Breve descrizione del rilevamento con barriera fotoelettrica

Le barriere fotoelettriche vengono utilizzare per proteggere utenti e merci durante lo spostamento tra cabina ascensore e piano. Si tratta di dispositivi opto-elettronici in grado di rilevare la presenza di un oggetto entro la “zona di rilevamento”, facendo sì che la porta dell’ascensore si riapra. Le barriere fotoelettriche AVIRE sono utilizzate in tutto il mondo e vengono installate su oltre 250.000 ascensori ogni anno.

Le barriere fotoelettriche vengono fornite in coppia: una trasmittente ed una ricevente. La barriera trasmittente contiene tipicamente tra 8 e 48 diodi luminosi (LED) a infrarossi (IR), che inviano raggi orizzontali e diagonali nel vano della porta ascensore alla barriera ricevente, che contiene un numero corrispondente di cellule fotoelettriche. Tali cellule leggono la presenza, o in caso di ostacolo, l’assenza di un raggio e trasmettono un segnale corrispondente al controller della cabina ascensore. Pertanto, quando un raggio orizzontale o diagonale viene interrotto da una persona che entra nell’ascensore, un relè nella barriera ricevente segnala la variazione di stato e il controller riapre la porta.

Di solito, un maggior numero di LED e di cellule fotoelettriche di ricezione migliora la copertura nell’area di rilevamento; un numero maggiore di raggi (o maggior densità di raggi) consente di rilevare regolarmente oggetti più piccoli in tale area. La recente normativa EN81-20 stabilisce che devono essere rilevati oggetti di 50 mm. in qualsiasi punto dell’area di rilevamento.

Di seguito viene riportato lo schema dei raggi delle barriere fotoelettriche AVIRE per porte con apertura di 1,2 m con 20, 36 e 40 diodi (Figura 1). I modelli E10 36 e E10 40 sono in grado di rilevare oggetti di 50 mm. in qualsiasi punto della relativa area di rilevamento.

Figura 1 – Schema dei raggi delle barriere fotoelettriche AVIRE con 20, 36 e 40 diodi rispettivamente, ad una distanza di 1.200 mm

Le barriere fotoelettriche AVIRE utilizzano la luce infrarossa come mezzo di rilevamento. Pertanto, è importante prendere le debite precauzione per assicurarsi che non vengano influenzate da altre sorgenti luminose, specialmente quelle con elevata componete IR come, per esempio, la luce solare. Inoltre, le barriere luminose devono essere robuste, resistenti all’umidità e alle polveri, immuni alle scariche elettromagnetiche e alle interferenze radio.

Se l’immunità luminosa delle barriere fotoelettriche non è sufficiente per una data applicazione, la barriera potrebbe attivarsi senza la presenza di un ostacolo o, peggio ancora, non attivarsi in presenza di un ostacolo! La scarsa immunità luminosa causa tipicamente la diminuzione di sensibilità: ovvero, gli oggetti più piccoli potrebbero non essere rilevati.

Per progettare una barriera fotoelettrica con buona immunità luminosa, è necessario innanzitutto comprendere la natura dell’interferenza stessa.

Interferenza della luce naturale e artificiale

La Figura 2 mostra la caratterizzazione dello spettro della radiazione solare. Si può notare che, anche se l’atmosfera assorbe una porzione molto ampia dell’energia solare, più del 50% della radiazione a livello del mare è infrarossa. Esaminando più attentamente il grafico, è possibile rilevare una brusca riduzione dello spettro IR in corrispondenza delle bande di lunghezza d’onda dove viene assorbita dall’acqua. Si vuole pertanto utilizzare il rilevamento in queste lunghezze d’onda dato che il disturbo ottico è ridotto sensibilmente.

Figura 2 – Caratterizzazione dello spettro delle radiazioni solari

Le cellule fotoelettriche utilizzate per rilevare i raggi IR nelle barriere richiedono generalmente un pre-amplificatore per abilitare il rilevamento di segnali di potenza luminosa in picowatt (un trilionesimo di watt). Per bilanciare alcuni fattori, è necessario scegliere LED e cellule adatti: i raggi non devono essere visibili, l’interferenza da sorgenti esterne, quali la luce solare, deve essere minimizzata e la spesa non deve essere eccessiva. Le barriere fotoelettriche AVIRE rilevano tipicamente nell’intervallo di 915-960 nm, ottenendo così un buon equilibrio tra le tre esigenze.

Le luci artificiali, come le lampade fluorescenti che si trovano in molti edifici commerciali, possono degradare nel tempo, arrivando ad emettere luce infrarossa. AVIRE verifica anche l’impatto che le luci fluorescenti e le luci strobo (cortocircuiti, lampi improvvisi di luce visibile e luce infrarossa) hanno sulle barriere fotoelettriche.

Di seguito vengono forniti alcuni dettagli sulla progettazione e le relative rigorose procedure di test.

Sono stati scelti i migliori diodi; in che modo è possibile migliorare ulteriormente l’immunità luminosa?

AVIRE progetta le proprie barriere fotoelettriche tenendo presenti tutti gli aspetti meccanici ed elettronici per migliorare l’immunità luminosa.

In che modo la meccanica della barriera fotoelettrica aiuta l’immunità luminosa?

L’alloggiamento della barriera fotoelettrica, tipicamente in alluminio o plastica, può bloccare fisicamente una porzione della luce in entrata, ma i bordi del rilevatore devono essere in grado di comunicare, lasciando un vuoto nell’alloggiamento. Per coprire tale vuoto, che assorbe parte della luce visibile incidente, viene utilizzato un filtro.

In alcuni prodotti AVIRE, il filtro agisce anche da lente, concentrando i raggi IR dal bordo di trasmissione a quello di ricezione (Figura 3). Ciò si traduce in significativi miglioramenti sia nelle prestazioni del rilevatore che nella relativa immunità luminosa. Di fatto la lente concentra la luce incidente dal trasmettitore al foto-diodo e devia dall’asse del ricevitore la luce in entrata.

Figura 3 – Deviazione della luce ad opera della lente

In che modo l’elettronica della barriera fotoelettrica aiuta l’immunità luminosa?

In condizioni normali, è impossibile impedire che tutte le sorgenti di luce esterna raggiungano il ricevitore; è quindi necessario eliminarle digitalmente. Tutti i segnali provenienti dalle cellule fotoelettriche passano attraverso un filtro elettronico che blocca le componenti in CC create dalle sorgenti luminose indesiderate (ossia tutto ciò che abbia lunghezze d’onda al di sotto dello spettro infrarosso).

Inoltre, i raggi luminosi emessi dal trasmettitore sono messi in sequenza, uno dopo l’altro, e modulati su una specifica frequenza. Il ricevitore è progettato per accettare solo specifici impulsi e frequenze dal proprio trasmettitore dedicato (ossia, sa cosa cercare e dove). Ciò abilita la rifrazione di sorgenti luminose IR spurie e migliora l’efficienza del sistema.

Procedure di test AVIRE

Negli anni, AVIRE ha sviluppato e migliorato rigorose funzionalità di test per soddisfare le normative nazionali e internazionali. Ogni nuovo firmware o prodotto rilasciato è accompagnato da rapporti di test approfonditi e Procedure sui test di qualità (QTP) che includono un set completo di test dedicati all’immunità luminosa.

La sezione Immunità luminosa del documento AVIRE QTP è basata sulla, ma non limitata alla, normativa inglese 61496-2 IEC:2006 che definisce e fornisce le procedure di test per i dispositivi opto-elettronici di protezione attiva (Active Opto-electronic Protective Devices – AOPD) incluse le barriere fotoelettriche.

Simulazione della luce solare utilizzando lampade alogene

AVIRE utilizza sei lampade alogene posizionate come mostrato nell’immagine a destra. Queste lampade sono in grado di produrre uno spettro continuo di luce, dall’Ultravioletto vicino (UV) fino all’Infrarosso profondo, fornendo al contempo una luce più efficace nell’area Infrarosso dello spettro.

Sebbene non esista una normativa standard sull’intensità minima necessaria per superare questo test, l’industria attribuisce un valore di 100.000 lux direttamente sul bordo ricevente (valore molto prossimo alla luminanza massima della luce solare a mezzogiorno). Le apparecchiature di test AVIRE possono verificare fino a 400.000 lux.

Figura 4 – Impostazione simulazione luce solare

È opportuno notare che alcuni produttori di barriere fotoelettriche, che pretendono di avere un’immunità fino a 100.000 lux, non illuminano quanto più possibile il ricevitore, ma si affidano semplicemente al profilo meccanico per bloccare la luce incidente.

Simulazione della luce artificiale utilizzando una lampada fluorescente

Storicamente, esistono pochi problemi associati all’illuminazione fluorescente interna. Tuttavia ultimamente, con l’introduzione dei reattori elettronici e delle lampade fluorescenti compatte (CFL) sono state segnalate diverse installazioni difficoltose.

I reattori elettronici modulano l’uscita di una lampada in base alla propria frequenza di funzionamento. Se la frequenza di funzionamento della lampada coincide con quella dei rilevatori le prestazioni della barriera fotoelettrica possono essere influenzate.

Le prestazioni di una lampada fluorescente che si avvicina al proprio limite di durata tendono a degradare e la resa luminosa cambia. È noto che queste lampade al termine del proprio ciclo di vita (EOL) emettono elevati infrarossi che, potenzialmente, possono influenzare le prestazioni della barriera fotoelettrica.

Nel tempo, AVIRE ha acquisito diversi reattori e lampade fluorescenti (incluse EOL), che vengono utilizzati in molte procedure di test. Di seguito alcuni esempi.

Figura 5 – ATU 107: Lampada fluorescente EOL

Figura 6 – ATU 108: lampada fluorescente compatta (CFL)

Luce strobo

Lo stroboscopio è un dispositivo utilizzato per emettere lampi di luce visibile e IR ad alta intensità, ad intervalli prestabiliti. AVIRE ha sviluppato e acquisito sorgenti luminose per questo scopo come, per esempio, lo stroboscopio allo Xeno di cui all’immagine riportata di seguito.

Figura 7 – ATU111: Stroboscopio allo Xeno

In conclusione…
Non è possibile bloccare completamente le sorgenti di luce esterna in tutte le installazioni. Le diverse installazioni presentano sfide differenti dovute alla natura del sito (interno o esterno), al materiale riflettente all’interno della cabina ascensore (p. es. acciaio inox, specchi, ecc.) o alla presenza di luce naturale e/o artificiale (p. es. luce solare, tubi fluorescenti).

Indipendentemente dalle condizioni riscontrate in sito, è importante notare che i problemi di immunità luminosa possono essere prevenuti solo dalla progettazione di alta qualità e dall’ampia validazione delle barriere fotoelettriche, utilizzando procedure di test che prendano in considerazione l’ipotesi peggiore.