Scopri come funziona l’immunità alla luce e come MEMCO ha sfruttato questa tecnologia per offrire una maggiore immunità alla luce nella sua gamma di soluzioni per barriere fotoelettriche.
Una breve panoramica sul rilevamento delle barriere fotoelettriche
Le barriere fotoelettriche sono utilizzate per proteggere i passeggeri e le merci durante il passaggio tra la cabina dell’ascensore e il pianerottolo. Sono dispositivi optoelettronici in grado di rilevare la presenza di un oggetto all’interno della loro “zona di rilevamento”, comandando la riapertura delle porte dell’ascensore quando vengono attivati. Le barriere fotoelettriche di MEMCO sono utilizzate a livello globale e sono installate in oltre un quarto di milione di ascensori ogni anno.
Le barriere fotoelettriche sono fornite come coppia di unità: il bordo trasmittente e il bordo ricevente. Il bordo trasmittente contiene tipicamente tra 8 e 48 diodi emettitori di luce a infrarossi (LED), che inviano fasci orizzontali e diagonali attraverso l’apertura verso il bordo ricevente, che contiene un numero corrispondente di celle fotoelettriche. Queste celle leggono la presenza o, in caso di ostruzione, l’assenza di un fascio e trasmettono un segnale corrispondente al controllore della cabina dell’ascensore. Pertanto, quando un fascio orizzontale o diagonale viene interrotto da un passeggero che entra o esce dall’ascensore, un relè nel bordo ricevente segnala il cambiamento di stato e il controllore riapre la porta dell’ascensore.
Un numero maggiore di LED e celle fotoelettriche riceventi migliora tipicamente la copertura all’interno della zona di rilevamento: più fasci (o una maggiore densità dei fasci) consentono di rilevare regolarmente oggetti più piccoli all’interno di questa zona. La più recente legislazione EN81-20 stabilisce che un oggetto di 50 mm deve essere rilevato in qualsiasi punto della zona di rilevamento.
Il modello di fascio per le barriere fotoelettriche MEMCO distanti 1,2 m l’una dall’altra con 20, 36 e 40 diodi può essere visto qui sotto (Figura 1). I prodotti E10 36 e E10 40 possono rilevare un oggetto di 50 mm in tutti i punti delle loro zone di rilevamento.
Le barriere fotoelettriche di MEMCO utilizzano la luce IR come mezzo di rilevamento. Pertanto, è importante prendere precauzioni per garantire che non siano suscettibili ad altre fonti di luce, specialmente quelle con una componente IR elevata, come la luce solare. Le barriere fotoelettriche devono essere anche robuste, con resistenza all’umidità e alla polvere, nonché immunità alle scariche elettromagnetiche e alle interferenze a radiofrequenza.
Se l’immunità luminosa delle barriere fotoelettriche non è sufficiente per una determinata applicazione, la barriera potrebbe attivarsi senza la presenza di un’ostruzione o, più allarmante, non attivarsi in presenza di un’ostruzione! Una scarsa immunità luminosa causa tipicamente una riduzione della sensibilità, il che significa che gli oggetti più piccoli potrebbero non essere rilevati.
Per progettare una barriera fotoelettrica con una buona immunità luminosa, dobbiamo prima comprendere la natura stessa dell’interferenza.
Interferenze della luce naturale e artificiale
La Figura 2 mostra una caratterizzazione dello spettro di radiazione solare. Si può notare che, sebbene l’atmosfera assorba una grande parte dell’energia solare, più del 50% della radiazione solare trovata al livello del mare è infrarossa (IR). Guardando da vicino, c’è una riduzione brusca dello spettro dell’IR alle bande di lunghezze d’onda dove viene assorbito dall’acqua. Pertanto, vogliamo fare uso della rilevazione a queste lunghezze d’onda poiché il rumore ottico è significativamente ridotto.
Le celle fotoelettriche utilizzate per rilevare i raggi infrarossi (IR) nelle tende luminose generalmente richiedono un preamplificatore per consentire la rilevazione di segnali con potenze luminose anche di picowatt (un trilionesimo di watt!). Le LED e le celle più adatte dovrebbero essere scelte per bilanciare diversi fattori: i raggi non dovrebbero essere visibili, l’interferenza da fonti di luce esterne, come la luce solare, dovrebbe essere ridotta al minimo e il costo dovrebbe essere economico. Le tende luminose di MEMCO tipicamente rilevano nell’intervallo 915-960 nm, trovando un buon equilibrio tra i tre.
Le luci artificiali, come le lampade fluorescenti presenti in molti edifici commerciali, possono spesso degradarsi nel tempo, portando all’emissione di luce IR. MEMCO testa anche l’impatto dell’illuminazione fluorescente e dell’illuminazione stroboscopica (breve, fulmini di luce visibile e IR) sulle tende luminose.
Alcuni dettagli dell’ingegneria progettuale di MEMCO e delle sue rigorose procedure di test sono forniti di seguito.
Quindi abbiamo scelto i migliori diodi, come possiamo migliorare ulteriormente la nostra immunità alla luce?
Il vano della tenda luminosa, solitamente in alluminio o plastica, può fisicamente bloccare una parte della luce in entrata, ma i bordi del rivelatore devono comunque essere in grado di comunicare, lasciando uno spazio nel vano. Viene utilizzato un filtro per coprire questo spazio, che assorbe parte della luce visibile incidente.
In alcuni prodotti MEMCO, il filtro funge anche da lente, focalizzando i raggi IR dal bordo trasmettitore sul bordo ricevitore (Figura 3). Questo può portare a miglioramenti significativi sia nelle prestazioni del rivelatore che nella sua immunità alla luce. Questo perché la lente focalizza la luce incidente dal trasmettitore sul fotodiodo e devia la luce in ingresso fuori asse lontano dal ricevitore.
Come aiutano l’elettronica delle tende luminose nell’immunità alla luce?
In condizioni normali, è impossibile impedire a tutte le fonti di luce esterna di raggiungere il ricevitore; dobbiamo quindi rimuovere questo digitalmente. Tutti i segnali provenienti dalle celle fotoelettriche passano attraverso un filtro elettronico, che blocca le componenti continue create dalle fonti di luce indesiderate (cioè tutto con lunghezze d’onda al di sotto dello spettro infrarosso).
Oltre a questo filtro, i fasci luminosi emessi dal trasmettitore vengono sequenziati, uno dopo l’altro, e modulati a una frequenza specifica. Il ricevitore è progettato per accettare solo l’impulso e la frequenza specifici dal suo trasmettitore dedicato (cioè sa cosa cercare e dove cercare). Questo consente il rifiuto delle fonti di luce IR fasulle e migliora l’efficienza del sistema.
Le procedure di test di MEMCO
Nel corso degli anni, MEMCO ha sviluppato e migliorato rigorose capacità di test per soddisfare le normative nazionali e internazionali. Ogni nuova versione del firmware o del prodotto è accompagnata da test approfonditi e da numerosi rapporti di procedure di controllo della qualità (QTP), che includono un insieme completo di test dedicati all’immunità alla luce.
La sezione sull’immunità alla luce del documento QTP di MEMCO si basa, ma non è limitata, alla norma britannica IEC 61496-2:2006, che definisce e fornisce procedure di test per i Dispositivi di Protezione Attiva Opto-elettronici (AOPD), compresi i tenditori di luce.
Simulazione della luce solare tramite lampade al tungsteno.
MEMCO utilizza sei lampade al tungsteno posizionate come mostrato nell’immagine a destra. Queste lampade sono in grado di produrre uno spettro continuo di luce, dall’ultravioletto (UV) fino al profondo infrarosso, mentre forniscono luce di maggiore efficacia nell’area infrarossa dello spettro.
Anche se non esiste una regolamentazione standard per l’intensità minima richiesta per superare questo test, l’industria assume un valore comune di 100.000 lux direttamente sul bordo ricevente (questo valore è molto vicino all’illuminazione massima all’aperto per la luce solare diretta a mezzogiorno). L’attrezzatura di prova di MEMCO può testare fino a 400.000 lux.
Va notato che alcuni produttori di tende luminose, che affermano di avere un’immunità fino a 100.000 lux, non fanno brillare la luce il più vicino possibile al ricevitore, ma si affidano semplicemente al profilo meccanico per bloccare la luce incidente.
Simulazione della luce artificiale utilizzando una lampada fluorescente
Storicamente, c’erano pochi problemi associati all’illuminazione interna a fluorescenza. Tuttavia, di recente, con l’introduzione di ballast elettronici e lampade fluorescenti compatte (CFL), sono stati segnalati diversi problemi più complicati.
I ballast elettronici modulano l’uscita di una lampada alla frequenza di funzionamento del ballast. Se la frequenza di funzionamento della lampada coincide con la frequenza di funzionamento dei rilevatori, allora le prestazioni delle tendine luminose possono essere influenzate.
Man mano che una lampada fluorescente si avvicina al limite della sua durata, tenderà a degradare nelle prestazioni e a fornire una diversa emissione luminosa. Queste lampade a fine vita (EOL) sono note per avere alte emissioni di infrarossi, che potrebbero potenzialmente anche influenzare le prestazioni delle tendine luminose.
Nel tempo, MEMCO ha acquisito diversi ballast e lampade fluorescenti (compresi quelli EOL), che vengono utilizzati in molte delle procedure di test. Di seguito sono riportati alcuni esempi.
Una luce stroboscopica è un dispositivo utilizzato per produrre intervalli periodici di lampi ad alta intensità di luce visibile e infrarossa. MEMCO ha sviluppato e acquisito fonti luminose per questo scopo, come ad esempio una luce stroboscopica a base di xenon raffigurata di seguito.
In conclusione
Non è possibile bloccare completamente le fonti di luce esterne in ogni installazione. Diverse installazioni presentano sfide diverse, sia dovute alla natura del sito (ad esempio, interno o esterno), al materiale riflettente dell’interno della cabina dell’ascensore (ad esempio, acciaio inossidabile, specchi, ecc.) o alla presenza di luci artificiali e/o naturali (ad esempio, luce solare, tubi fluorescenti).
Indipendentemente dalle condizioni riscontrate sul campo, è importante notare che i problemi di immunità alla luce possono essere prevenuti solo tramite un design di alta qualità e una valida validazione delle barriere luminose utilizzando procedure di test “worst-case”.