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Wie funktioniert eine Lichtschranke bei Alarmanlagen?

Lichtschranken zeichnen sich durch ein vielfältiges Einsatzgebiet aus und speziell in der Sicherheitstechnik bieten diese einen ausgezeichneten Schutz. Alarmanlagen mit Rauchmeldern sind ebenso mit einer Lichtschranke ausgestattet wie Türüberwachungen in Aufzügen.

Unterbrochenes Licht als Alarmgeber

Die Optoelektronik beschäftigt sich mit unter anderem auch mit Lichtschranken.

Optoelektroniker stellen Lichtschranken her, welche erkennen, dass ein Lichtstrahl unterbrochen wird. Diese Unterbrechung wird als elektrisches Signal angezeigt.

Somit ist es möglich, dass Alarmanlagen Eindringlinge und bewegliche Objekte erkennen.

Einbrecher werden berührungslos detektiert und aufgrund der Unterbrechung des Lichtsignals wird ein Alarm ausgelöst.

Woraus bestehen Lichtschranken?

Lichtschranken setzen sich aus einem Sender und einem Empfänger für die Strahlung zusammen. Die Lichtstrahlenquelle stellt den Sender dar und beim Empfänger handelt es sich um einen Sensor.

Rotlicht:

Als Lichtstrahlenquelle werden häufig Leuchtdioden eingesetzt, welche eine Wellenlänge von 660 nm aufweisen. Es handelt sich hierbei um sichtbares rotes Licht. Ein bedeutender Pluspunkt von Rotlicht ist, dass das System der Sensoren einfach eingestellt werden kann, da das rote Licht sichtbar ist.

Infrarot:

Alternativ kommen Infrarot-LEDs zum Einsatz, deren Infrarot-Bereich zwischen 880 und 940 nm liegt. Der wesentliche Vorteil von Infrarotlicht ist, dass die Reichweite auf dunklen Materialien extrem hoch ist. Das menschliche Auge kann Infrarotlicht nicht sehen. Dies bietet den Vorteil, dass auch ein Einbrecher eine Lichtschranke mit Infrarotlicht nicht wahrnehmen kann. Sobald der Eindringling die unsichtbare Lichtschranke unterbricht, wird ein Alarm ausgelöst und der Täter wird in über 70 Prozent in die Flucht geschlagen oder er gerät unter Zeitnot.

Laserdioden:

Für extrem präzise Anwendungen kommen in der Regel Laserdioden zum Einsatz. Speziell wenn die Erkennung von kleinen Teilen oder eine hohe Genauigkeit in puncto Wiederholung angestrebt wird, bieten sich Laserdioden an.

Beim Großteil der Modelle handelt es sich beim Empfänger um ein Fototransistor oder um eine Fotodiode. In seltenen Fällen stellt ein Fotowiderstand den Empfänger dar.

Modulierung der Strahlung:

Damit eine Lichtschranke nicht auf Fremdlicht reagiert, wird die Strahlung moduliert. Speziell bei Modellen, die eine hohe Reichweite aufweisen, ist es von großer Bedeutung, dass sich die Strahlen vom Licht der Umgebung unterscheiden.

Einige Alarmanlagen mit Lichtschranke sind mit einem beinahe schwarz erscheinendem Infrarotfilter ausgestattet. Dieser wird vor dem jeweiligen Empfänger angebracht, damit er Licht mit einer höheren Frequenz ebenso wie das Tageslicht abschirmt.

Erhöhung der Reichweite:

Speziell in großen Objekten stellt eine hohe Reichweite das A und O einer empfehlenswerten Alarmanlage mit Lichtschranke dar. Sehr häufig ist sowohl der Sender, als auch der Empfänger mit einem System ausgestattet, welches die Strahlen bündelt. Hierfür kommen oftmals Sammellinsen zum Einsatz.

Nicht selten werden die Fototransistoren und Fotodioden zylindrisches Gehäuse montiert, welches von der Seite einfallendes Licht ausblendet. Sehr häufig werden diese Gehäuse aus Blech gefertigt, die über eine kreisförmige Öffnung verfügen. In dieser runden Öffnung ist eine kleine Linse eingepresst, welche entweder aus Glas oder Kunststoff gefertigt wird. Die Gehäuse der kleinen Sender und Empfänger bestehen großteils aus schwarzem Kunststoff, welcher nur für Infrarot durchsichtig ist.

Funktioniert auch ohne elektrische Zuleitung:

Um an einem zweiten Ort eine elektrische Zuleitung einzusparen, werden sowohl der Sender als auch der Empfänger oftmals nahe beieinander, jedoch optisch separiert in einem speziellen Gehäuse integriert. Damit die Lichtschranke ausgebildet wird, sind der Sender und der Empfänger auf einen Retroreflektor ausgerichtet. Der Retroreflektor ist häufig aus Würfelecken an der Hinterseite einer Platte aus Kunststoff hergestellt.

Unterschiedliche Bauarten

Alarmsysteme können mit unterschiedlichen Varianten der Lichtschranken ausgestattet sein. Altuelle Tests weisen auf, welche Modelle welcher Bauart empfehlenswert sind und halten, was sie versprechen.

Generell kann zwischen Einweglichtschranken, Reflexionslichtschranken und sogenannten Lichtgittern unterschieden werden.

Einweglichtschranken:

Bei einer Einweglichtschranke steht sich der Sender mit dem Empfänger gegenüber.

Zu Alarmsystemen mit Einweglichtschranken zählen Reflexkoppler, Gabelkoppler ebenso wie Gabellichtschranken. Bei diesen Varianten muss der Abstand zwischen dem Sender und dem Empfänger zwischen drei und 120 mm betragen. Befinden sich Sender und Empfänger nicht im selben Gehäuse, so ist es notwendig, die beiden Module zueinander ausgerichtet zu montieren. Die Feinjustierung erfolgt im Anschluss mit einer Justierschraube.

Keine andere Bauart an Lichtschranken weist eine derart enorme Reichweite auf wie Einweglichtschranken. Bei diesen Modellen kann die Reichweite bis zu 80 Meter weit betragen.

Reflexionslichtschranken:

Bei Alarmanlagen mit Reflexionslichtschranken befindet sich sowohl der Sender als auch der Empfänger in einem einzigen Gehäuse. Die Ausrichtung erfolgt parallel zueinander. Das Lichtsignal gelangt an zur gegenüber liegende Seite und es wird von einem Reflektor wieder zurückgeworfen.

Immer wieder fällt auch der Begriff Reflexkoppler. Hierunter versteht man kleine Reflexionslichtschranken, welche häufig mit selbstklebenden ebenso wie reflektierenden Folienmarken arbeiten.

Modelle mit Reflektor und Lichtschranken mit Polarisationsfilter arbeiten unterschiedlich. Bei Versionen mit Polarisationsfilter kommt entweder nur ein Retroreflektor oder ein Rückstrahler zum Einsatz, nicht jedoch eine glatten Spiegel- oder Metallfläche. Glatte Spiegel und blanke Gegenstände aus Metall unterbrechen den Lichtstrahl und somit kann die Sicherheit erhöht werden.

Die Montage wird aufgrund des Einsatzes von Retroreflektoren und Reflexionslichtschranken maßgeblich vereinfacht. Grund hierfür ist, dass der Aufwand, die Verkabelung anzubringen, gering und zeitsparend ist. Ebenso Vorteilhaft ist, dass die Ausrichtung von Reflexionslichtschranken nicht auf den Punkt genau erfolgen muss.

Reflexionslichttaster:

Bei einem Reflexionslichttaster wird das Lichtsignal über den Eindringling oder das zu detektierende Objekt zurückgeworfen. Aus diesem Grund sind die Eigenschaften der Reflexion von der Oberfläche des Objekts abhängig. Wichtig ist hierbei, dass der Schaltabstand eingehalten wird. Ebenso wie bei Reflexionslichtschalter befinden sich Sender und Empfänger in einem einzigen Gehäuse und die Ausrichtung erfolgt parallel zueinander.

Reflexionslichttaster arbeiten entweder rein energetisch oder mit Ausblendung des Hintergrunds. Wird der Hintergrund ausgeblendet, so bieten Reflexionslichttaster die Möglichkeit, dass ein dunkles Objekt auch vor einem hellen Hintergrund erkannt wird.

Eine weitere Variante stellen Abstandsensoren dar, welche zudem in der Lage sind, die Entfernung zu bestimmen. Einige Abstandssensoren verfügen über eine Schaltfunktion, welche auf dem Prinzip der Messung der Lichtlaufzeit beruht. Diese Modelle können eine weitaus größere Reichweite aufweisen als herkömmliche Reflexionslichttaster.

Lichtgitter:

Einfache Versionen von Lichtschranken weisen lediglich einen Lichtstrahl auf. Wer auf hohe Sicherheit bedacht ist, kann zu einem Leuchtgitter bzw. Leuchtvorhang greifen. Das Besondere an diesen Modellen ist, dass die mit mehreren Lichtstrahlen arbeiten, welche parallel zueinander verlaufen.

Mit einem Lichtgitter ist es möglich, große Bereiche zu überwachen und vor unbefugten Eindringlingen und Einbrechern zu schützen. Alarmsysteme mit mehreren Strahlen bieten sich beispielsweise im Gewerbe an, um Maschinen vor unerlaubten Zugang zu bewahren. Ebenso bietet sich eine Alarmanlage mit Lichtgitter dafür an, Räume, Büros und Hallen abzusichern.

Faseroptische Lichtschranken:

Alarmsysteme mit faseroptischen Lichtschranken empfehlen sich vor allem bei sehr engen Einbauverhältnissen. Bei diesen Modellen werden die faseroptische Sensoren mithilfe von Lichtleitern miteinander verbunden. Bei dieser Variante der Lichtschranke ist die Elektronik ebenso wie die Optik separat angeordnet. Auch bei Faseroptischen Lichtschranken kann zwischen Einweglichtschranken und Reflexionslichtschranken gewählt werden.

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