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La inmunidad a la luz (y cómo se usa en barreras fotoeléctricas)

Descubra cómo funciona la inmunidad a la luz y cómo la ha aprovechado MEMCO para usarla en su gama de soluciones con barrera fotoeléctrica.

Breve introducción a la detección con barrera fotoeléctrica

Las barreras fotoeléctricas se emplean para proteger a los ocupantes y las mercancías al desplazarse entre la cabina de un ascensor y el suelo de la planta. Se trata de dispositivos optoelectrónicos que pueden detectar la presencia de un objeto en su «zona de detección», e indicar a las puertas del ascensor que vuelvan a abrirse si se activan. Las barreras fotoeléctricas de MEMCO se usan en todo el mundo y están instaladas en más de un cuarto de millón de ascensores cada año.

Las barreras fotoeléctricas se suministran en pares de unidades: los bordes transmisores y los receptores. El borde transmisor contiene normalmente entre 8 y 48 diodos emisores de luz infrarroja (IR) que emiten haces horizontales y diagonales a través del vano de la puerta hasta el borde receptor, que contiene un número de células fotoeléctricas correspondiente. Estas células leen la presencia o ausencia (en caso de obstrucción) del haz y transmiten la señal correspondiente al controlador de la cabina. Por lo tanto, cuando un haz horizontal o diagonal se ve interrumpido por la presencia de un ocupante que entra o sale de la cabina, el dispositivo transmisor del borde receptor señaliza el cambio de estado y el controlador vuelve a abrir la puerta del ascensor.

Normalmente, a mayor número de LED y células fotoeléctricas, mejor es la cobertura en la zona de detección; más haces (o una mayor densidad de haces) permiten una mejor detección regular de objetos más pequeños en dicha zona. La reciente legislación de la norma EN81-20 estipula que un objeto de 50 mm debe poder detectarse en cualquier punto de la zona de detección.

A continuación aparece el patrón de haces en las barreras fotoeléctricas MEMCO con una separación de 1,2 m con 20, 36 y 40 diodos (Figura 1). Los productos E10 36 y E10 40 pueden detectar un objeto de 50 mm en todos los puntos de sus zonas de detección.

Figura 1: Patrones de haces de barreras fotoeléctricas MEMCO con 20, 36 y 40 diodos respectivamente, a una distancia de 1200 mm.

Las barreras fotoeléctricas de MEMCO utilizan la luz IR como método de detección. Por este motivo, es importante tomar precauciones para garantizar que no sean susceptibles a la intromisión de otras fuentes de luz, especialmente las que tienen un gran componente de IR, como la luz del sol. Las barreras fotoeléctricas, además, deben ser resistentes, aguantar bien la humedad, el polvo y las partículas, y presentar inmunidad a las descargas electromagnéticas y las interferencias de radiofrecuencias.

La inmunidad a la luz de las barreras fotoeléctricas no es suficiente para una aplicación determinada, ya que la barrera podría activarse sin que se presente ninguna obstrucción o, lo que sería más alarmante, podría no activarse si se presenta alguna obstrucción. Una inmunidad a la luz insuficiente suele causar una reducción de la sensibilidad, por lo que sería posible que los objetos más pequeños no se detectaran.

Para diseñar una barrera fotoeléctrica con una buena inmunidad a la luz, primero debemos comprender la naturaleza de la interferencia en sí.

Interferencia de luz natural y artificial

En la Figura 2 aparece una caracterización del espectro de la radiación solar. Puede verse que, a pesar de que la atmósfera absorbe una gran parte de la energía de la luz solar, más del 50 % de la radiación solar detectada al nivel del mar son rayos IR. Si lo analizamos más de cerca, existe una reducción abrupta en el espectro de IR en las bandas de longitudes de onda en las que se produce la absorción por parte del agua. Por tanto, debemos asegurarnos de utilizar la detección a estas longitudes de onda, ya que el ruido óptico se ve reducido significativamente.

Figura 2 – Caracterización del espectro de la radiación solar

Las células fotoeléctricas empleadas para detectar los haces de IR en las barreras fotoeléctricas suelen requerir un preamplificador para permitir la detección de señales a un nivel de potencia lumínico bajo, incluso de picovatios (la billonésima parte de un vatio). Deben elegirse los LED y las células más adecuados para equilibrar varios factores: los haces no deben resultar visibles, la interferencia de fuentes de luz externas (como la luz solar) debe minimizarse y el coste debe resultar económico. Las barreras MEMCO suelen realizar su detección en el rango de 915-960 nm, lo que ofrece un buen equilibrio entre estos tres factores.

Las luces artificiales, como los fluorescentes que se pueden encontrar en muchos edificios comerciales, suelen degradarse con el tiempo, lo que genera emisiones de luz IR. MEMCO comprueba también el impacto de la iluminación fluorescente y estroboscópica (destellos breves e intensos de luz visible e IR) sobre las barreras fotoeléctricas.

A continuación presentamos algunos detalles de la ingeniería de diseño de MEMCO y de sus rigurosos procedimientos de prueba

Ya hemos elegido los mejores diodos. ¿Qué más podemos hacer?

El receptáculo de la barrera fotoeléctrica, que normalmente es de aluminio o de plástico, puede bloquear físicamente parte de la luz que recibe, pero los bordes del detector deben seguir siendo capaces de comunicarse, para lo que se deja un hueco en el receptáculo. Para cubrir este hueco, se emplea un filtro que absorbe parte de la luz visible que recibe.

En algunos productos MEMCO, este filtro actúa también como lente y redirige los rayos IR del borde transmisor al borde receptor (Figura 3). Como resultado, se producen mejoras significativas tanto en el rendimiento del detector como en su inmunidad a la luz. Esto se debe a que la lente concentra la luz que recibe desde el transmisor en el fotodiodo y refleja la luz desviándola del eje y alejándola del receptor.

Figura 3: Reflejo de la luz por parte de la lente.

¿Cómo contribuye la electrónica de la barrera a su inmunidad?

En condiciones normales, resulta imposible evitar que todas las fuentes de luz externa lleguen al receptor, por lo que debemos eliminarlas de manera digital. Todas las señales de las células fotoeléctricas pasan por un filtro electrónico, que bloquea los componentes de CC creados por fuentes de luz no deseadas (es decir, todo lo que tenga longitudes de onda por debajo del espectro de infrarrojos).

Además de este filtro, los haces de luz que emite el transmisor están secuenciados, uno tras otro, y se modulan a una frecuencia específica. El receptor está diseñado para aceptar únicamente el pulso y la frecuencia específicos de su transmisor correspondiente (es decir, sabe qué buscar y dónde buscarlo). Esto le permite rechazar las falsas fuentes de luz IR y mejora la eficiencia del sistema

Los procedimientos de prueba de MEMCO

A lo largo de los años, MEMCO ha desarrollado y mejorado unas capacidades de prueba rigurosas para ajustarse a normativas nacionales e internacionales. Cada nueva publicación de un firmware o un producto va acompañada de amplias pruebas y múltiples informes de procedimientos de control de calidad (QTP, por sus siglas en inglés) que incluyen un conjunto muy completo de comprobaciones relacionadas con la inmunidad a la luz.

La sección de inmunidad a la luz del documento de QTP de MEMCO se basa (pero no se limita a ella) en la normativa británica 61496-2 IEC:2006, que define y proporciona los procedimientos de prueba para dispositivos de protección optoelectrónicos activos (AOPD), incluidas las barreras fotoeléctricas.

Simulación de luz solar con lámparas halógenas

MEMCO utiliza seis lámparas halógenas colocadas como se muestra en la imagen de la derecha. Estas lámparas pueden producir un espectro de luz continuo, desde el espectro casi ultravioleta (UV) hasta el infrarrojo, mientras proporcionan una luz de mayor eficacia en el extremo infrarrojo del espectro.

Aunque no existe ninguna regulación estándar sobre la intensidad mínima necesaria para superar esta prueba, en el sector se asume un valor común de 100 000 lux directamente sobre el borde receptor (este valor es muy próximo a la iluminancia máxima en exteriores para la luz solar directa al mediodía). El equipamiento de prueba de MEMCO puede probar hasta 400 000 lux.

Figura 4: Paso de simulación de la luz solar.

Debe tenerse en cuenta que algunos fabricantes de barreras fotoeléctricas, que afirman ofrecer inmunidad para hasta 100 000 lux, no exponen el receptor a la luz a una distancia tan cercana como resulte práctico, sino que confían simplemente en que el perfil mecánico bloquee la luz recibida.

Simulación de luz artificial con una lámpara fluorescente

En términos históricos, siempre ha habido muy pocos problemas asociados con la iluminación fluorescente en interiores. Sin embargo, recientemente, con la introducción de los balastos eléctricos y las lámparas CFL, parece que se han presentado algunas complicaciones en las instalaciones.

Los balastos electrónicos modulan las emisiones de las lámparas a la frecuencia operativa del balasto. Si la frecuencia operativa de la lámpara coincide con la de los detectores, puede verse alterado el rendimiento de la barrera fotoeléctrica.

A medida que una lámpara fluorescente va acercándose al final de su vida útil, su rendimiento tiende a degradarse y su producción lumínica resulta diferente. Estas lámparas al final de su vida útil emiten infrarrojos, lo que potencialmente también podría alterar el rendimiento de las barreras fotoeléctricas.

Con el tiempo, MEMCO ha adquirido varios balastos y lámparas fluorescentes (incluidas algunas al final de su vida útil) y los utilizamos en muchos de nuestros procedimientos de prueba. A continuación presentamos algunos ejemplos.

Figura 5: ATU 107: lámpara fluorescente al final de su vida útil.
Figura 6: ATU 108: lámpara fluorescente compacta (CFL).

Iluminación estroboscópica

Una luz estroboscópica es un dispositivo que se utiliza para producir intervalos periódicos de destellos de gran intensidad de luz visible e IR. MEMCO ha desarrollado y adquirido fuentes de luz para este fin, como por ejemplo una luz estroboscópica de xenón que aparece en la siguiente imagen.

Figura 7: ATU 111: luz estroboscópica de xenón.

Conclusión

No es posible bloquear completamente todas las fuentes de luz externas en todas las instalaciones. Cada instalación presenta complejidades distintas, ya sea debido a la naturaleza de su ubicación (interior o exterior), al material reflectante del interior de la cabina (p. ej., acero inoxidable, espejos, etc) o a la presencia de luces artificiales o naturales (p. ej., luz solar o lámparas fluorescentes).

Independientemente de las condiciones de la ubicación, es importante tener en cuenta que los problemas de inmunidad a la luz solamente pueden prevenirse mediante un diseño de alta calidad y una validación amplia de las barreras fotoeléctricas con procedimientos de prueba en los que se contemplen las peores situaciones posibles.