Los interruptores ópticos son unos pequeños dispositivos muy interesantes que permiten detectar cosas sin contacto físico. He jugado mucho con ellos a lo largo de los años, sobre todo cuando construía sensores para equipos de automatización. Son básicamente una manera de convertir la luz en una señal de encendido / apagado, y el uso de Fototransistor de silicio de lugares como Bee Photon hace que sea sencillo y fiable.
Si se sumerge en diseño de conmutadores ópticos, Probablemente se pregunte cómo fabricar uno que funcione bien en situaciones reales. Hablamos de fototransistores ranurados o reflectantes, como los que se utilizan en contadores y detectores de posición. Y sí, los fototransistores Si PIN (es decir, fototransistores de silicio con una estructura PIN para mejorar la sensibilidad) son opciones sólidas en este caso, ya que amplifican la señal de luz muy bien.
He elaborado esta guía basándome en cosas prácticas que he hecho, además de lo que he visto que funciona mejor en aplicaciones prácticas. Vamos a cubrir los conceptos básicos, cómo construir un simple circuito fotointerruptor, Algunos consejos clave de diseño e incluso ejemplos reales en los que brillan. Empecemos.
¿Qué hace funcionar a un conmutador óptico?
En esencia, un interruptor óptico combina un LED infrarrojo con un fototransistor. El LED emite luz y el fototransistor la capta. Cuando algo bloquea el haz -como una bandera o un objeto que se desliza por una ranura-, el fototransistor deja de conducir la luz y ya está.
¿Por qué optar por la óptica en lugar de la mecánica? Al no haber piezas móviles, el desgaste es mucho menor. Los interruptores mecánicos pueden fallar tras millones de ciclos debido al rebote del contacto o al polvo, pero los ópticos suelen durar más de 100 millones de accionamientos sin sudar. Además, son inmunes al ruido eléctrico en algunas configuraciones, y los tiempos de respuesta pueden alcanzar los microsegundos.
Los fototransistores PIN de Si son ideales para esto porque la estructura PIN les proporciona un área activa mayor y una respuesta más rápida en comparación con los básicos. Los tiempos típicos de subida y bajada son de unos 5-15 microsegundos con cargas normales, lo bastante rápidos para la mayoría de las tareas de recuento o detección.
Fototransistor de Si Serie PTCP PTCP001-102
Fototransistor de silicio de alta sensibilidad diseñado para la detección de precisión en el rango espectral de 800-1100 nm. Este sensor IR de plástico negro garantiza un ruido mínimo y una alta fiabilidad. Ideal para aplicaciones industriales que requieren un fototransistor de silicio robusto con una excelente velocidad de respuesta.
Componentes básicos que necesitará
Para construir un diseño de conmutadores ópticos, coge estos:
- LED infrarrojo (la longitud de onda de 850-950 nm funciona mejor con detectores de silicio)
- Fototransistor de Si (como los de Bee Photon's Fototransistor de silicio alineación)
- Resistencias para limitar la corriente
- Fuente de alimentación (5 V es común)
- Quizás un comparador o un disparador Schmitt para una salida digital limpia
He aquí una tabla rápida de valores comunes que he utilizado:
| Componente | Valor típico/Parte | Por qué es importante |
|---|---|---|
| LED IR | 5mm, 940nm, 20-50mA corriente directa | Iguala la sensibilidad máxima de los fototransistores de Si |
| Fototransistor | Tipo PIN de Si, por ejemplo, serie PTCP | Alta ganancia (100-1000), buen tiempo de respuesta |
| Resistencia LED | 220-470Ω (para alimentación de 5 V) | Limita la corriente a niveles seguros |
| Resistencia de colector | 10k-100kΩ | Ajusta la oscilación y la velocidad de salida |
| Tensión de alimentación | 5-12V | Simplicidad y seguridad |
Estos datos son aproximados; consulte siempre las hojas de datos.
Paso a Paso: Construyendo un Circuito Foto Interruptor Ranurado
El tipo ranurado (también conocido como circuito fotointerruptor) es el clásico para aplicaciones de conmutación óptica. Es muy sencillo y muy fiable.
- Cablea el LED IR: Ánodo a +V mediante una resistencia, cátodo a masa. Apunta a 20-30mA - demasiado y se quemará, demasiado poco y la señal será débil.
- Lado del fototransistor: Colector a +V mediante resistencia pull-up (empezar con 47kΩ), emisor a masa. Salida tomada del colector.
- Alineación: En una configuración con ranuras, el LED y el fototransistor están uno frente al otro con una pequeña separación (3-5 mm normalmente). Cuando está despejado, la luz incide en el transistor, éste conduce y la salida pasa a nivel bajo. Si se bloquea, la salida es alta.
He construido docenas de este tipo para la detección de objetos. Una vez, en una instalación de cinta transportadora (manteniendo el anonimato), utilizamos fototransistores Si para contar las piezas que pasaban volando a velocidades decentes. La respuesta fue bastante rápida, sin fallos incluso a unos cientos por minuto.
Para hacerlo digital, añade un disparador Schmitt (como en un 74HC14) para los bordes afilados. Ayuda con el ruido.
Reflectante frente a transmisivo
- Transmisivo (ranurado): Haz interrumpido directamente. Ideal para un posicionamiento preciso.
- Reflectante: La luz rebota en el objeto y vuelve al detector. Práctico para proximidad sin ranura.
Ambos funcionan con fototransistores PIN de Si, pero los transmisivos suelen dar señales más limpias.
Consejos de diseño para mejorar el rendimiento
Por experiencia, esto es lo que desconcierta a la gente:
- Rechazo de la luz ambiente: Utilizar sólo IR y apantallar si está al aire libre. Muchos fototransistores de Si tienen filtros de luz diurna.
- Ajustes de velocidad: Menor resistencia de colector para una subida/caída más rápida, pero cuidado con la sensibilidad reducida. Tiempos típicos: 10µs de subida, 15µs de bajada.
- Ganancia y saturación: Los fototransistores amplifican - son comunes ganancias de más de 500. Evite saturar con demasiada luz; ralentiza el apagado.
- Eficiencia energética: Los LEDs parpadean si no necesitas un encendido constante - ahorra jugo en la batería.
En un proyecto de detección de discos giratorios para medir la velocidad, pulsamos el LED a 50% de servicio y obtuvimos pulsos limpios de hasta 10kHz.
Fototransistor de Si Serie PTCP PTCP001-202
Mejore sus soluciones de conmutación con este fototransistor NPN de 800-1100 nm. Perfecto para interruptores fotoeléctricos, ofrece una alta disipación de potencia de hasta 90 mW. Este fototransistor de silicio ofrece un rendimiento constante en entornos adversos de -40°C a +85°C.
Aplicaciones reales de conmutación óptica
No son sólo juguetes de laboratorio. En la industria:
- Recuento de objetos: Líneas transportadoras: detecta el paso de cajas o botellas.
- Detección de posición: Las impresoras las utilizan para detectar los bordes del papel.
- Codificadores: Discos ranurados para velocidad/posición del motor - mucho más fiables que los mecánicos.
- Enclavamientos de seguridad: Puertas o portones - la rotura del haz desencadena la parada.
Un cliente del sector de la automatización (sin dar nombres) cambió la mecánica por la óptica en un entorno con mucho polvo. Los tiempos de inactividad se redujeron drásticamente: se acabaron los fallos de contacto.
En comparación con los interruptores mecánicos, los ópticos no rebotan, tienen una vida útil más larga y no presentan riesgo de chispas en zonas explosivas.
Ajustes avanzados y solución de problemas
Si lo básico no es suficiente:
- Añadir resistencia de base para un apagado más rápido (reduce la carga almacenada).
- Utiliza fototransistores Darlington para una mega sensibilidad, pero más lentos.
- Para el ruido, opta por la luz diferencial o modulada.
Problemas habituales: Desalineación (el mayor problema), longitud de onda incorrecta o demasiada luz ambiental.
¿Por qué elegir fototransistores Bee Photon Si?
Hemos utilizado Bee Photon's Fototransistor de silicio en varias construcciones - rendimiento consistente, buena coincidencia espectral con los LEDs IR comunes, y documentación sólida. Si está creando un prototipo de diseño de conmutadores ópticos, son una apuesta segura.
PREGUNTAS FRECUENTES
¿Cuál es la principal ventaja de los interruptores ópticos sobre los mecánicos?
La ausencia de contacto físico se traduce en una vida útil más larga (a menudo más de 100 millones de ciclos frente a los 50 millones de los mecánicos), sin rebotes y mejor en entornos sucios. La respuesta también puede ser más rápida: a veces microsegundos frente a milisegundos.
¿Qué velocidad alcanzan los fototransistores PIN de Si en los conmutadores ópticos?
Tiempos típicos de subida/caída 5-20µs, dependiendo de la carga. Bueno para la mayoría de detección, hasta decenas de kHz de conmutación.
¿Se pueden utilizar en exteriores?
Sí, pero protégete de la luz solar o usa IR modulado para filtrar el ambiente. Muchos tienen filtros integrados.
¿Cuál es una forma sencilla de probar mi circuito fotointerruptor?
Conecta la salida a un LED o a un multímetro. Bloquea/desbloquea el haz y observa la oscilación del voltaje.
Si tiene preguntas sobre su aplicación de conmutación óptica o necesita piezas como fototransistores de Si, envíe un mensaje a info@photo-detector.com o comprobar https://photo-detector.com/contact-us/. Podemos enviarle presupuestos o ajustes personalizados, estaremos encantados de ayudarle a poner en marcha su proyecto.
