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Sensor

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

Drel=√(Pe×Rd×(Rt/100))/SF[dimensionlessrelativefactor]D_rel = √(P_e × R_d × (R_t/100)) / SF [dimensionless relative factor]
P_e— Puissance de l'émetteur (mW)
R_d— Réactivité du détecteur (A/W)
R_t— Réflectivité cible (0 à 100 %) (%)
SF— Facteur de sécurité (≥1)

Comment ça marche

Ce calculateur estime la plage de détection des capteurs de proximité optiques en fonction de la puissance de l'émetteur, de la sensibilité du détecteur et de la réflectivité de la cible, ce qui est essentiel pour les ingénieurs en automatisation industrielle, les développeurs de robotique et les concepteurs de produits électroniques grand public. Les capteurs optiques émettent de la lumière infrarouge (généralement de 850 à 950 nm) à partir d'une LED et détectent la lumière réfléchie ou transmise à l'aide d'une photodiode ou d'un phototransistor. La puissance reçue suit p_Rx = p_TX R_target A_Rx/(pi d^2) pour la réflexion diffuse, où p_Tx est la puissance de l'émetteur (10-100 mW en général), R_target est la réflectivité (0,05-0,95), A_Rx est l'ouverture du détecteur et d est la distance. La détection se produit lorsque P_Rx > P_threshold (généralement 1 à 100 nW). La plage maximale s'échelonne en tant que sqrt (p_TX R_target/P_threshold). Conformément à la norme IEC 60947-5-2, les fabricants spécifient une plage pour une cible blanche réfléchissante à 90 % (carte de test Kodak) ; pour les autres cibles, réduisez par sqrt (R_actual/0.9). Le vieillissement des LED réduit le rendement de 30 à 50 % par rapport à la durée de vie nominale (50 000 à 100 000 heures par Vishay), ce qui nécessite un facteur de sécurité de 1,5 à 2 fois dans les calculs de plage.

Exemple Résolu

Problème : Spécifiez un capteur de présence optique pour la détection des colis du convoyeur. Les emballages sont en carton brun (40 % de réflectivité). La distance maximale est de 200 mm. L'environnement a une lumière ambiante de 5000 lux.

Solution :

  1. Plage requise pour une cible de 90 % : d_90 = 200 sqrt (0,9/0,4) = 200 1,5 = 300 mm
  2. Avec un facteur de sécurité 1,5 fois pour le vieillissement : d_spec = 300 * 1,5 = 450 mm plage nominale requise
  3. Sélectionnez Omron E3Z-D62 (portée de 400 mm, suppression de l'arrière-plan, LED 850 nm)
  4. Vérifiez l'immunité ambiante : homologué E3Z pour une lumière solaire de 10 000 lux (exigence > 5 000 lux)
  5. Angle de montage : 10 degrés par rapport à la perpendiculaire pour éviter la réflexion spéculaire du ruban brillant
  6. Marge de détection : 400/300 = 1,33 (marge de 33 % par rapport au minimum calculé)
  7. Temps de réponse : 1 ms = 1000 emballages/seconde maximum à un espacement de 200 mm
Résultat : l'Omron E3Z-D62 avec une portée de 400 mm offre une marge adéquate pour 40 % de cibles réfléchissantes à une distance de 200 mm avec une intensité ambiante de 5 000 lux.

Conseils Pratiques

  • ✓Utiliser un émetteur pulsé (modulé) à 10-50 kHz avec détection synchrone pour un rejet de la lumière ambiante de 100 à 1000 fois plus que le fonctionnement en courant continu ; cela permet un fonctionnement en extérieur en plein soleil conformément à la méthode de test IEC 60947-5-2
  • ✓Pour une mesure précise de la distance (pas seulement de la présence), utilisez des capteurs de triangulation (Sharp GP2Y0A02, 20-150 cm) ou des capteurs de temps de vol (VL53L1X, portée de 4 m, précision de +/- 3 %) au lieu d'une simple proximité réfléchissante
  • ✓Montez l'émetteur et le détecteur à un angle de 5 à 15 degrés pour une proximité réfléchissante afin d'améliorer la sensibilité aux cibles diffuses et de réduire la diaphonie optique directe à courte distance, conformément au guide d'application de Banner Engineering

Erreurs Fréquentes

  • ✗En supposant que la portée nominale maximale fonctionne pour toutes les cibles : les spécifications du fabricant concernent un réflecteur blanc à 90 % ; le caoutchouc noir (5 % de réflectivité) réduit la portée de la surface carrée (90/5) = 4,2 fois ; un capteur de 400 mm détecte les cibles noires à 95 mm seulement
  • ✗Ignorer le vieillissement des LED : l'intensité du rayonnement des LED infrarouges chute de 30 à 50 % sur une durée de vie nominale de 50 000 heures ; conception pour des performances de fin de vie utilisant un facteur de sécurité de 1,5 à 2 fois, et non une sortie initiale selon la fiche technique Vishay VSMS3700
  • ✗Oublier les interférences de la lumière ambiante : une lumière incandescente ou solaire intense sature le détecteur, ce qui entraîne des détections manquées ; spécifiez les capteurs dotés d'un filtre passe-bande optique et d'une modulation pulsée pour une immunité supérieure à 10 000 lux

Foire Aux Questions

Les capteurs diffus (de proximité) ont un émetteur et un détecteur dans le même boîtier, détectant la lumière réfléchie par la surface cible ; la plage dépend de la réflectivité (1 à 500 mm généralement), installation la plus simple mais affectée par la couleur de la cible. Les capteurs rétroréfléchissants détectent la lumière provenant d'un réflecteur en forme de cube situé à travers l'espace de détection ; portée jusqu'à 10 m, détection indépendante de la cible (bloque le faisceau), mais nécessitent le montage d'un réflecteur. Les capteurs à faisceau traversant placent l'émetteur et le détecteur l'un en face de l'autre ; portée jusqu'à 60 m, la détection la plus fiable (rupture de faisceau), mais nécessite un câblage des deux côtés. Selon les guides de sélection de Sick et Banner, choisissez le faisceau traversant pour les environnements difficiles, rétro pour une longue portée, diffus pour une installation simple.
La réflectivité varie considérablement : papier blanc 85 à 95 %, plastique gris 30 à 60 %, aluminium nu 60 à 75 % (selon l'angle spéculaire), carton brun 30 à 50 %, caoutchouc noir 3 à 8 %. La portée varie en sqrt (réflectivité), donc 10 fois moins de réflectivité réduit la portée de 3,2 fois. Un capteur de 400 mm pour les cibles blanches détecte : le plastique gris à 280 mm, le carton à 260 mm, le caoutchouc noir à 95 mm. Vérifiez toujours la détection avec le matériau cible réel et testez dans les pires conditions (les plus sales, les plus sombres) conformément à la norme IEC 60947-5-2.
Oui, avec les spécifications appropriées. Exigences : (1) émetteur modulé (pulsation de 10 à 100 kHz) avec détecteur synchrone rejetant la lumière solaire en courant continu, (2) filtre passe-bande optique adapté à la longueur d'onde de la LED (850 nm ou 940 nm, FWHM 50 nm typique), (3) capot ou carénage pour empêcher l'incidence directe du soleil sur le détecteur. Les capteurs industriels (Omron, Keyence, Banner) sont conçus pour une immunité ambiante de 10 000 à 35 000 lux conformément à la norme IEC 60947-5-2. Pour les conditions extrêmes (lumière directe du soleil = 100 000 lux), utilisez une configuration à faisceau traversant ou des capteurs laser dotés d'un filtre spectral plus étroit.

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