Fotoelektrik sensörler onlarca yıldır modern yaşamın bir parçasıdır ve en sık kullanılan sensör türlerinden biri olmaya devam etmektedir. Bu teknolojinin arkasındaki bilim Albert Einstein’ın 1905’teki “fotoelektrik etki” teorisine kadar uzanmaktadır. Einstein, ışık enerjisinin uzayda konsantre demetler (fotonlar) halinde hareket ettiğini ve metal yüzeylerle çarpıştıklarında elektronları serbest bıraktıklarını öne sürmüştür. Bu nedenle, ışık enerjisi elektrik enerjisine dönüştürülebilir ve elektrik akımı oluşturmak için kullanılabilir. Çığır açan teorisi R. A. Millikan tarafından 1914 ve 1916’da yapılan deneylerde kanıtlandı ve 1940’ların sonlarında mühendisler ışık algılama devrelerinde kullanılmak üzere fotoiletken hücreler geliştirdiler.
Bir fotoelektrik sensör, yönlendirilmiş bir ışık demetini alarak ya da almayarak çalışır. Işın kesintisiz ise fotoseller foton alır, ancak kesintiye uğrarsa almazlar. Sensör bu değişimin ne zaman gerçekleştiğini algılar. Bu ikili “açık veya kapalı” davranışı basit olsa da, bu algılama yöntemi için pratik uygulamalar neredeyse sınırsızdır.
Fabrikaları fotoelektrik sensörlerle donatmak otomasyonu mümkün kılmaya yardımcı olur; çünkü sensörler fiziksel nesnelerin (üretilen ve paketlenen ürünler gibi) varlığını veya yokluğunu algılar ve düzenli aralıklarla belirli işlevleri yerine getiren makinelere elektrik sinyalleri gönderir. Fotoelektrik sensörler hala son derece popülerdir ve son yıllarda yapılan çok sayıda yenilik, onları çok çeşitli uygulamalar için son derece güvenilir, kompakt, güçlü ve uygun maliyetli hale getirmiştir.
Tasarım İyileştirmeleri ve Yeni Özellikler
Banner‘ın fotoelektrik sensörlerdeki son gelişmelerinden bazıları, algılama aralıklarını iyileştiren, yetenekleri artıran ve maliyetleri düşüren üretim sürecindeki iyileştirmeleri içerir. Örneğin, birçok sensörde artık cam yerine enjeksiyon kalıplı plastik lensler kullanılıyor. Bu durum, rekabetçiliğini artırır ancak aynı düzeyde optik doğruluk sağlar. Plastik mercekler, cam merceklere göre daha hafif olmaları ve hatta bazı durumlarda algılama aralığını artırmaları açısından bazı ek avantajlar sağlamaktadır. Bir sensöre yeni özellikler eklemek bir zamanlar daha fazla fiziksel bileşene sahip yeni dahili devre kartı katmanları eklemeyi gerektiriyordu. Ancak tasarım felsefeleri gelişti ve artık birçok özellik dijital olarak geliştirilebiliyor. Mühendisler, daha iyi performans, daha yüksek hızlar, daha iyi ortam ışığı bağışıklığı ve diğer yükseltmeleri mümkün kılan güncellenebilir ASIC çipleriyle fotoelektrik sensörleri zaman içinde geliştirdiler.
Elektronik mühendisliği ve tasarımındaki gelişmeler, Banner Q2X Serisindeki gibi minyatür cihazlarda bile daha güçlü, daha parlak ışığa (aşırı kazanç olarak ölçülür) sahip sensörler oluşturmayı mümkün kılmıştır. Bazı sensör alıcıları, yansıyan ışık demetinin açısını kaydeder ve bu, her ikisi de aynı renkte olsa bile, arkasındaki yüzeyle kontrast oluşturan bir hedefin konumunu üçgenleyerek arka plan bastırma için kullanılabilir.
Otomatik üretim için bir başka büyük yenilik de, kullanıcıların sensörlerinden daha fazla değer elde etmelerini sağlayan açık bir iletişim protokolü olan IO-Link’tir. Bir sensöre IO-link ile bağlanmak, eski bir sensörden elde edebileceğinizden daha fazla veri yakalamanızı sağlar. Bu, sensörlerin veri analizine katkıda bulunabileceği, fabrika genelinde performans iyileştirmeleri yapmak, üretkenliği artırmak, kestirimci bakım için bir temel sağlamak ve beklenmedik arıza sürelerini önlemek için içgörüler sağlayabileceği anlamına gelir. Bu, Banner’ın Snap Signal ürün serisinin temel felsefesidir. Örneğin, IO-Link sensörleri doğrudan DXMR90-4K IO-link Master/Controller üzerindeki IO-link portlarına bağlanabilir. Ardından, bu sinyal verileri gerçek zamanlı durum izleme için bulut tabanlı bir çevrimiçi gösterge panosuna aktarılabilir. Veriler ayrıca bir PLC, HMI veya SCADA sistemine de gönderilebilir.
Ayrık Sinyaller ve Uygulamaları
Yayılan bir ışık demetinin kesilip kesilmediğini ölçen sensörler ikili veya ayrık bir elektronik sinyal oluşturur. Ancak bazı sensörler bunun yerine analog elektronik sinyaller iletir, bu durumda belirli bir aralıktaki değişken tepkilere atıfta bulunur. Örneğin, analog sinyaller ileten fotoelektrik sensörler, fiziksel mesafedeki değişiklikleri tespit ederek nesnelerin kesin konumunu belirlemek için kullanılabilir. Bunu başarmanın bir yöntemi, bir sensörün yayılan ışık fotonlarının bir hedefe çarpması ve alıcıya geri yansıması için geçen süreyi (nanosaniye cinsinden) izlediği uçuş süresi (ToF) algılamasıdır.
Lazerler analog fotoelektrik algılama için kullanılabilir. Bir lazer sensör teknik olarak fotoelektriktir, çünkü bir ışık demeti yayarak ve alarak çalışır. Bununla birlikte, LED tabanlı bir fotoelektrik sensörle karşılaştırıldığında, lazer sensörler son derece dar ve hassas bir ışın yayar. Lazerler, örneğin nesne yüzeylerinin değişen topografyasını algılamak gibi hassas mesafeleri ölçmek için sıklıkla kullanılır. Ancak sektör genelinde üretim maliyetlerinin düşmesiyle birlikte fotoelektrik sensörler ile lazer sensörler arasındaki fark azalmaya başlamıştır ve artık birçok endüstriyel uygulamada analog uygulamaların yanı sıra ayrık uygulamalar için de lazer sensörler kullanılmaktadır.