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Portée du Capteur de Proximité Optique

Estime la portée de détection du capteur de proximité optique à partir de la puissance de l'émetteur, sensibilité du détecteur et réflectivité de la cible.

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Formule

D_rel = √(P_e × R_d × (R_t/100)) / SF [dimensionless relative factor]

P_e— Emitter power (mW)
R_d— Detector responsivity (A/W)
R_t— Target reflectivity (0–100%) (%)
SF— Safety factor (≥1)

Comment ça marche

Les capteurs de proximité optiques émettent de la lumière (généralement infrarouge entre 850 et 950 nm) à partir d'un émetteur LED et détectent la lumière réfléchie ou transmise à l'aide d'un détecteur à photodiode ou à phototransistor. La puissance optique reçue suit une loi du carré inverse : P_received, p_emitter × R_target/d², où d est la distance jusqu'à la cible et R_target est la réflectivité (0—1). Pour un capteur à réflexion diffuse, la détection se produit lorsque la puissance reçue dépasse le seuil du détecteur : P_received > P_threshold. La plage de détection est donc proportionnelle à √ (P_émetteur × R_det × R_cible), où R_det est la réactivité du détecteur (A/W). L'estimation pratique de la portée inclut un facteur de sécurité (généralement 1,5 à 2 fois) pour tenir compte de la saleté de la lentille, du vieillissement des LED (−30 à 50 % sur la durée de vie) et des variations de la surface cible. Les capteurs de suppression de l'arrière-plan utilisent la triangulation pour définir une fenêtre de détection fixe, insensible aux variations de couleur et de réflectivité de la cible.

Exemple Résolu

Problème : une LED infrarouge émet 15 mW. Le détecteur a une sensibilité de 0,65 A/W. La cible est du papier blanc (réflectivité de 90 %). Facteur de sécurité = 2. Estimez la plage de détection. Solution : 1. Plage normalisée = √ (P_e × R_d × R_t) = √ (15 × 0,65 × 0,9) = √ (8,775) = 2,96 cm 2. Plage de détection maximale = 2,96/2 = 1,48 cm ≈ 1,5 cm 3. Si la cible est en caoutchouc noir (5 % de réflectivité) : Normalisé = √ (15 × 0,65 × 0,05) = √ (0,4875) = 0,70 cm Portée maximale = 0,70/2 = 0,35 cm Résultat : papier blanc détecté à ~1,5 cm ; caoutchouc noir à ~0,35 cm, soit une réduction de 4 fois.

Conseils Pratiques

  • ✓Utilisez un émetteur pulsé (modulé) avec un détecteur synchrone pour obtenir une réjection de la lumière ambiante 100 à 1000 fois supérieure à celle d'un système polarisé en courant continu.
  • ✓Pour une mesure de distance précise plutôt qu'une simple détection de présence, utilisez un capteur de triangulation (par exemple, Sharp GP2Y0A02) ou un capteur de temps de vol (par exemple, VL53L1X) au lieu d'un simple capteur réfléchissant.
  • ✓Montez l'émetteur et le détecteur à un léger angle (5 à 15°) pour obtenir une proximité réfléchissante afin d'améliorer la sensibilité et de réduire le couplage croisé direct à courte distance.

Erreurs Fréquentes

  • ✗En supposant que la portée nominale maximale soit réalisable avec toutes les cibles, les spécifications de gamme du fabricant concernent un réflecteur blanc standard (90 % de réflectivité) ; les cibles sombres ou absorbantes réduisent la portée de manière significative.
  • ✗Ignorer le vieillissement des LED : l'intensité du rayonnement des LED infrarouges chute de 30 à 50 % au cours de leur durée de vie nominale ; le facteur de sécurité doit tenir compte des performances en fin de vie, et pas seulement de la sortie initiale.
  • ✗Ne pas tenir compte des interférences de la lumière ambiante : les ampoules incandescentes ou les rayons du soleil peuvent saturer le détecteur, ce qui peut entraîner des erreurs de détection ; choisissez des capteurs dotés de filtres optiques et d'une modulation pulsée pour rejeter la lumière ambiante en courant continu.

Foire Aux Questions

Les capteurs diffus ont un émetteur et un détecteur dans le même boîtier et détectent la lumière réfléchie par la cible. La portée dépend de la réflectivité de la cible. Les capteurs rétroréfléchissants détectent la lumière réfléchie par un réflecteur en forme de cube d'angle, avec une portée plus longue et indépendamment de la cible. Les capteurs à faisceau traversant placent l'émetteur et le détecteur l'un en face de l'autre ; la détection se fait par interruption du faisceau : la portée la plus longue et la plus fiable, mais nécessite un câblage des deux côtés.
La réflectivité est très variable : surfaces blanches mates de 80 à 95 %, plastique gris de 40 à 60 %, aluminium nu de 65 à 75 % (spéculaire), caoutchouc noir de 3 à 8 %. Comme la portée varie selon √ (réflectivité), une cible 10 fois moins réfléchissante réduit la plage de détection de √ 10 ≈ 3,2 fois. Vérifiez toujours avec le matériau et la couleur cibles réels.
Oui, mais cela nécessite un émetteur modulé et un filtre optique passe-bande adaptés à la longueur d'onde de l'émetteur (par exemple, 850 nm, 940 nm). Le détecteur synchrone rejette la lumière ambiante en courant continu tout en transmettant le signal modulé. Vérifiez les spécifications d'immunité à la lumière ambiante du fabricant : les capteurs industriels sont généralement évalués à 10 000 lux ambiants.

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