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Sensor

光学式近接センサー範囲

光学式近接センサーの構成を検出係数で比較します。エミッターパワー、検出器の感度、反射率のトレードオフを解析します。

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公式

Drel=√(Pe×Rd×(Rt/100))/SF[dimensionlessrelativefactor]D_rel = √(P_e × R_d × (R_t/100)) / SF [dimensionless relative factor]
P_e— エミッターパワー (mW)
R_d— 検出器の応答性 (A/W)
R_t— ターゲット反射率 (0 ～ 100%) (%)
SF— 安全係数 (≥1)

仕組み

この計算機は、エミッターパワー、検出器の感度、ターゲットの反射率に基づいて光学近接センサーの検出範囲を推定します。これは、産業オートメーションエンジニア、ロボット開発者、および家庭用電化製品の設計者にとって不可欠です。光学センサーは LED から赤外光 (通常は 850～950 nm) を放出し、フォトダイオードまたはフォトトランジスタで反射光または透過光を検出します。受信電力は、拡散反射については P_rx = P_tx R_target A_rx / (pi d^2) に従います。ここで、 P_tx はエミッタ電力 (標準10〜100 mW)、 R_target は反射率 (0.05-0.95)、 A_rx は検出器の開口、dは距離です。 P_rx > P_threshold (通常は 1 ～ 100 nW) の場合に検出が行われます。最大検出範囲はIEC 60947-5-2に従って sqrt(P_tx R_target / P_threshold). で、メーカーは反射率90％のホワイトターゲット（コダックテストカード）の範囲を指定しています。他のターゲットの場合、 sqrt(R_actual/0.9). LEDエージングによるディレートにより、定格寿命（ビシェイ社によると50,000〜100,000時間）にわたって出力が30〜50％減少し、範囲の計算に1.5〜2倍の安全係数が必要になります。

計算例

問題:コンベアパッケージ検出用の光学式プレゼンスセンサーを指定してください。パッケージは茶色の厚紙 (反射率 40%) です。最大距離は 200 mm です。環境には 5000 ルクスの環境光があります。

解決策: 1。90% のターゲットに必要な範囲: d_90 = 200 sqrt (0.9/0.4) = 200 1.5 = 300 mm

  1. エージング時の安全係数が1.5倍の場合: d_spec = 300 * 1.5 = 450 mm の必要な公称範囲
  2. オムロン E3Z-D62 (400 mm レンジ、バックグラウンドサプレッション、850 nm LED) を選択してください。
  3. 環境耐性の検証:E3Z定格光量10,000ルクス (5000ルクス以上の要件)
  4. マウント角度:光沢のあるテープからの鏡面反射を避けるため、垂直方向に10度ずれています。
  5. 検出マージン:400/300 = 1.33 (計算された最小値を 33% 上回るマージン)
  6. 応答時間:1 ミリ秒 = 200 mm の間隔で最大 1000 パッケージ/秒

結果：400mmのレンジを備えたオムロンE3Z-D62は、周囲5000ルクスの距離で200 mmの距離で 40% の反射ターゲットに対して十分なマージンが得られます。

実践的なヒント

  • ✓10-50 kHzのパルス（変調）エミッタと同期検出を使用すると、DC動作の100〜1000倍の周囲光除去が可能になります。これにより、IEC 60947-5-2試験方法に従い、直射日光下での屋外動作が可能になります。
  • ✓正確な距離測定（存在だけでなく）には、単純な反射型近接ではなく、三角測量センサー（Sharp GP2Y0A02、20〜150 cm）または飛行時間センサー（VL53L1X、範囲4 m、精度+/ -3%）を使用してください
  • ✓バナーエンジニアリングアプリケーションガイドによると、エミッタとディテクタを5～15度の角度で取り付けて反射型近接させると、拡散ターゲットに対する感度が向上し、近距離での直接光クロストークが減少します。

よくある間違い

  • ✗最大定格範囲がすべてのターゲットで機能すると仮定します。メーカー仕様は白色リフレクター90％、ブラックゴム（反射率 5%）は範囲を sqrt(90/5) = 4.2倍に縮めます。400 mmセンサーはわずか95 mmで黒いターゲットを検出します
  • ✗LEDの経年劣化を無視：赤外LEDの放射強度は、定格寿命が50,000時間を超えると30〜50％低下します。Vishay VSMS3700データシートによると、初期出力ではなく、1.5〜2倍の安全係数を使用して耐用期間終了時の性能を考慮した設計
  • ✗周囲光による干渉の回避:明るい白熱灯や太陽光により検出器が飽和し、検出漏れの原因となります。10,000ルクス以上の耐性を実現するには、光学バンドパスフィルタとパルス変調を備えたセンサをご指定ください。

よくある質問

拡散（近接）センサーは、エミッターとディテクターを同じハウジング内に備え、ターゲット表面から反射された光を検出します。範囲は反射率（標準1〜500 mm）によって異なります。設置が最も簡単ですが、ターゲットの色に影響されます。再帰反射型センサーは、センシングギャップを越えてコーナーキューブ型リフレクターからの光を検出します。検出範囲は 10 m で、検出範囲はターゲットに依存せず（ビームを遮断）しますが、リフレクターを取り付ける必要があります。スルービームセンサーは、エミッターとディテクターを向かい合わせに配置します。検出範囲は 60 m までで、最も信頼性の高い検出 (ビームブレーク) ですが、両側に配線が必要です。SickとBannerのセレクションガイドに従い、過酷な環境にはスルービーム、長距離にはレトロタイプ、設置が簡単なディフューズタイプを選択してください。
反射率は大きく異なります。白い紙85〜95％、灰色のプラスチック30〜60％、裸のアルミニウム60〜75％（鏡面角に依存）、茶色の段ボール30〜50％、黒いゴム3〜8％。範囲は sqrt (反射率) でスケーリングされるため、反射率が 10 倍低くなると、範囲は 3.2 倍減少します。定格400 mmの白いターゲット用のセンサーは、280 mmで灰色のプラスチック、260 mmで厚紙、95 mmで黒いゴムを検出します。必ず実際のターゲット材料で検出結果を確認し、IEC 60947-5-2に従って最悪の場合 (最も汚く、最も暗い) 条件でテストしてください。
はい、適切な仕様で。要件:(1) DC太陽光を遮断する同期検出器を備えた変調エミッタ (10-100 kHzパルス)、(2) LED波長 (850 nmまたは940 nm、標準50 nm FWHM) に適合した光学バンドパスフィルタ、(3) 検出器への直射日光の入射を防ぐためのフードまたはシュラウド産業用センサー（オムロン、キーエンス、バナー）は、IEC 60947-5-2に準拠した10,000〜35,000ルクスの環境耐性を備えています。極端な条件 (直射日光 = 100,000 ルクス) では、透過ビーム構成またはより狭いスペクトルフィルターのレーザーセンサーを使用してください。

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