¿Alguna vez se ha preguntado por qué algunos sensores utilizan la luz para medir los cambios? Este artículo explora las fascinantes diferencias entre los sensores de fibra óptica y los sensores fotoeléctricos. Aprenderá cómo funcionan estos sensores, sus ventajas únicas y sus aplicaciones prácticas. Al final, tendrá una idea clara de qué tipo de sensor puede ser el más adecuado para sus necesidades en diversos entornos industriales.
Los sensores de fibra óptica son dispositivos que transforman el estado de un objeto medido en una señal óptica detectable.
El principio de funcionamiento de un sensor de fibra óptica consiste en dirigir la luz de una fuente a través de una fibra óptica hacia un modulador.
Dentro del modulador, la luz interactúa con los parámetros externos que se miden, provocando cambios en propiedades ópticas como la intensidad, la longitud de onda, la frecuencia, la fase y el estado de polarización.
El resultado es una señal óptica modulada, que se transmite a través de la fibra óptica a los dispositivos fotónicos y, tras la demodulación, arroja el parámetro medido. Durante todo el proceso, el haz de luz se canaliza hacia y desde el modulador a través de la fibra óptica.
El papel principal de la fibra óptica es transmitir el haz de luz y, en segundo lugar, funcionar como modulador de la luz.
En comparación con los sensores tradicionales, los sensores de fibra óptica presentan varias ventajas únicas. Utilizan la luz como soporte de la información sensible y la fibra óptica como medio para transmitirla.
Esto las dota de las características tanto de la fibra óptica como de las mediciones ópticas, como un excelente aislamiento eléctrico, gran resistencia a las interferencias electromagnéticas, no invasividad, alta sensibilidad, capacidad de control a larga distancia, resistencia a la corrosión, propiedades a prueba de explosiones y trayectorias luminosas flexibles que se conectan fácilmente a los ordenadores.
Los sensores evolucionan para ser más sensibles, precisos, adaptables, compactos e inteligentes. Pueden funcionar en lugares inaccesibles para el ser humano, como zonas de altas temperaturas o zonas peligrosas como las de radiación, sirviendo como extensiones de nuestros sentidos.
Además, pueden sobrepasar los límites fisiológicos humanos, captando información externa más allá de nuestras percepciones sensoriales.
Los sensores fotoeléctricos son dispositivos que convierten las señales ópticas en señales eléctricas. Su funcionamiento se basa en el efecto fotoeléctrico.
El efecto fotoeléctrico se refiere al fenómeno por el cual los electrones de ciertos materiales absorben la energía de los fotones y producen el correspondiente efecto eléctrico.
El efecto fotoeléctrico se clasifica en tres tipos: efecto fotoeléctrico externo, efecto fotoeléctrico interno y efecto fotovoltaico.
Los dispositivos fotónicos incluyen fototubos, tubos fotomultiplicadores, fotorresistencias, fotodiodos, fototransistores y células solares, entre otros. Se han analizado el rendimiento y las curvas características de estos dispositivos.
Los sensores fotoeléctricos utilizan dispositivos fotónicos como componentes de conversión. Pueden detectar magnitudes físicas no eléctricas que provocan directamente cambios en las cantidades de luz, como la intensidad luminosa, la iluminación, la medición radiométrica de la temperatura y el análisis de la composición de los gases.
También pueden detectar otras magnitudes no eléctricas que pueden convertirse en cambios en las cantidades de luz, como el diámetro de las piezas, rugosidad superficial, deformación, desplazamiento, vibración, velocidad, aceleración, así como la forma de los objetos y la identificación de su estado operativo.
Los sensores fotoeléctricos son sensores sin contacto, de respuesta rápida y fiables, por lo que se utilizan ampliamente en la automatización industrial y la robótica.
La continua aparición de nuevos dispositivos fotónicos, especialmente los sensores de imagen CCD, ha abierto un nuevo capítulo en la aplicación de los sensores fotoeléctricos.
Tanto los sensores de fibra óptica como los sensores fotoeléctricos son dos sensores típicos muy utilizados en las mediciones de producción.
Las distinciones entre ellos se analizarán en términos de principios y aplicaciones.
(1) Sensores fotoeléctricos:
Estos sensores utilizan componentes fotoeléctricos como elementos de detección. En primer lugar, convierten los cambios medidos en cambios en las señales ópticas y, a continuación, utilizan los componentes fotoeléctricos para transformar las señales ópticas en señales eléctricas.
Los sensores fotoeléctricos suelen constar de una fuente de luz, una trayectoria óptica y componentes fotoeléctricos.
(2) Sensores de fibra óptica:
Estos sensores transmiten la luz desde una fuente a través de fibras ópticas hasta un modulador.
Los parámetros que deben medirse interactúan con la luz que entra en la región de modulación, lo que provoca cambios en propiedades ópticas como la intensidad, la longitud de onda, la frecuencia, la fase y el estado de polarización.
Esto se denomina luz de señal modulada. Tras transmitirse a través de las fibras ópticas a un detector de luz y demodularse, se obtienen los parámetros medidos.
(1) Aplicaciones de los sensores fotoeléctricos:
Control de la turbidez del polvo:
Una de las tareas vitales para la protección del medio ambiente es prevenir la contaminación por polvo industrial. Para mitigar la contaminación por polvo industrial, primero hay que determinar la cantidad de polvo emitido, por lo que es necesario supervisar las fuentes de humo y polvo para visualizarlas automáticamente y superar los límites de alarma.
La turbidez de los gases de combustión se detecta por el cambio en la transmisión de la luz dentro del conducto. Si aumenta la turbidez, la luz emitida por la fuente luminosa es absorbida y refractada en mayor medida por las partículas de polvo, lo que reduce la luz que llega al detector.
En consecuencia, la intensidad de la señal de salida del detector de luz puede reflejar cambios en la turbidez de la chimenea.
Utilización de fotocélulas en fotodetección y control automático:
Cuando se utiliza para la fotodetección, el principio básico de una fotocélula es similar al de un fotodiodo.
Sin embargo, sus estructuras fundamentales y procesos de fabricación no son totalmente idénticos.
Las fotocélulas no necesitan una tensión externa para funcionar; tienen una alta eficiencia de conversión fotoeléctrica, un amplio rango espectral, buenas características de frecuencia y bajo ruido.
Así, se utilizan ampliamente en la lectura fotoeléctrica, el acoplamiento optoelectrónico, la medición óptica por rejilla, la colimación láser, la reproducción del sonido de películas, los monitores de luz ultravioleta y los dispositivos de protección contra las llamas para turbinas de gas.
(2) Aplicaciones de los sensores de fibra óptica:
Los sensores de fibra óptica se emplean para medir diversas magnitudes físicas, como la contaminación de aislantes, el magnetismo, el sonido, la presión, la temperatura, la aceleración, los giroscopios, el desplazamiento, el nivel de líquido, el par, los efectos fotoacústicos, la corriente y la deformación.
Como fundador de MachineMFG, he dedicado más de una década de mi carrera a la industria metalúrgica. Mi amplia experiencia me ha permitido convertirme en un experto en los campos de la fabricación de chapa metálica, mecanizado, ingeniería mecánica y máquinas herramienta para metales. Estoy constantemente pensando, leyendo y escribiendo sobre estos temas, esforzándome constantemente por mantenerme a la vanguardia de mi campo. Deje que mis conocimientos y experiencia sean un activo para su empresa.
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