indica, tienen forma de cilindro, ya sea con rosca incorporada o no. En el primer caso, el número que sigue a la M nos informa del diámetro del cilindro (por ejemplo, un sensor M30 es un sensor cilíndrico de métrica 30, es decir, de 30mm de diámetro). Si el sensor no incluye rosca, se indica simplemente su diámetro en mm.
- Sensor de petaca: Tienen forma de paralelepípedo rectangular, y pueden tener diferentes tamaños. Sensopart incluye en su catálogo los siguientes:
Y con esta clasificación, finalizamos esta primera parte sobre aspectos básicos de sensores fotoeléctricos, y continuaremos en una siguiente entrega, donde trataremos, por ejemplo, los tipos de señales que pueden proporcionarnos este tipo de sensores.
