Fotoelektrik sensörler, optik özelliklerin çeşitli yoluyla foto-optik iş parçacıklarını algılar. Bu sensörlerin temel olarak bir ışık yayan birim (emitter) ve ışığı alan birim (receiver) şeklinde iki bileşeni bulunur. Emitör tarafından yayılan ışık, algılanan nesne tarafından kesintiye uğratıldığında veya yansıtıldığında, Receiver’a ulaşan ışık miktarında bir değişiklik meydana gelir. Receiver bu değişikliği algılar ve elektriksel bir çıktıya dönüştürür. Genellikle fotoelektrik sensörlerin ışık kaynağı kızılötesi veya görünür ışıktır.
Fotoelektrik sensörler, yaygın olarak kullanılan birçok çeşide sahiptir. Bu çeşitler arasında yayılımlı (diffuse-reflective), geçmeli (through-beam), retroreflektif (retro-reflective) ve mesafe ayarlanabilir sensörler bulunur. Ayrıca, entegre veya ayrık amplifikatörlü sensörler ve fiber üniteleri gibi farklı yapılandırmalara da sahiptirler.
Fotoelektrik Sensörlerin Özellikleri
Fotoelektrik sensörlerin birçok avantajı vardır:
- Uzun Algılama Mesafesi: Örneğin, geçmeli bir sensör, 10 metreden daha uzakta nesneleri algılayabilir. Bu, manyetik, ultrasonik veya diğer algılama yöntemleriyle mümkün değildir.
- Nesne Sınırlaması Olmaksızın Algılama: Bu sensörler, bir nesnenin ışığı kesintiye uğratması veya yansıtması prensibiyle çalışır, bu nedenle metal nesneleri algılama gibi Proximity Sensörlerine kıyasla sınırlı değillerdir. Bu, cam, plastik, ahşap ve sıvı gibi neredeyse her türlü nesneyi algılamak için kullanılabilecekleri anlamına gelir.
- Hızlı Tepki Süresi: Işık yüksek hızda hareket ettiği için ve sensör mekanik bir işlem gerçekleştirmediği için tepki süresi son derece hızlıdır. Tüm devreler elektronik bileşenlerden oluştuğu için mekanik işlemler gerçekleştirilmez.
- Yüksek Çözünürlük: Bu sensörlerle elde edilen inanılmaz yüksek çözünürlük, çok küçük bir nokta demeti ve ışığı alan benzersiz bir optik sistemden kaynaklanır. Bu gelişmeler, çok küçük nesneleri ve hassas konum algılama işlemini algılamayı mümkün kılar.
- Temassız Algılama: Fiziksel temas olmadan nesneler veya sensörlerin zarar görme olasılığı çok düşüktür. Bu, yıllar boyunca sorunsuz sensör hizmeti sağlar.
- Renk Tanıma: Bir nesnenin ışığı yansıtma veya emme hızı, yayılan ışığın dalga boyuna ve nesnenin rengine bağlıdır. Bu özellik renkleri algılamak için kullanılabilir.
- Kolay Ayarlama: Görsel ışık yayınlayan modellerle, ışın bir nesne üzerine yerleştirme işlemi basittir çünkü ışın görülebilir.
Fotoelektrik Sensörlerin Çalışma Prensipleri
Fotoelektrik sensörlerin çalışma prensipleri, ışığın özellikleri ve ışık kaynakları ile ilgilidir.
- Işık Özellikleri: Işık, düz bir çizgide hareket eder ve farklı ortamlardan geçerken düşük bir hızda kırılmaz. Ayrıca, düz bir yüzey, örneğin cam veya ayna, ışığı gelen açıyla yansıtır. Bu tür bir yansıma düzgün yansıma olarak adlandırılır. Bir köşe küpü, birbirine dik üç düz yüzeyin düzgün yansımalarını kullanarak bu prensipten yararlanır.
- Işık Kaynakları: Fotoelektrik sensörlerin çoğu, temel olarak ışığı sabit aralıklarla tekrarlayan şekilde yaydıkları nedeniyle darbeli modüle edilmiş ışık kullanır. Bu sistemle dış ışık müdahalesinin etkileri kolayca giderilebilir. Birbirine karışık ışık ve dış ışık müdahalesini ele almak için karşılıklı müdahale korumasına sahip modellerde, emisyon döngüsü belirli bir aralıkta değiştirilir.
- Işık Kaynağı Rengi ve Türü: Fotoelektrik sensörler genellikle LED’ler gibi ışık kaynakları kullanır. LED’lerden yayılan ışık dikey ve yatay yönde salınım yapar ve polarize olmayan ışık olarak adlandırılır. Polarize olmayan ışığın salınımlarını sadece bir yönde sınırlayan optik filtreler vardır. Bunlara polarize filtreler denir. Bir polarize filtreden geçen bir LED ışığı sadece bir yönde salınır ve polarize ışık olarak adlandırılır. Bir yönde salınan polarize ışık (örneğin dikey yönde) başka bir yöndeki salınımları (örneğin yatay yönde) sınırlayan bir polarize filtreden geçemez. Retro-reflective sensörlerdeki MSR fonksiyonu ve Through-beam sensörlerdeki Mutual Interference Protection Filter aksesuarı bu prensibe dayanır.
Fotoelektrik Sensörlerin Sınıflandırılması
Fotoelektrik sensörler, algılama yöntemlerine ve yapılandırmalara göre sınıflandırılır.
Algılama Yöntemine Göre Sınıflandırma
- Geçmeli Sensörler: Geçmeli sensörlerde, Emitör ve Receiver birbirine karşı konumlandırılır ve Emitörden gelen ışığın Receiver’a girmesine izin verir. Emitör ve Receiver arasından geçen bir algılama nesnesi yayılan ışığı kesintiye uğratır ve Receiver’a giren ışığın miktarını azaltır. Bu azalmış ışık yoğunluğu bir nesneyi algılamak için kullanılır.
- Yayılımlı Sensörler: Yayılımlı sensörlerde, Emitör ve Receiver aynı kasanın içine yerleştirilir ve normalde ışık Receiver’a geri dönmez. Emitörden gelen ışık algılama nesnesine çarptığında, nesne ışığı yansıtır ve bu ışık Receiver’a girer ve ışığın yoğunluğu artar. Artan ışık yoğunluğu nesneyi algılamak için kullanılır.
- Retroreflektif Sensörler: Retroreflektif sensörlerde, Emitör ve Receiver aynı kasanın içine yerleştirilir ve Emitörden gelen ışık genellikle karşı tarafta yer alan bir Reflektör tarafından Receiver’a geri yansıtılır. Algılama nesnesi ışığı kesintiye uğrattığında, alınan ışığın miktarı azalır. Bu azalmış ışık yoğunluğu nesneyi algılamak için kullanılır.
- Mesafe Ayarlanabilir Sensörler: Mesafe ayarlanabilir sensörlerde, Sensördeki Receiver 2 parçalı bir fotodiyot veya bir konum algılayıcıdır. Algılama nesnesinden yansıyan ışık Receiver üzerine yoğunlaşır. Algılama, ışığın yoğunlaştığı noktaya bağlı olduğu için triangülasyon prensibine dayanır. Sensördeki fotodiyotun bir ucuna N (yakın) ucu, diğer ucuna da F (uzak) ucu denir. Algılama nesnesi önceden belirlenen konuma ulaştığında, yansıyan ışık N ucu ile F ucu arasında ortalanır ve her iki uçtaki fotodiyotlar eşit miktarda ışık alır. Algılama nesnesi Sensörden daha yakınsa, yansıyan ışık N ucunda yoğunlaşır. Algılama nesnesi Sensörden daha uzakta ise, yansıyan ışık F ucunda yoğunlaşır. Sensör, N ucundaki ışık yoğunluğu ile F ucundaki ışık yoğunluğu arasındaki farkı hesaplayarak algılama nesnesinin konumunu belirler.
Yapılandırmaya Göre Sınıflandırma
Fotoelektrik sensörler, bileşenlerin nasıl yapılandırıldığına bağlı olarak aşağıdaki gibi sınıflandırılır:
- Ayrık Amplifikatörlü Sensörler: Geçmeli sensörlerde Emitör ve Receiver ayrı bileşenlerdir, Reflektif sensörlerde ise entegre bir Emitör ve Receiver vardır. Amplifikatör ve Kontrolör ise tek bir Amplifikatör Ünitesinde yer alır.
- Entegre Amplifikatörlü Sensörler: Bu tür sensörlerde, güç kaynağı hariç, her şey entegredir. (Geçmeli sensörler, sadece Emitörden oluşan Emitör ve Receiverdan oluşan Receiver, Amplifikatör ve Kontrolör ile bölünür.) Güç kaynağı ayrı bir ünitedir.
- Entegre Güç Kaynaklı Sensörler: Bu sensörlerde Güç Kaynağı, Emitör ve Receiver aynı kasa içine yerleştirilir.
- Alan Sensörleri: Alan Sensörü, birden fazla ışın içeren bir çift Emitör ve Receiverdan oluşan bir Geçmeli Sensördür. Sensörün algılama genişliğini uygulamaya uygun olarak seçin.
Bu sınıflandırmalar, fotoelektrik sensörlerin farklı yapılandırmalarını ve uygulama alanlarını tanımlamak için kullanılır.
Fotoelektrik sensörler, geniş bir uygulama yelpazesinde nesneleri algılamak ve izlemek için kullanılan önemli bir teknolojidir. Bu sensörlerin birçok avantajı vardır, bu da onları endüstriyel otomasyon sistemlerinde vazgeçilmez hale getirir. Algılama mesafeleri, nesne sınırlaması olmaksızın algılama yetenekleri, hızlı tepki süreleri ve yüksek çözünürlükleri, fotoelektrik sensörleri birçok endüstriyel uygulama için ideal hale getirir.
Fotoelektrik sensörlerin çalışma prensipleri ve sınıflandırmaları, bu teknolojinin temelini oluşturur. Algılama yöntemlerine ve yapılandırmalara bağlı olarak, farklı sensör tipleri farklı uygulama gereksinimlerini karşılamak üzere tasarlanmıştır. Bu nedenle, doğru sensörü seçmek için uygulama gereksinimlerini anlamak ve sensörlerin özelliklerini dikkate almak önemlidir.
Fotoelektrik sensörler, endüstriyel otomasyon sistemlerinde yaygın olarak kullanılan önemli bir bileşendir. Bu sensörlerin çalışma prensiplerini ve sınıflandırmalarını anlamak, doğru seçimleri yapmak ve bu teknolojiden en iyi şekilde yararlanmak için önemlidir.