Fotocellule: che cosa sono e come funzionano

Le fotocellule, note anche come sensore fotoelettrico o sensori ottici, sono dispositivi utilizzati per rilevare e/o misurare la distanza. Identificano la presenza o assenza di un oggetto utilizzando una sorgente ottica, solitamente infrarossa, e un ricevitore fotoelettrico.

Fotocellule: che cosa sono

Le fotocellule sono apparecchi elettronici che sfruttano un fenomeno chiamato effetto fotoelettrico, fenomeno che si verifica quando un metallo, colpito da una radiazione luminosa con determinate caratteristiche, emette elettroni. Il risultato è la produzione di corrente elettrica. Le versioni più semplici di fotocellule sono costituite da un tubo a vuoto (detto fototubo), al cui interno si trovano anodo e catodo, due elettrodi. Quando il catodo, caricato negativamente, è colpito dalla luce, emette un fascio di elettroni che sono attirati verso l’anodo. È questo il modo in cui si produce corrente elettrica all’interno della cellula. L’intensità della corrente aumenta con l’aumentare della radiazione luminosa. Oggi vengono utilizzate principalmente fotocellule a semiconduttore, che si basano sull’utilizzo di materiali come il silicio, dalle proprietà elettriche a metà strada tra quelle dei metalli e quelle degli isolanti. In questo caso, la luce irradia la cella e produce tensione elettrica nei cristalli di silicio, che può essere prelevata attraverso gli elettrodi.

Quanti tipi di fotocellule ci sono

Le fotocellule sono dispositivi utilizzati in numerosi contesti industriali per la rilevazione di oggetti, la misurazione di distanze o per scopi di sicurezza. Esistono diverse tipologie di fotocellule, ognuna con caratteristiche e applicazioni specifiche. Le principali tipologie includono:

• Fotocellule a barriera (o a raggio infrarosso): queste fotocellule funzionano tramite un trasmettitore che emette un raggio di luce, generalmente infrarossa, verso un ricevitore. Quando un oggetto interrompe il raggio, il ricevitore ne rileva l’assenza e attiva un segnale. Sono utilizzate per la rilevazione di oggetti e per sistemi di sicurezza, ad esempio per rilevare la presenza di persone o oggetti in aree pericolose. I sensori fotoelettrici a barriera sono meno suscettibili alle interferenze, perché la luce percorre il percorso in una sola direzione. Si possono coprire lunghe distanze, fino a 20 m.
• Fotocellule a riflessione: in questo tipo, trasmettitore e ricevitore sono collocati nello stesso alloggiamento e la luce emessa viene riflessa da un oggetto verso il ricevitore. L’interruzione della luce riflessa indica la presenza dell’oggetto. Sono utili per il rilevamento di oggetti in spazi ristretti.
• Fotocellule a fibra ottica: utilizzano cavi in fibra ottica per guidare la luce dal trasmettitore al ricevitore. La configurazione flessibile delle fibre consente di utilizzare queste fotocellule in spazi ristretti o in ambienti con requisiti di installazione complessi. Sono adatte per il rilevamento di piccoli oggetti o per applicazioni in ambienti ad alta temperatura o corrosivi.
• Fotocellule a ultrasuoni: non si basano sulla luce ma su onde ultrasoniche. Sono utili per la rilevazione di oggetti trasparenti o di materiali che non riflettono bene la luce, oltre che per la misurazione di distanze.
• Fotocellule di prossimità (o anche capacitive e induttive): rilevano la presenza di un oggetto senza necessità di un contatto fisico, basandosi su variazioni del campo elettromagnetico o capacitivo. I sensori induttivi sono tipicamente utilizzati per rilevare oggetti metallici, mentre quelli capacitivi possono rilevare la presenza di materiali non metallici.

Sensori fotoelettrici, le principali applicazioni in ambito industriale

Le fotocellule trovano numerose applicazioni in ambito industriale grazie alla loro capacità di rilevare presenze e assenze, eventualmente, misurare distanze e identificare variazioni di luce con alta precisione e affidabilità. Alcune delle principali applicazioni includono:

• Controllo di linea e automazione: le fotocellule sono ampiamente utilizzate nelle linee di produzione per rilevare la presenza o l’assenza di oggetti, oppure per controllare la posizione dei pezzi in lavorazione con lo scopo di contribuire all’automazione dei processi produttivi.
• Sicurezza industriale: installate in prossimità di macchinari pericolosi, le fotocellule fungono da dispositivi di sicurezza interrompendo automaticamente il funzionamento delle macchine quando rilevano la presenza di una persona o di un oggetto in una zona pericolosa, contribuendo a prevenire infortuni sul lavoro.
• Logistica e magazzinaggio: nell’ambito della logistica, le fotocellule sono utilizzate per il monitoraggio dei nastri trasportatori, la gestione degli stock e il controllo degli accessi nei magazzini, garantendo un flusso efficiente dei materiali e la corretta gestione delle scorte.
• Packaging: le fotocellule sono impiegate per controllare il posizionamento degli oggetti sulle linee di imballaggio, verificare la presenza di etichette, sigilli o coperchi e assicurare che il confezionamento avvenga correttamente e senza interruzioni.
• Controllo qualità: utilizzate per ispezionare i prodotti in fase di produzione, le fotocellule possono rilevare difetti, variazioni di colore o dimensionali, assicurando che solo i prodotti che soddisfano determinati standard qualitativi procedano ulteriormente nella catena di produzione.
• Sistemi di conteggio: le fotocellule sono impiegate per contare pezzi, componenti o prodotti su linee di produzione e in applicazioni di packaging, fornendo dati accurati per l’inventario, la pianificazione della produzione e altre esigenze logistiche.
• Rilevamento di livello: in ambito industriale, le fotocellule sono utilizzate per monitorare i livelli di materiali solidi o liquidi contribuendo a gestire le scorte e a prevenire traboccamenti o esaurimenti.

Queste applicazioni dimostrano la versatilità delle fotocellule e il loro ruolo fondamentale nell’ottimizzazione dei processi industriali, nel miglioramento della sicurezza e nell’incremento dell’efficienza produttiva. ... leggi tutto