Alcance de Sensor de Proximidad Óptico
Estima el rango de detección del sensor de proximidad óptico a partir de la potencia del emisor, sensibilidad del detector y reflectividad del objetivo.
Fórmula
D_rel = √(P_e × R_d × (R_t/100)) / SF [dimensionless relative factor]
Cómo Funciona
Los sensores ópticos de proximidad emiten luz (normalmente infrarroja a 850—950 nm) desde un emisor LED y detectan la luz reflejada o transmitida con un detector de fotodiodos o fototransistores. La potencia óptica recibida sigue una ley del cuadrado inverso: P_received ∝ P_emitter × R_target/d², donde d es la distancia al objetivo y R_target es la reflectividad (0—1). En el caso de un sensor de reflexión difusa, la detección se produce cuando la potencia recibida supera el umbral del detector: P_Received > P_threshold. Por lo tanto, el rango de detección es proporcional a √ (P_emitter × R_det × R_target), donde R_det es la capacidad de respuesta del detector (A/W). La estimación práctica del alcance incluye un factor de seguridad (normalmente entre 1,5 y 2 veces) para tener en cuenta la suciedad de la lente, el envejecimiento del LED (entre un 30 y un 50% a lo largo de su vida útil) y las variaciones de la superficie del objetivo. Los sensores de supresión de fondo utilizan la triangulación para establecer una ventana de detección fija, inmune a las variaciones de color o reflectividad del objetivo.
Ejemplo Resuelto
Problema: un LED IR emite 15 mW. El detector tiene una capacidad de respuesta de 0,65 A/W. El objetivo es papel blanco (90% de reflectividad). Factor de seguridad = 2. Estime el rango de detección. Solución: 1. Rango normalizado = √ (P_e × R_d × R_t) = √ (15 × 0.65 × 0.9) = √ (8.775) = 2.96 cm 2. Rango máximo de detección = 2,96/2 = 1,48 cm ≈ 1,5 cm 3. Si el objetivo es goma negra (5% de reflectividad): Normalizado = √ (15 × 0,65 × 0,05) = √ (0,4875) = 0,70 cm Alcance máximo = 0.70/2 = 0.35 cm Resultado: papel blanco detectado a ~1,5 cm; goma negra a ~0,35 cm, lo que supone una reducción de 4 veces el alcance.
Consejos Prácticos
- ✓Utilice un emisor pulsado (modulado) con un detector síncrono para lograr un rechazo de la luz ambiental entre 100 y 1000 veces mejor en comparación con un sistema polarizado por corriente continua.
- ✓Para una medición de distancia precisa en lugar de una simple detección de presencia, utilice un sensor de triangulación (por ejemplo, Sharp GP2Y0A02) o un sensor de tiempo de vuelo (por ejemplo, VL53L1X) en lugar de un sensor reflectante simple.
- ✓Monte el emisor y el detector en un ligero ángulo (5—15°) para lograr una proximidad reflectante a fin de mejorar la sensibilidad y reducir el acoplamiento cruzado directo a corta distancia.
Errores Comunes
- ✗Suponiendo que se pueda alcanzar el alcance nominal máximo con todos los objetivos, las especificaciones de gama del fabricante son para un reflector blanco estándar (90% de reflectividad); los objetivos oscuros o absorbentes reducen el alcance de manera significativa.
- ✗Haciendo caso omiso del envejecimiento de los LED: la intensidad radiante de los LED infrarrojos cae entre un 30 y un 50% a lo largo de la vida útil nominal; el factor de seguridad debe tener en cuenta el rendimiento al final de su vida útil, no solo la salida inicial.
- ✗Pasar por alto las interferencias de la luz ambiental: la luz incandescente brillante o la luz solar pueden saturar el detector y provocar detecciones erróneas; elija sensores con filtros ópticos y modulación pulsada para rechazar la luz ambiental de corriente continua.
Preguntas Frecuentes
¿Cuál es la diferencia entre los sensores ópticos difusos, retrorreflectantes y de haz pasante?
Los sensores difusos tienen un emisor y un detector en la misma carcasa y detectan la luz reflejada del objetivo; el alcance depende de la reflectividad del objetivo. Los sensores retrorreflectantes detectan la luz reflejada por un reflector en forma de cubo en forma de esquina, lo que ofrece un mayor alcance y es independiente del objetivo. Los sensores de haz pasante colocan el emisor y el detector uno frente al otro; la detección se realiza mediante la interrupción del haz: el alcance más largo y fiable, pero requiere cableado en ambos lados.
¿Cómo afecta el color objetivo al rango de detección?
La reflectividad varía ampliamente: superficies blancas mate del 80 al 95%, plástico gris del 40 al 60%, aluminio crudo del 65 al 75% (especular), caucho negro del 3 al 8%. Como el alcance se escala en √ (reflectividad), un objetivo que sea 10 veces menos reflectante reduce el alcance de detección en √10 ≈ 3,2 veces. Verifique siempre con el material y el color reales del objetivo.
¿Puedo usar un sensor óptico bajo la luz solar exterior?
Sí, pero requiere un emisor modulado y un filtro óptico de paso de banda adaptados a la longitud de onda del emisor (por ejemplo, 850 nm, 940 nm). El detector síncrono rechaza la luz ambiental de corriente continua mientras transmite la señal modulada. Consulte las especificaciones de inmunidad a la luz ambiental del fabricante: los sensores industriales suelen tener una potencia nominal de 10 000 lux ambientales.
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