Sensor Optico

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Industrial y de Sistemas TP 254 254 U - AUTOMATIZACIÓN Y CONTROL DE PROCESOS

INFORME N°1: SENSORES ÓPTICOS Profesor: MUÑOZ INGA, CARLOS Grupo 1 Integrantes:      

ÁVILA CASTRO, DAVID BRUNO RAMIREZ, YERALDINE CONDEZO DE LA VEGA, ANGELA GUTARRA SAMAME, GERARDO MENDOZA OCHOA, DANIEL GUSTAVO VELA ROJAS, LEONARDO AUGUSTO

Año 2017

Universidad Nacional de Ingeniería

CONTENIDO

1.SENSOR....................................................................................................................... 2 2.SENSOR ÓPTICO ......................................................................................................... 2 3.PARTES DE UN SENSOR ÓPTICO ................................................................................... 3 4.MODOS DE DETECCIÓN ............................................................................................... 5 5.FUENTES DE LUZ .......................................................................................................... 7 6.CONCLUSIÓN..............................................................................................................16 7.BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................16

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1. SENSOR Un sensor es un dispositivo que está capacitado para detectar acciones o estímulos externos y responder en consecuencia. Por ejemplo: existen sensores que se instalan en los vehículos y que detectan cuando la velocidad de desplazamiento supera la permitida; emiten un sonido que alerta al conductor y a los pasajeros.

2. SENSOR ÓPTICO Los sensores ópticos son aquellos que basan su funcionamiento en la emisión de un haz de luz que es interrumpido o reflejado por el objeto a detectar. La detección es efectiva cuando el objeto penetra en el haz de luz y modifica suficientemente la cantidad de luz que llega al receptor para provocar el cambio de estado de la salida. Sus símbolos son

En el primer símbolo se indica que el elemento es a la vez emisor y receptor, mientras que el segundo es únicamente emisor y el tercero receptor. El número de conexiones indica el número de hilos, tres en algunos casos y dos en otros.

3. PARTES DE UN SENSOR ÓPTICO Los sensores ópticos están conformados por las siguientes partes: Fuente

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Receptor

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Lentes

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Circuito de salida

A. Fuente: Encargado de proporcionar el haz luminoso al sensor. Generalmente es un LED que puede tener un amplio rango de espectro luminoso. Para la mayoría de aplicaciones se prefiere las radiaciones infrarrojas pues son los que mayor porcentaje de luz emite y disipan menos calor. Los LEDs tipos visibles son muy útiles sobre todo para facilitar el ajuste de la operación del sensor. Entre los LEDs de luz visible, los de luz roja son más eficaces para esta aplicación.

Figura: Fotoemisor

B. Receptor: Recibe el haz luminoso de la fuente, generalmente es un fotodiodo o un fototransistor. El fotosensor debe estar acoplado espectralmente con el emisor, esto significa que el fotodiodo o el fototransistor que se encuentra en el detector debe permitir mayor circulación de corriente cuando la longitud de onda recibida sea igual a la LED en el emisor. El 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 está en el mismo encapsulado. En el receptor, además existe un circuito asociado que acondiciona la señal antes de llegar al

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dispositivo de salida. En la siguiente figura se observa un a gráfica que muestra como el LED infrarrojo tiene mayor eficacia que LED visible rojo.

C. Lentes: Tienen 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 puede generar un cono muy estrecho, lo que permitiría darle más alcance al sensor pero con el inconveniente de presentar mayor dificultad en el momento de alinearlo. Algunos detectores son diseñados para tener amplio campo de visión, esto permite detectar objetos grandes, pero a distancias relativamente cortas. La siguiente figura muestra cómo se propaga el campo de visión en presencia y ausencia del lente.

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D. Circuito de salida: Son los circuitos encargados de transmitir la señal para el propósito específico del diseño del sensor. Existen varios tipos de salidas discretas y digitales, los cuales se denomina así por contar con dos estados. Los tipos más comunes son: Relé, NPN o PNP, TRIAC, MOSFET. También existen salidas de tipo analógico y serial. El circuito de salida debe alimentar directamente a la carga que puede ser la entrada de un controlador lógico programable, la bobina de un relé, una luz piloto o cualquier otro dispositivo de salida.

4. MODOS DE DETECCIÓN Los sensores ópticos pueden detectar la señal según tres modos de trabajo: -

Transmisión o Barrera

- Reflexivo - Difusivo

A. Transmisión o barrera: Se da cuando el emisor se coloca enfrente del receptor y el objeto es detectado cuando pasa entre ambos. El emisor produce un haz de luz

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que llega al receptor creándose una especie de barrera de luz y cuando un objeto interfiere en el haz de luz, el recepto deja de recibirlo, modificando su salida.

B. Reflexivo o por retroreflexión El emisor y el receptor se colocan en el mismo sitio uno al lado del otro y enfrente de ellos se coloca una superficie reflexiva. El haz de luz choca contra el reflector para ser registrado por el receptor. El detector emite un haz de luz que en reposo es reflejado por un reflector o espejo hacia el receptor del propio detector. Cuando un objeto interfiere en su área de trabajo, la luz deja de llegar al receptor del detector cambiando su salida. El tamaño del reflector debe ser menor o igual del objeto a detectar, pero teniendo en cuenta a la vez que cuanto mayor sea el tamaño, mayor será la posible distancia de detección.

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C. Difuso o proximidad Su manera de funcionar es muy parecida a la reflexiva, solo que esta no utiliza el espejo, sino que el objeto a detectar es el que sirve como reflector. Para lograr que objetos poco brillantes puedan ser detectados, el haz de luz no se transmite en una sola dirección como en las configuraciones anteriores, sino que viaja en varias direcciones. Esta configuración presenta la desventaja de tener muy corta distancia de detección, pero es útil cuando es difícil de acceder ambos a ambos lados del objeto.

Además, debido a que la reflexión depende de la reflectividad típica de cada objeto por lo que no se podrán utilizar con elementos de baja reflexión (plástico negro mate, goma negra, materiales oscuros con superficies rugosas).

5. FUENTES DE LUZ La luz emitida por la Fuente, que usualmente es un LED, dependiendo del modelo del detector, la emisión se realiza en infrarrojo o en luz visible verde o roja.

5.1 Características Los LED de luz infrarroja (no visible) son los más efectivos, ya que tienen el espectro que mejor trabajan con los fototransistores, y son las que emiten un mayor porcentaje de luz y disipan menos calor. Cubren mayores distancias que los LED de luz visible y son relativamente inmunes a la luz ambiental artificial, generalmente se utilizan para la detección de distancias largas y ambientes con presencia de polvo.

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Los LEDs tipo visibles son muy útiles sobre todo para facilitar el ajuste de la operación del sensor, ósea facilita la alineación. Entre los LED de luz visible los LEDs de luz roja son los más eficaces para esta aplicación. Los LEDs de luz verde son utilizados en sensores de contraste y detección de marcas que sirven para detectar diferencias de contraste, color o presencia de un objeto a alta velocidad, cuyas aplicaciones son las siguientes: 

CLASIFICACIÓN DE PRODUCTOS POR COLOR



IDENTIFICACIÓN DE MARCAS



DETECCIÓN DE SUPERFICIES BRILLANTES



CÓDIGOS FARMACÉUTICOS

Usos según los modos de detección: 1. Sistema de Barrera: El haz de luz se emite en infrarrojo o láser. 2. Sistema réflex: El haz de luz se emite en infrarrojo 3. Sistema réflex polarizado (para objetos brillantes): Se emite haz de luz rojo visible 4. Sistema de proximidad: Se emite haz de luz infrarroja, los objetos de color claro serán detectados a mayor distancia que los de color oscuro.

5.2 Modulación de la fuente de la luz Con la excepción de los infrarrojos, los LEDs producen menos luz que las fuentes incandescentes y fluorescentes que comúnmente iluminan el ambiente. La modulación de la fuente de luz permite al sensor detectar esos bajos niveles de luz. Los LEDs p ueden estar “encendidos” y “apagados” (o modulados) con una frecuencia que normalmente ronda 1 KHz. Esta modulación del LED emisor hace que el amplificador del fototransistor receptor pueda ser “conmutado” a

la frecuencia de la modulación, y que amplifique solamente la luz que se encuentre modulada como la que envía el emisor.

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La operación de los sensores que no poseen luz modulada está limitada a zonas donde el receptor no reciba luz ambiente y sólo reciba la luz del emisor. Un receptor modulado ignora la presencia de luz ambiente y responde únicamente a la fuente de luz modulada.

5.3 Parametros importantes A.

Operación luz/oscuridad: 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. La operación en oscuridad es lo opuesto, la salida del sensor se energiza cuando al receptor no le llega suficiente luz

B.

Distancia máxima de detección: según el modo de detección se refiere a: 

La distancia entre el emisor y receptor en los sensores de haz trasmitido



La distancia entre el emisor/receptor y el reflector en los sensores reflexivos.



La distancia entre el emisor/receptor y el objeto en los sensores difusos

C.

Distancia mínima de detección: la mayoría de los sensores reflexivos y difusos tiene un área ciega en la cual no pueden detectar como se aprecia en la siguiente imagen.

D.

Curva de respuesta típica: Muestra cuánto vale el margen según la distancia de detección.

E.

Tiempo de respuesta: Es el lapso de tiempo que transcurre desde que el objeto está presente hasta que a salida se energiza o el tiempo desde que el objeto desaparece y la salida se desactiva.

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F.


Campo de visión: es una especificación útil para determinar el área de detección disponible a una distancia fija.

G.

Histéresis: 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 mover en dirección opuesta al sensor para que deje de ser detectado.

6. CONCLUSIÓN Los sensores ópticos trabajan de distintas maneras, donde el tipo difuso requiere como parámetro la reflectividad relativa típica de algunos materiales ya que de esta depende de la distancia de detección, a mayor reflectividad mayor será la distancia de detección.

7. BIBLIOGRAFÍA [1] http://www.mescorza.com/neumatica/sensoresweb/sensores/optico1.h tm [2] http://isa.uniovi.es/docencia/autom3m/Temas/Tema7.pdf [3] https://es.slideshare.net/torito2691/sensoresopticos?next_slideshow=1

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