Разумевање оптичких сензора: врсте, принципи и апликације
2024-05-24 9195

Оптички сензори играју кључну улогу у модерној електроничкој технологији.Ови сензори откривају локацију, присуство и карактеристике објеката емитовањем и примањем светлосних сигнала и широко се користе у областима као што су индустријска аутоматизација, потрошачка електроника, биомедицин и праћење заштите животне средине.Овај чланак ће се уложити у различите врсте, принципи рада и практичне примене оптичких сензора како би се читаоцима помажу у потпуности разумети важност и потенцијал примене оптичких сензора у различитим техничким сценаријима.Из мостовне структуре оптичких сензора до јединствених карактеристика различитих врста оптичких сензора, до одређених примера у стварним апликацијама, овај чланак ће открити разноликост и сложеност оптичких сензора.

Каталог

Слика 1: Оптички сензор

Шта је оптички сензор?

Тхе Оптички сензор Дизајн је заснован на кругу моста Вхеатстоне.У електротехнику, мост са пшеницом користи комбинацију познатих и непознатих отпора да би се утврдила вредност непознатог отпорника упоређујући напон.Исто тако, сензори за лаган мост користе структуру моста са четири фотодектора за откривање промена у положају снопа.

Прво, оператор прилагођава положај детектора како би се осигурало да се греда равномерно погоди све четири детектора.Када се зрака одбије, сваки детектор снима другачији интензитет светлости.Круг затим обрађује ове сигнале да одреди тачан положај и надокнаду греде.

Слика 2: Оптички сензор

На пример, ако се греда пређе удесно, десни детектор добија више светлости и леви детектор добија мање светлости.Сигнална процесор цигара брзо препознаје и израчунава ову промену, што постане тачна података о положају.Процес је брз и веома прецизан, чинећи оптичке сензоре важне у аутоматизованој опреми и системима позиционирања високо прецизности.

Принцип рада оптичког сензора

Оптички сензори откривају локацију или присуство објеката емитовањем светлости и хватање размишљања или прекида ових зрака.Сензор користи диоде за емитовање светлости (ЛЕД) да емитује сноп светлости.Када овај сноп наиђе на објект, то се може одразити на сензор или је блокиран од стране објекта.

Слика 3: Принцип рада оптичког сензора

На аутоматизованој монтажној линији, оператори прилагођавају положај и осетљивост сензора на основу карактеристика објекта, попут материјала, величине и очекиване локације.Способност сензора за откривање објеката је независна од материјала, било да је дрво, метал или пластика, чинећи га идеалним за вишетеријалистичко производно окружење.

На пример, откривање бистрог стаклених боца захтева подешавање сензора да препозна транспарентне материјале.Транспарентни објекти не одражавају светло ефикасно, тако да сензор захтева већу осетљивост или посебан извор светлости (као што је инфрацрвени).

Као део његовог дизајна, сензор процењује одражава се или прекинула светлосне греде.Када објект блокира сноп, сензор одмах шаље сигнал на контролни систем који указује на локацију или пролаз објекта.Ако се светло огледа, сензор користи интензитет и угао размишљања како би се утврдила карактеристике објекта, попут величине и површинског материјала.

Врсте оптичких сензора

Постоји много врста оптичких сензора, сваки са специфичним принципима и принципима рада и апликација.Следе неке заједничке врсте оптичких сензора које се користе у сценаријима у стварном свету.

Фотокултуални уређаји мењају проводљивост материјала на основу интензитета светлости.Када светлост удари сензор, електрони у материјалу апсорбују лагану енергију и прескочите на кондукциони опсег, повећавајући проводљивост материјала.Фотопроводни уређаји се користе у системима за откривање интензитета светлости, као што су аутоматске затамњене лампе.Оператори морају да размотре услове и време одзива амбијенталне светлости како би се осигурала прецизна контрола приликом подешавања ових уређаја.

Фотонапонске ћелије (соларне ћелије) претворити лагану енергију директно у електричну енергију кроз фотоелектрични ефекат у полуводичким материјалима.Фотони узбуђују електрони са бенда Валенце на опсег проводљивости, стварајући парове електронских рупа и генерисање електричне струје.Ове батерије се широко користе за производњу енергије и напајања удаљених уређаја као што су сателити и надзор на отвореном.

Слика 4: Пхотонолтачке ћелије

Фотодиоде користе фотоелектрични ефекат да бисте претворили светло у електричну струју.Када светлост погоди активирање, њихова интерна структура може брзо да одговори и генерише електричну струју.Ови сензори се обично користе у лакој и комуникацијској опреми за детекцију и комуникација као што су даљински управљачи и оптички оптички системи.

Слика 5: Фотодиоде

Фототрансистори су у основи фотодиоди са унутрашњом добитком.Када светлост упада, скупштина основног колектора, генерише се интерно појачана струја, што га чини погодним за откривање слабих сигнала светлости.Ови сензори су посебно корисни у апликацијама које захтевају високу осетљивост, као што је оптичка мерна опрема у лабораторијама.

Слика 6: Фототрансистори

Рефлективни сензор

Рефлективни сензори комбинују предајник и пријемник на једном уређају, омогућавајући да се емитована зрака огледа на пријемник кроз рефлективну површину или површину објекта.Када предмет уђе у стазу снопа, прекида светлост, покреће сензор.

Да бисте поставили сензор, то је потребно правилно поставити и нагнути се за оптимално одраз.Оператор мора да прилагоди положај сензора како би се осигурало да је рефлективна површина довољно велика и правилно усклађена да ефикасно одражава греду пријемнику.

На пример, у аутоматизованим линијама за паковање, рефлективни сензори откривају производе који се крећу на транспортном траку.Оператор сензор поставља на једну страну транспортне траке и глатки рефлектор на другој страни.Када производ прође и блокира сноп, сензор открива прекид и шаље сигнал за активирање акција као што је заустављање транспортера или преношење производа.

Једна од предности рефлективних сензора је њихова способност да делују на великим даљинама и њиховој толеранцији на широк спектар површинских својстава.Све док се одражава довољно светла, могу да открију предмете без обзира на боју или површинску текстуру.Ова свестраност чини рефлектирајуће сензоре Идеално за индустријску аутоматизацију, роботску навигацију и задатке за класификацију предмета.

Сензор кроз сноп

Сензор кроз сноп састоји се од двије главне компоненте: предајник и пријемник, постављен једни на други начин, обично на даљину.Предајник континуирано шаље сноп светлости пријемнику.Када објектни блокира овај сноп, пријемник открива оклузију и претвара га у електронски сигнал који покреће променљиву операцију.

Да бисте поставили сензор, предајник и пријемник морају бити прецизно усклађени.Ово укључује прилагођавање положаја и угла тако да греда из предајника директно погоди пријемник.Оператори морају размотрити факторе животне средине као што су позадински светло и потенцијални извори уплитања како би се избегли лажни активирање.

Слика 7: Сензор кроз сноп

На пример, на улазу у велико складиште, сензори кроз сноп Монитор за неовлашћени унос.Предајник и пријемник постављени су на обе стране врата.Када неко или предмет прође кроз врата, греда је прекинута и систем активира аларм.

Једна од великих предности сензора кроз грејање је њихова способност да делују на великим даљинама, чинећи их идеалним за надгледање великих подручја.Детекција се заснива на прекиду снопа, тако да сензор није осетљив на величину, боју или површинску структуру објекта.Међутим, објект мора бити довољно велик да у потпуности покрије оптички пут између предајника и пријемника.

Сензори кроз грејање се широко користе у индустријским аутоматизацијама и безбедносним системима, посебно у окружењима у којима су потребни праћење на даљину и високу поузданост.Идеални су за откривање предмета на производним линијама и праћењу прелазећих објеката велике брзине.Разумевањем ових оперативних детаља, оператори могу да обезбеде ефикасну и поуздану употребу сензора кроз грејање у различитим апликацијама.

Дифузни сензор за рефлексију

Дифузне сензори од рефлексије комбинују предајник и пријемник на једном уређају.Делује емитовањем светлости и примања светлости раштркане од објекта који се мери.Сензор је посебно користан за откривање објеката са сложеним површинама или облицима, као што су тканина, дрво или неправилно обликовани метал.

Прво поставите осетљивост сензора да одговара рефлексивним својствима различитих материјала и боја.Оператори морају да прилагоде опрему засновану на специфичној рефлексивности објекта.Ово осигурава да је рефлектирана светлост довољна да пријемник заузме, избегава лажне очитавања због прејаке или превише слабе светлости.

Слика 8: Дифузни сензор за рефлексију

На пример, у аутоматизованим системима за паковање, дифузно сензори од рефлексије откривају налепнице на кутијама за паковање.Оператор прилагођава сензор тако да машина тачно идентификује сваку кутију, чак и ако налепнице имају различите рефлексивности.Ово захтева прецизну контролу интензитета емитоване светлости и осетљивости пријемника.

Дифузни сензори могу да доживе проблеме због неравномерног расипања светлости, посебно када се светлост која се одражава са стражње стране објекта концентрисанија од светла која се одражава са предње стране.Да бисте решили овај проблем, сензор је дизајниран помоћу технологије за откривање више тачака за смањење грешака.Оператори морају размотрити ове факторе и експериментално одредити оптималну осетљивост и угао емисије како би се осигурало тачна и поуздана откривање.

Редовно одржавање и калибрација обезбеђују дугорочну стабилну операцију.Ово укључује чишћење сензорског сочива како би се спречило прашине и нечистоће да се ометају у преносу светлости.

Различити извори светлости за оптичке сензоре

Извор светлости је веома важан за дизајн и функционалност оптичких сензора.Савремени оптички сензори обично користе монохроматски извор светлости, који омогућава стабилно, доследно светло, омогућавање високо прецизних мерења и оптичким комуникацијама.

Ласери производе високо кохерентне греде светлости узбудљивим атомима у одређеном медијуму, попут гаса, кристала или посебне чаше.Греда коју производи ласер је веома фокусиран и може се пренијети на велике удаљености без значајног ширења.То их чини идеалним за апликације које захтевају прецизно позиционирање и комуникацију на даљину, као што су оптичка комуникација и прецизна мерна опрема.У раду, ласери захтевају прецизно управљање напајањем и контролом животне средине за одржавање стабилног излаза.Због потенцијалних опасности ласера ​​високог интензитета, оператори морају осигурати сигурно управљање ласером.

ЛЕД-ови (светлосне диоде) се вреднују за своју малу величину, високу ефикасност и дуг живот.Свјетли су се учвршћују рекомбинацију електрона и рупа у полуводичком материјалу (обично Н- и П-типе допед региона).ЛЕД-ови могу покрити широк спектар таласних дужина из инфрацрвене везе у ултраљубичасто.Некохерентно светло ЛЕД-а погодно је за различите апликације за осветљење и индикацију, као што су семафори и системи паметних осветљења.Покретање ЛЕД-а је релативно једноставно и не захтева сложене мере безбедности као што су ласери.Међутим, осигуравање доследности и трајности ЛЕД извора светлости захтева прецизну тренутну контролу.

Оба извора светлости имају своје предности и недостатке.Избор зависи од посебних захтева за пријаву.Ласери се обично користе у прецизним оптичким експериментима и оптичким комуникацијама велике брзине, док се ЛЕД се чешће користе у системима потрошачке електронике и обележавања.

Показатељ нивоа течности на основу оптичког сензора

Индикатор нивоа течности на основу оптичког сензора је прецизни мјерни алат који користи принципе рефракције и одраз светла за откривање промена на нивоу течности.Састоји се од три главне компоненте: инфрацрвени ЛЕД, фототрансистор и транспарентан врх призма.

Слика 9: Сензор оптичког нивоа

Када је врх призве изложен ваздуху, светлост из инфрацрвеног ЛЕД-а подвргава се укупном унутрашњем одразом у призму, одражавајући већину светлости према фототрансистору.У овом стању транзистор прими више светлости и излази више сигнал.

Када је врх призве уроњен у течност, разлика у рефракцијском индексу између течности и ваздуха узрокује мало светлости да би се избегло призми.То узрокује мање светлости да се досегне фототрансистором, смањујући тиме светло које прима и спушта излазни сигнал.

Кораци за инсталацију и уклањање погрешака:

Проверите да ли је чисто: врх призме мора бити чист и без контаминације да спречи нетачне очитања.Било која прљавштина или остатак утицаће на размишљање о светлу.

Поставите сензор: правилно поравнајте врх сензорског твака са очекиваним распоном промене нивоа течности.Подесите положај сензора тако да тачно открије пораст и пад нивоа течности.

Индикатор овог нивоа је ефикасан без обзира на боју или јасноћу течности.Поуздано делује у разним течним медијима, укључујући турбидне или обојене течности.Оптички сензори пружају метод мерења не-контакта за мерење нивоа течности, смањујући ризик од хабања и контаминације сензора и на тај начин проширивање животни век опреме.

Примена оптичких сензора

Оптички сензори се користе у многим областима због велике осетљивости и тачности.Испод је увод у нека кључна подручја примене.

Компјутери и опрема за аутоматизацију у канцеларији: у рачунарима и копирама, оптички сензори управљају положај и кретање папира.Ови сензори обезбеђују исправан аванс и избацивање папира током штампања, смањујући застој и грешке.Такође се користе у аутоматизованим распоређивањем осветљења, као што су сензорске лампице у ходницима или салама за конференције, које откривају људе и аутоматски укључују упаље и искључивање, штедећи енергију и повећању пражњења.

Сигурносни и надзорни системи: У безбедносним системима оптички сензори се широко користе за откривање упада.Они откривају када се отворе прозор или врата и покренуте аларм.У фотографији, оптички сензори у флеш синхронизаторима осигуравају да флеш пожари у оптималном тренутку за оптималне ефекте осветљења.

Биомедицинске апликације: У медицинском пољу оптички сензори надгледају пацијентово дисање и откуцаји срца.Анализом променама огледане светлости откривају ситне покрете грудног коша за неинвазивно надгледају респираторну стопу.Монитори оптичког откуцаја срца користе ЛЕД-ове да би се осветлила кроз кожу и откривају количину која се апсорбује и огледа крв да би се израчунала откуцаја срца.

Сензор амбијенталног светла: у паметним телефонима и таблетима, сензори амбијенталне светлости аутоматски подешавају светлину екрана да би се оптимизирали екран на основу околних услова светлости и уштеде енергије батерије.Ови сензори захтевају прецизне калибрационе и осетљиве карактеристике одговора да се прилагоде брзо променљивим условима амбијенталних светла и пружају корисницима угодно визуелно искуство.

Закључак

Пријаве оптичких сензора у различитим технолошким областима показују своју широку функционалност и ефикасне перформансе.Од оптичких сензора до различитих рефлективних и кроз сензоре кроз греде, свака врста оптичког сензора има јединствене предности и могу да испуне различите потребе за инспекцијом.У индустријској аутоматизацији пружају високо прецизно детекцију и контролу;у потрошачкој електроници побољшавају интелигенцију опреме;У биомедицину и праћењу животне средине осигуравају тачност и поузданост података.У будућности, уз непрестано напредовање и иновације технологије, оптички сензори ће играти важнију улогу у више угледних поља и промовишу развој различитих индустрија у правцу интелигенције и аутоматизације.

Често постављана питања [ФАК]

1. је аналогни или дигитални сензорски сензор?

Оптички сензори могу бити аналогни или дигитални, у зависности од њиховог дизајна и врсте излазног сигнала.Аналогни оптички сензори излазе континуирано различитог напонског сигнала који је пропорционалан откривеном интензитету светлости.Дигитални оптички сензори Излазни дигитални сигнали, као што су бинарни кодови, који се обично претварају са аналогних сигнала путем уграђеног аналогног-до-дигиталног претварача.

2 Које су предности оптичког сензора?

Главне предности оптичких сензора укључују:

Висока осетљивост и тачност: у стању да открије слабе светлосне сигнале и суптилне промене објекта.

Мерење контакта: Мерење се може извести без контакта или уплитања у циљ, погодан за откривање крхких или опасних материја.

Брзо време одзива: Способан је да брзо одговори на оптичке промене у околини, погодне за динамичка мерења.

Широка прилагодљивост: може радити у различитим условима заштите животне средине, укључујући оштре или опасне окружења.

3. Како тестирати оптички сензор?

Тестирање оптичких сензора обично укључује следеће кораке:

Припремите тестно окружење: Осигурајте да услови амбијенталне светлости испуњавају спецификације оперативних сензора.

Повежите уређај: Повежите сензор на уређај за читање, као што је мултиметар или рачунар.

Калибрација: Калибрирајте сензор према упутствима произвођача да би се осигурала тачност.

Нанесите тестни извор светлости: Користите светлосну извору познате светлине да бисте осветлили сензор.

Прочитајте и снимите излаз: Снимите излаз сензора и проверите да ли се реагује како се очекује да ће се очекивало да ће се променити у извору светлости.

4. Која је разлика између оптичког сензора и инфрацрвеног сензора?

Главна разлика између оптичких и инфрацрвених сензора је распон светлосних таласних дужина које откривају.Оптички сензори се углавном односе на сензоре који су у видљивом распону осјетљиви сензорисане таласне дужине.Инфрацрвени сензори посебно откривају инфрацрвене светлосне таласне дужине, које су невидљиве људском оку.Инфрацрвени сензори се обично користе у термичким камерама, ноћни визијска опрема и неке врсте комуникационе опреме.

5. Да ли су оптички сензори пасивни или активни?

Оптички сензори могу бити или пасивни или активни, у зависности од тога да ли им је потребан спољни извор светлости.

Пасивни оптички сензори: Није потребан додатни извор светлости, они раде откривањем светлости из окружења, као што су сунчеве светлости или постојеће осветљење.

Активни оптички сензори: захтевају спољни извор светлости да бисте осветлили циљ, а затим откривени светлост која се одражава или преноси из циља.