Sensor Fotoeléctrico
Un sensor fotoeléctrico, también conocido como sensor óptico o fotocélula, es un dispositivo que detecta la presencia, ausencia o movimiento de objetos mediante un haz de luz.
Estos sensores generan una señal de salida cuando un objeto interrumpe, refleja o interactúa con el haz de luz.
Son ampliamente utilizados en aplicaciones industriales, automotrices y de automatización debido a su alta precisión, versatilidad y capacidad para operar sin contacto físico con los objetos detectados.
La capacidad de estos sensores para detectar objetos sin contacto, su alta velocidad de respuesta y su versatilidad los convierten en una solución ideal para una amplia gama de aplicaciones automatizadas.
El símbolo del sensor fotoeléctrico es el siguiente:
Contenidos
Funcionamiento del Sensor Fotoeléctrico
El principio básico de un sensor fotoeléctrico se basa en la emisión y recepción de luz. Un componente emisor (generalmente un LED infrarrojo o láser) genera un haz de luz, y un componente receptor (fototransistor, fotodiodo o fotocélula) detecta la luz.
La presencia de un objeto entre el emisor y el receptor interrumpe o modifica el haz de luz, provocando un cambio en la señal eléctrica del receptor.
Este cambio es procesado por el sensor para generar una señal TODO/NADA. Las salidas de este tipo indican si el objeto está presente o ausente, permitiendo controlar equipos o sistemas.
Para su correcto funcionamiento el sensor fotoeléctrico precisa de los siguientes componentes:
● Emisor de luz: generalmente un LED infrarrojo (para aplicaciones generales) o un láser (para aplicaciones de alta precisión y largo alcance).
● Receptor de luz: fototransistor, fotodiodo o fotocélula que convierte la luz en una señal eléctrica.
● Circuito de acondicionamiento de señal: amplifica y procesa la señal eléctrica del receptor para generar una señal de salida utilizable.
Salidas del Sensor Fotoeléctrico
Las salidas que proporcionan los sensores fotoeléctricos pueden ser de diferentes tipos:
Salida Electrónica a Transistor del Sensor Fotoeléctrico
La salida a transistor, NPN o PNP, es el tipo de salida más común en los sensores fotoeléctricos. Se basa en el uso de transistores para conmutar la señal de salida.
En la salida electrónica a transistor NPN (Sinking o sumidero de corriente) la carga se conecta entre la fuente de alimentación positiva Vcc y la salida del sensor. En la salida a transistor PNP la carga se conecta entre la salida del sensor y tierra (0V).
Salida a Relé del Sensor Fotoeléctrico
En la salida a relé, los contactos del relé electromagnético son capaces de controlar cargas de mayor potencia. Pueden tener contactos de 3 tipos:
● Contactos normalmente abiertos (NA): en estado de reposo, los contactos están abiertos (no hay conexión eléctrica). Cuando el relé se activa, los contactos se cierran, permitiendo el paso de corriente.
● Contactos normalmente cerrados (NC): el circuito está cerrado (hay conexión) cuando el relé está inactivo. Cuando el relé se activa, los contactos se abren, interrumpiendo la corriente.
● Contactos conmutados (NA/NC): estos relés tienen ambos tipos de contactos (NA y NC) en un solo dispositivo. Cuando el relé se activa, los contactos NA se cierran y los NC se abren, y viceversa cuando el relé se desactiva.
Salida Analógica del Sensor Fotoeléctrico
Los sensores fotoeléctricos con salida analógica permiten medir y transmitir una señal continua y proporcional a la intensidad de la luz detectada.
A diferencia de las salidas digitales, que solo indican 2 estados (encendido/apagado o presencia/ausencia), la salida analógica proporciona un rango de valores que reflejan variaciones en la cantidad de luz recibida.
La señal puede estar representada en diferentes rangos, como:
– 0-10 V: un voltaje que varía entre 0 y 10 voltios.
– 4-20 mA: una corriente que varía entre 4 y 20 miliamperios (común en aplicaciones industriales por su resistencia a interferencias).
– Otros rangos: se trata de valores personalizados según el fabricante.
La señal analógica del sensor se conecta a la entrada analógica de un sistema de control, como un PLC, un microcontrolador o un sistema de adquisición de datos, para su procesamiento.
La correcta interpretación de la lectura depende fundamentalmente de conocer la escala de la señal de salida. Por ejemplo, una señal de 0-10V podría corresponder a un rango de 0-50 centímetros.
La presencia de ruido eléctrico puede disminuir la exactitud de las lecturas obtenidas con sensores de salida analógica, especialmente aquellos que utilizan señales de voltaje.
El luxómetro es un ejemplo común de aplicación que utiliza sensores fotoeléctricos con salida analógica. Este instrumento mide la intensidad de la luz, expresada en lux. Se basa en el principio de que la corriente generada por un sensor fotoeléctrico es proporcional a la intensidad de la luz que recibe.
Otras aplicaciones comunes son: medición de transparencia, opacidad o reflectividad de materiales, medición de la cantidad de luz que pasa a través de un material para determinar su espesor o densidad, ajuste fino de posicionamiento basado en la intensidad de la luz reflejada, etc.
Tipos de Sensores Fotoeléctricos
Existen principalmente 3 tipos de sensores fotoeléctricos, clasificados según su método de detección:
Sensores de Barrera (Through-Beam)
En este tipo, el emisor y el receptor se encuentran en unidades separadas y opuestas. El emisor genera un haz de luz que viaja directamente al receptor. La detección ocurre cuando un objeto interrumpe el haz de luz, bloqueando su llegada al receptor.
Estos sensores tienen el mayor rango de detección, alcanzando hasta decenas de metros, dependiendo del modelo y la tecnología utilizada. Son altamente confiables porque la interrupción del haz es fácilmente detectable, incluso en condiciones ambientales adversas.
Operan a altas frecuencias y funcionan bien en condiciones de poca luz ambiental, pero la instalación es más compleja debido a la necesidad de cableado separado para ambas unidades.
Sensores de Reflexión sobre Espejo (Retro-Reflective)
Similar a los sensores de barrera, pero en lugar de un receptor separado, utilizan un reflector (espejo) que devuelve el haz de luz al receptor integrado en la misma unidad que el emisor. El objeto interrumpe el haz de luz entre el sensor y el reflector.
Ofrecen un rango de detección intermedio, generalmente menor que los sensores de barrera pero suficiente para muchas aplicaciones industriales. Además, no requiere cableado para un receptor separado, simplificando su montaje.
Es más fácil de instalar que los sensores de barrera, siendo útiles en aplicaciones donde los objetos transparentes o reflectantes están involucrados, al utilizar reflectores especializados. No obstante, tienen mayor sensibilidad al polvo debido a la suciedad en el reflector. Los objetos muy reflectantes también pueden causar errores en la detección.
Sensores de Reflexión Directa (Diffuse)
En esta configuración, el emisor y el receptor están integrados en la misma carcasa. El sensor emite una haz de luz que se refleja directamente en el objeto a detectar. El receptor mide la intensidad de la luz reflejada para determinar la presencia del objeto.
Tienen el rango de detección más corto, que puede variar dependiendo del color, textura y forma del objeto. Se ha de tener en cuenta que la cantidad de luz reflejada depende del color (los objetos oscuros reflejan menos luz) y de la textura del objeto.
No necesitan reflectores ni receptores separados, siendo ideales para aplicaciones donde el espacio es limitado. Además, son adecuados para aplicaciones en las que el objeto detectado tiene colores o formas variadas. No obstante, son sensibles a las variaciones en el color, textura y material del objeto, y a las interferencias de luz ambiental intensa.
Características del Sensor Fotoeléctrico
A continuación, se presentan las principales características técnicas y operativas del sensor fotoeléctrico:
● Detección sin contacto: al no requerir contacto físico con el objeto a detectar, se evita el desgaste mecánico y daños tanto al sensor como al objeto.
● Distancia de detección: desde unos centímetros hasta varias decenas de metros, dependiendo del tipo.
● Velocidad de respuesta: capacidad de operar a altas frecuencias, siendo ideales para aplicaciones rápidas.
● Compatibilidad con diversos materiales: detectan objetos metálicos, no metálicos, transparentes o de colores oscuros.
● Robusto: opera en ambientes adversos con polvo, humedad o vibraciones, aunque requieren limpieza periódica de lentes.
● Inmunidad a la luz ambiente: los buenos sensores fotoeléctricos utilizan modulación de la luz emitida y filtros ópticos para minimizar la influencia de la luz ambiental y evitar falsas detecciones.
Aplicaciones del Sensor Fotoeléctrico
Los sensores fotoeléctricos tienen infinidad de aplicaciones en diversas industrias:
● Automatización industrial:
– Contaje de objetos: controlan el flujo de productos en cintas transportadoras.
– Detección de presencia: activan máquinas o procesos solo cuando hay un objeto en posición.
– Verificación de embalajes: detectan cajas mal posicionadas o faltantes.
● Industria automotriz:
– Ensamblaje: supervisan la posición de componentes en líneas de montaje.
– Control de calidad: detectan defectos en piezas antes de ensamblarlas.
● Logística y almacenamiento:
– Sistemas de picking: determinan la presencia de paquetes en cintas.
– Gestión de inventarios: controlan la entrada y salida de materiales.
● Agroindustria:
– Clasificación de productos: detectan frutas o vegetales según tamaño o color.
– Control de procesos: supervisan líneas de llenado y empaquetado.
Preguntas Frecuentes sobre el Sensor Fotoeléctrico
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