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Sensores Opticos

INTEGRANTES: JOSE LUIS MORALES VELAZQUEZ, DONATO AQUINO BARRIOS, JUDITH HUERTA BARRADAS
by

Jose morales

on 17 May 2015

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Transcript of Sensores Opticos

FUNCIONES DE SENSORES OPTICOS
Sensor Óptico por difusión
Sensor óptico reflectivo
Distancia sensora nominal
Espejo prismático
Sensor de nivel óptico OPT
El tiempo de respuesta es el lapso de tiempo que transcurre desde que el objeto está presente hasta que la salida se energiza o el tiempo desde que el objeto desaparece y la salida se desactiva. Este va desde unos 30 s hasta unos 30 ms de pendiendo de que tipo de salida tenga el detector, las salidas en DC tienen tiempos de respuesta más cortos que las salidas en AC.
La histéresis de un sensor fotoeléctrico es la diferencia entre la distancia en la que se puede detectar un objeto a medida que se mueve hacia el sensor y la distancia que se tiene que mover en dirección opuesta al sensor para que deje de ser detectado
Este es un parámetro dado por el fabricante y se refiere a:
• La distancia entre el emisor y el receptor en los sensores de haz transmitido.
• La distancia entre el emisor/receptor y el reflector en los sensores reflexivo.
• La distancia entre el emisor/receptor y el objeto en los sensores difusos.
La distancia máxima viene dada para un margen de 1x y en la práctica es ligeramente mayor a la que especifica el fabricante.

La mayoría de los sensores reflexivos y difusos tienen un área ciega dentro del cual no pueden detectar, como se puede observar en la figura 16 existe una región entre el detector y la distancia mínima de detección en la cual si un objeto se ubica o bien el haz de luz no lo toca, o bien el haz reflejado no llega al receptor.
Muestra cuanto vale el margen según la distancia de detección. La figura 17 muestra una gráfica para un sensor reflexivo que tiene como reflector papel blanco, el margen operativo se obtiene interceptando la distancia a la cual se encuentra el papel blanco del detector con la curva, por ejemplo para una distancia de operación de 100 mm se obtiene un margen de 80.
En la mayoría de sensores fotoeléctricos, el haz de luz proveniente de la fuente de luz y el área de detección al frente del receptor se proyecta en dirección opuesta al sensor en una forma cónica. El campo de visión es una medida (en grados) de esta área cónica.
CARACTERÍSITCAS DE SENSORES ÓPTICOS
¿Que es un sensor óptico?

Los sensores ópticos son todos aquellos que detectan diferentes factores a través de un lente óptico y su funcionamiento se basa en la emisión de un haz de luz que es interrumpido o reflejado por el objeto a detectar.


Instituto Tecnólogico Superior de Xalapa
Integrantes:

Aquino Barrios Donato.
Huerta Barradas Judith.
Morales Velázque José Luis.
Sensores Ópticos
Tema:
Un sensor es un dispositivo capaz de registrar de forma directa, continua y reversible (en tiempo real) un parámetro físico o la concentración de una especie química.


Características de un sensor:

Rango de medida, precisión, offset (desviación de cero), linealidad (correlación lineal), sensibilidad, resolución, rapidez de respuesta, derivas, repetitividad.
TIPOS DE SENSORES OPTICOS
El transmisor y el receptor están en unidades distintas y deben ser dispuestos uno frente al otro, de modo que el receptor pueda constantemente recibir la luz procedente del transmisor. El accionamiento de salida ocurrirá cuando el objeto a ser detectado interrumpe la faja de luz.
Distancia Sensora Nominal
La distancia Sensora nominal (Sn) para el sistema por barrera es especificada como siendo la máxima distancia entre el transmisor y el receptor, lo que no impide al conjunto operar a distancias menores. Disponibles para distancias de hasta 150m.
Dimensión mínima del objeto
Cuando un objeto posee dimensiones menores que las mínimas recomendadas, la faja de luz contorna al objeto y engaña al receptor que no causa su accionamiento. En estos casos se debe utilizar sensores con distancia sensora menor y consecuentemente permitir la detección de objetos menores.
En este Sistema el transmisor o receptor son montados en una misma unidad. Siendo que el acontecimiento de salida ocurre cuando el objeto a ser detectado entra en la región de sensibilidad y refleja para el receptor la faja de luz emitida por el transmisor.
Distancia Sensora Nominal
La distancia sensora nominal en el sistema por difusión es la máxima entre el sensor y el objeto patrón.
Objeto Patrón
El objeto patrón en el caso de los sensores por difusión es una hoja de papel fotográfico blanco con un índice de reflectividad del 90 %, con dimensiones especificadas por cada modelo de sensor. Utilizado durante la fabricación para la calibración de la distancia sensora nominal (Sn).
Sensor óptico por difusión
Distancia sensora efectiva
Valor influenciado para la fabricación y considera las variaciones causadas por la temperatura de operación.
Distancia sensora operacional
Para los modelos de tipo fotosensor existen varios factores que influencian el valor de la distancia sensora Operacional (Sa), explicados por las leyes de reflexión de la luz en la física. As = 0.81.Sn.F (color, material, rugosidad, otros).
Este sistema representa al transmisor y al receptor como una única unidad. La faja de luz llega al receptor solamente después de ser reflejado por un espejo prismático, y el accionamiento de salida ocurrirá cuando el objeto a ser detectado interrumpe esa faja de luz.
Sensor óptico por barrera
La distancia sensora nominal (Sn) para el sistema reflectivo es especificada como siendo la máxima distancia entre el sensor y el espejo prismático, es posible montarlo a una distancia menor. Disponible para hasta 6m.
El espejo prismático permite que la faja de luz refractado para el receptor sea paralelo a la faja transmitida por el transmisor, debido a sus superficies inclinadas a 45 °, lo que no ocurre cuando la luz es reflejada directamente por un objeto donde la luz se repele en varios ángulos.
La distancia sensora para los modelos reflectivos es una función del tamaño (área de reflexión) y el tipo de espejo utilizado.
Cuando un sistema reflectivo es utilizado para la detección de objetos brillantes o con superficies pulidas como por ejemplo: etiquetas brillantes, deben ser tomado cuidados especiales pues el objeto en este caso puede reflejar la faja de luz.

Actuando así como si fuese un espejo prismático, ocasionando una interrupción de la faja, confundiendo al receptor que no la salida, ocasionando una falsa detección. A fin de evitar que esto ocurra se aconseja utilizar uno de los dos siguientes métodos.

Detecciones de objetos brillantes
El principio basico del funcionamiento de los sesores opticos consiste en la emision y recepcion de luz. Tanto en el emisor como en el receptor existen pequeñas lentes opticas que permiten concentrar el haz de luz y se encuentran en un mismo encapsulado. Generalmente trabajan por reflexion de la luz, es decir, el emisor envia luz y si esta luz es reflejada por el objeto el receptor lo detecta.

Un detalle que resulta muy importante a tener en cuenta es que los sensores ópticos son de los más sensibles que existen y justamente por este motivo es que la mayoría de ellos no duran demasiado tiempo. En este tipo de sensores ópticos las señales que se transmiten son luminosas.
Los sensores ópticos están conformados por las siguientes partes.
-fuente
-Receptor
-Lente
-Circuito de salida

La operación luz se refiere al modo de funcionamiento en el cual la salida del sensor se activa cuando al receptor le llega suficiente luz. Para el caso de los sensores de transmisión directa o reflexivos esto ocurre cuando el objeto a detectar esta ausente y para los sensores difusos esto ocurre cuando el objeto a detectar está presente. La operación en oscuridad opera de forma totalmente 16 opuesta, la salida se energiza cuando al receptor no le llega suficiente luz, en el caso de los detectores en barrera o reflexivos esto ocurre cuando el objeto está presente y en los difusos cuando el objeto está ausente.
BIBLIOGRAFIA:
[1] Ivan’s Corners. Sensors Today. Rockwell Automation. Vol. 4 Noviembre 2001.

[2] Maloney, T. Instrumentación Electrónica Moderna. Prentice Hall. Tercera edición. 1997.

[3] Manual de Sensores c113es. Rockwell Automation. Feb 2000.

[4] Manual de entrenamiento de sensores. Allen Bradley. Marzo 1991

[5] W. Cooper. Instrumentación electrónica. Prentice hall. 1982

[6] Eidson, J. and Woods, S. “A Research Prototype of a Networked Smart Sensor System”. Measurement Systems Department Instruments and Photonics Laboratory HPL-95-91. August, 1995

[7] Sensores Ópticos, Pérez Conde Concepción, Editorial: Universidad de valencia, 1996
La detección de objetos transparentes tales como: vidrios planos, botellas de vidrio etc.: pueden ser detectados con el ángulo de la faja de luz en relación al objeto, o a través de potenciometros de ajustes de sensibilidad, mas siempre se aconseja un test practico.

Deteccion transparentes
Sensor óptico con filtro polarizado
Estos Filtros mecánicos sirven para orientar la luz emitida, permitiendo apenas el paso de esta luz al receptor; siendo diferente a la luz reflejada por el objeto que se expande en todas sus direcciones.
Inmunidad iluminación ambiente
Normalmente los sensores ópticos poseen inmunidad a iluminación ambiente, pues operan a frecuencias diferentes. Pero pueden ser afectados por una fuente muy intensa, como por ejemplo, una lampara fluorescente de 40W a 15 cm del sensor; o un rayo solar incidiendo directamente sobre las lentes.
Se han desarrollado para monitorear líquidos transparentes. Debido a las dimensiones muy pequeñas, histéresis de conmutación muy leve y alta repetitividad, los instrumentos también se adecuan para el servicio en recipientes pequeños. El sensor óptico se sitúa en una cubierta robusta. Abarca un hemisferio hueco plástico, en el cual el diodo infrarrojo es acondicionado como un transmisor y un semiconductor como receptor. Cuando el sensor no es mojado por el líquido la luz infrarroja se refleja completamente desde la superficie del hemisferio al receptor. Tan pronto como el sensor se cubra con el líquido, el índice de refracción en los cambios de capa límite cambia y la mayoría de los escapes ligeros en el líquido. Entonces, menos luz alcanza al receptor, que ocurra la conmutación. La sonda de nivel no se debe equipar con el sensor señalando hacia abajo, pues los errores pueden ocurrir debido a las gotas de líquido que se pegan a él.
Fuente
Origina un haz luminoso, usualmente con un LED, que puede tener un amplio rango en el espectro (incluyendo luz visible e infrarroja). Para la mayoría de las aplicaciones se prefiere las radiaciones infrarrojas pues son las que mayor porcentaje de luz emiten y disipan menos calor. Los LEDs tipos visibles son muy útiles sobre todo para facilitar el ajuste de la operación del sensor. Entre los LED de luz visible de los LEDs de luz roja son las más eficaces para esta aplicación. En la figura se muestra el diagrama de un LED y se observan sus partes.
El haz con frecuencia es modulado con pulsos, ya que la modulación presenta ventajas como son: mayor luminosidad en el haz, mayor vida útil del LED, inmunidad del sensor a otras fuentes de luz que puedan interferir con la señal. Presenta la desventaja de reducir la respuesta en frecuencia del detector óptico.

Receptor
Recibe el haz luminoso de la fuente, usualmente es un fotodiodo un fototransistor. El foto sensor debe estar acoplado espectralmente con el emisor, esto significa que el fotodiodo o el foto transistor que se encuentra en el detector debe permitir mayor circulación de corriente cuando la longitud de onda recibida sea igual a la del LED en el emisor .El receptor recibe los pulsos de luz en sincronía con el emisor, esto permite ignorar radiaciones provenientes de otras fuentes. Este tipo de recepción sincrónica solo es posible cuando la fuente y el receptor están en el mismo encapsulado. En el receptor, además, existe un circuito asociado que acondiciona la señal antes de llegar al dispositivo de salida.
Lentes
Tiene la función de dirigir el haz de luz tanto en el emisor como en el receptor para restringir el campo de visión, esto trae como consecuencia aumentar la distancia de detección .El área de la base del cono de haz emitido por el LED y el lente aumenta a mayor distancia .Utilizando un lente se pude generar un cono muy estrecho, lo que permitiría darle más alcance al censor pero con el inconveniente de presentar mayor dificultad en el momento de alinearlo. Algunos detectores son diseñados para tener un amplio campo de visión, esto permite detectar objetos grandes, pero a distancias relativamente cortas. La figura presenta como propagar el campo de visión en presencia y audacia del lente.
Circuitos de salida
Existen varios tipos de salidas discretas o digitales (se denomina así por tener dos estados y las más comunes son: relé, NPN o PNP, TRIAC, MOSFET), analógicas y seriales.
Se muestra un diagrama de bloque de un sensor fotoeléctrico con todas sus partes.
La fuente de alimentación suministra la potencia necesaria para el funcionamiento del detector, en el regulador de voltaje se ajustan y mantienen los niveles de tención utilizados por el resto de los bloques del sensor. El generador de pulsos suministra al LED la señal modulada que permitirá la emisión de un haz discontinuo de luz que al chocar con un objeto regresa al foto detector .La salida de fotos detector es amplificada (note que la ganancia del amplificador puede ser cambiada para ajustar la sensibilidad) y liego es comprada con la frecuencia de pulsos para verificar que la señal recibida provenga del LED del detector, esto se hace en el integrador .El nivel de salada del integrador es chequeado en el detector de nivel de tal forma que la cantidad de luz recibida sea suficiente para activar o desactivar el sensor En algunos sensores se puede colocar una lógica de tiempo
MODOS DE COMUNICACION
MODO DE COMUNICACION
TRANSMISIÓN DIRECTA
El emisor se coloca en frente del receptor y el objeto es detectado cuando pasa entre ambos. alcanzando grandes distancias de deteccion (hasta unos 270 m).

Su principal desventaja se presenta durante la instalacion en campo de estos detectores ya que por estar separados el emisor y el detector los cables de alimentacion y senal que van hacia estos dispositivos no pueden ser los mismos.

Esta configuracion no es muy adecuada para la deteccion de objetos traslucidos o transparentes debido al alto margen con el que funciona.
REFLEXIVO
El emisor y el receptor se colocan en el mismo sitio uno al lado del otro y en frente de ellos se coloca una superficie reflexiva.

El haz de luz emitido choca contra el reflector para ser registrado por el receptor.

La superficie donde choca el haz esta formada por reflectores especiales o cintas reflexivas disenadas para que el haz regrese al foto interruptor.
DIFUSO
Esta configuracion se parece a la reflexiva solo que esta no utiliza el espejo sino que el objeto a detectar es el que sirve de reflector.

Para lograr que los objetos pocos brillantes puedan ser detectados, el haz de luz no se transmite en una solo direccion.

El haz viaja en varias direcciones y tiene desventaja de tener poca distancia de deteccion, pero es muy util cuando es dificil acceder a ambos lados de objeto.


SENSOR FIN DE CARRERA
El final de carrera o sensor de contacto son dispositivos eléctricos, neumáticos o mecánicos situados al final del recorrido de un elemento móvil, como por ejemplo una cinta transportadora.
SENSOR INFRAROJO
El receptor de rayos infrarrojos suele ser un fototransistor o un fotodiodo.
El circuito de salida utiliza la señal del receptor para amplificarla y adaptarla a una salida que el sistema pueda entender. La señal enviada por el emisor puede ser codificada para distinguirla de otra y así identificar varios sensores a la vez esto es muy utilizado en la robótica, Los sensores infrarrojos pueden ser:
• Sensor infrarrojo de barrera
• Sensor auto réflex
• Sensor réflex
SENSOR MAGNETICO
Los sensores de proximidad magnéticos son caracterizados por la posibilidad de distancias grandes de la conmutación, detectan los objetos magnéticos que se utilizan para accionar el proceso de la conmutación.
OPERACION LUZ-OBSCURIDAD
DISTANCIA MAXIMA DE DETECCION
DISTANCIA MINIMA DE DETECCION
CURVA DE RESPUESTA TIPICA
TIEMPO DE RESPUESTA
CAMPO DE VISION
HISTERESIS
CONCLUSIÓN
Hoy en día la tecnología ha avanzado considerablemente con el fin de facilitar el ritmo de vida de la personas. Entre toda esta tecnología es muy importante mencionar las aplicaciones de los sensores los cuales son dispositivos (en general electrónico) capaces de detectar diferentes magnitudes e interpretarlas, los sensores ópticos pueden percibir estas magnitudes a través de un lente, estos sensores son de gran sensibilidad y dan muy buenos resultados.
Existen diferentes tipos de sensores ópticos pero todos siguiendo el mismo principio de funcionamiento el de la emisión de un haz luminoso que ya sea interrumpido o reflejado por el objeto a detectar y cumpliendo su mayor prioridad la de obtener los mejores resultados. Además tiene muchas aplicaciones en el ámbito industrial y los que mayor son usados de todos los tipos de sensores.

Los sensores tipo opticos se comunican por medio de tres configuraciones principales:
1.- Transmision directa
2.- Reflexivo
3.- Difuso
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