Βασικά και εφαρμογές οπτικών αισθητήρων

Βασικά και εφαρμογές οπτικών αισθητήρων

Ένας οπτικός αισθητήρας μετατρέπει τις ακτίνες φωτός σε ηλεκτρονικό σήμα. Ο σκοπός ενός οπτικού αισθητήρα είναι η μέτρηση μιας φυσικής ποσότητας φωτός και, ανάλογα με τον τύπο του αισθητήρα, στη συνέχεια το μεταφράζει σε μια μορφή που είναι αναγνώσιμη από μια ενσωματωμένη συσκευή μέτρησης. Οπτικός Χρησιμοποιούνται αισθητήρες για ανίχνευση, μέτρηση ή τοποθέτηση εξαρτημάτων χωρίς επαφή. Οι οπτικοί αισθητήρες μπορούν να είναι εσωτερικοί ή εξωτερικοί. Οι εξωτερικοί αισθητήρες συλλέγουν και μεταδίδουν μια απαιτούμενη ποσότητα φωτός, ενώ οι εσωτερικοί αισθητήρες χρησιμοποιούνται συχνότερα για τη μέτρηση των στροφών και άλλων μικρών αλλαγών στην κατεύθυνση.



Οι μετρήσεις που είναι δυνατές από διαφορετικούς οπτικούς αισθητήρες είναι Θερμοκρασία, επίπεδο ταχύτητας υγρού, πίεση, μετατόπιση (θέση), δονήσεις, χημικά είδη, ακτινοβολία δύναμης, τιμή pH, καταπόνηση, ακουστικό πεδίο και ηλεκτρικό πεδίο


Τύποι οπτικών αισθητήρων

Υπάρχουν διάφορα είδη οπτικών αισθητήρων, οι πιο συνηθισμένοι τύποι που χρησιμοποιούμε στις πραγματικές εφαρμογές μας όπως δίνεται παρακάτω.





  • Φωτοαγώγιμες συσκευές που χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση της αντίστασης μετατρέποντας μια αλλαγή του προσπίπτοντος φωτός σε μια αλλαγή αντίστασης.
  • Το φωτοβολταϊκό στοιχείο (ηλιακό στοιχείο) μετατρέπει μια ποσότητα προσπίπτοντος φωτός σε τάση εξόδου.
  • Οι φωτοδιόδους μετατρέψτε μια ποσότητα φωτός περιστατικού σε ρεύμα εξόδου.

Τα φωτοτρανζίστορ είναι ένας τύπος διπολικού τρανζίστορ όπου η σύνδεση βάσης-συλλέκτη εκτίθεται στο φως. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την ίδια συμπεριφορά μιας φωτοδιόδου, αλλά με εσωτερικό κέρδος.

Η αρχή λειτουργίας είναι η μετάδοση και λήψη φωτός σε έναν οπτικό αισθητήρα, το αντικείμενο που πρέπει να ανιχνευθεί αντανακλά ή διακόπτει a δέσμη φωτός που εκπέμπεται από μια δίοδο εκπομπής . Ανάλογα με τον τύπο της συσκευής, αξιολογείται η διακοπή ή η ανάκλαση της δέσμης φωτός. Αυτό καθιστά δυνατή την ανίχνευση αντικειμένων ανεξάρτητα από το υλικό από το οποίο κατασκευάζονται (ξύλο, μέταλλο, πλαστικό ή άλλο). Ειδικές συσκευές επιτρέπουν ακόμη και την ανίχνευση διαφανών αντικειμένων ή αντικειμένων με διαφορετικά χρώματα ή παραλλαγές σε αντίθεση. Διαφορετικοί τύποι οπτικών αισθητήρων όπως εξηγείται παρακάτω.



Διαφορετικοί τύποι οπτικών αισθητήρων

Διαφορετικοί τύποι οπτικών αισθητήρων

Αισθητήρες μέσω δέσμης

Το σύστημα αποτελείται από δύο ξεχωριστά εξαρτήματα, ο πομπός και ο δέκτης τοποθετούνται το ένα απέναντι από το άλλο. Ο πομπός προβάλλει μια δέσμη φωτός στο δέκτη. Η διακοπή της δέσμης φωτός ερμηνεύεται ως σήμα διακόπτη από τον δέκτη. Δεν έχει σημασία πού συμβαίνει η διακοπή.


Πλεονέκτημα: Μπορούν να επιτευχθούν μεγάλες αποστάσεις λειτουργίας και η αναγνώριση είναι ανεξάρτητη από την επιφανειακή δομή, το χρώμα ή την ανακλαστικότητα του αντικειμένου.

Για να διασφαλιστεί υψηλή λειτουργική αξιοπιστία, πρέπει να διασφαλιστεί ότι το αντικείμενο είναι αρκετά μεγάλο για να διακόψει εντελώς τη δέσμη φωτός.

Ρετρό-ανακλαστικοί αισθητήρες

Ο πομπός και ο δέκτης βρίσκονται και οι δύο στο ίδιο σπίτι, μέσω ενός ανακλαστήρα, η δέσμη φωτός που εκπέμπεται κατευθύνεται πίσω στον δέκτη. Μια διακοπή της δέσμης φωτός ξεκινά μια λειτουργία αλλαγής. Όπου συμβαίνει η διακοπή δεν έχει σημασία.

Πλεονέκτημα: Οι ανακλαστικοί αισθητήρες επιτρέπουν μεγάλες αποστάσεις λειτουργίας με σημεία μεταγωγής, τα οποία είναι αναπαραγώγιμα και απαιτούν μικρή προσπάθεια συναρμολόγησης. Όλα τα αντικείμενα που διακόπτουν τη δέσμη φωτός ανιχνεύονται με ακρίβεια ανεξάρτητα από την επιφανειακή δομή ή το χρώμα τους.

Αισθητήρες διάχυτης ανάκλασης

Τόσο ο πομπός όσο και ο δέκτης βρίσκονται σε ένα περίβλημα. Το εκπεμπόμενο φως αντανακλάται από το αντικείμενο που πρέπει να ανιχνευθεί.

Πλεονέκτημα: Η διάχυτη ένταση φωτός στο δέκτη χρησιμεύει ως η κατάσταση μεταγωγής. Ανεξάρτητα από τη ρύθμιση ευαισθησίας, το πίσω μέρος αντανακλά πάντα καλύτερα από το μπροστινό μέρος. Αυτό οδηγεί στη συνέπεια σε εσφαλμένες λειτουργίες μεταγωγής.

Διαφορετικές πηγές φωτός για οπτικούς αισθητήρες

Υπάρχουν πολλά τύποι πηγών φωτός μικρό. Ο ήλιος και το φως από τις φλόγες πυρκαγιάς ήταν οι πρώτες πηγές φωτός που χρησιμοποιήθηκαν για τη μελέτη της οπτικής. Στην πραγματικότητα, το φως που προέρχεται από συγκεκριμένη (εξερχόμενη) ύλη (π.χ. ιόντα ιωδίου, χλωρίου και υδραργύρου) εξακολουθεί να παρέχει τα σημεία αναφοράς στο οπτικό φάσμα. Ένα από τα βασικά συστατικά της οπτικής επικοινωνίας είναι η μονοχρωματική πηγή φωτός. Στις οπτικές επικοινωνίες, οι πηγές φωτός πρέπει να είναι μονοχρωματικές, συμπαγείς και μεγάλης διάρκειας. Εδώ είναι δύο διαφορετικοί τύποι πηγής φωτός.

1. LED (δίοδος εκπομπής φωτός)

Κατά τη διαδικασία ανασυνδυασμού ηλεκτρονίων με οπές στις διασταυρώσεις ημιαγωγών ν-ντοπαρισμένου και ρ-ντοπαρισμένου, η ενέργεια απελευθερώνεται με τη μορφή φωτός. Η διέγερση λαμβάνει χώρα με εφαρμογή εξωτερικής τάσης και ο ανασυνδυασμός μπορεί να λαμβάνει χώρα ή μπορεί να διεγερθεί ως άλλο φωτονίο. Αυτό διευκολύνει τη σύζευξη το LED φως με οπτική συσκευή.

Το LED είναι μια συσκευή ημιαγωγών p-n που εκπέμπει φως όταν εφαρμόζεται τάση στους δύο ακροδέκτες της

Το LED είναι μια συσκευή ημιαγωγών p-n που εκπέμπει φως όταν εφαρμόζεται τάση στους δύο ακροδέκτες της

2. LASER (Ενίσχυση φωτός με διεγερμένη εκπομπή ακτινοβολίας)

Ένα λέιζερ δημιουργείται, όταν τα ηλεκτρόνια στα άτομα σε ειδικά γυαλιά, κρύσταλλα ή αέρια απορροφούν ενέργεια από ένα ηλεκτρικό ρεύμα γίνονται ενθουσιασμένα. Τα διεγερμένα ηλεκτρόνια κινούνται από τροχιά χαμηλότερης ενέργειας σε τροχιά υψηλότερης ενέργειας γύρω από τον πυρήνα του ατόμου. Όταν επιστρέψουν στην κανονική τους κατάσταση ή το έδαφος, αυτό οδηγεί στα ηλεκτρόνια να εκπέμπουν φωτόνια (σωματίδια φωτός). Αυτά τα φωτόνια είναι όλα στο ίδιο μήκος κύματος και συνεκτικά. Το συνηθισμένο ορατό φως περιλαμβάνει πολλαπλά μήκη κύματος και δεν είναι συνεκτικό.

Διαδικασία εκπομπής φωτός LASAR

Διαδικασία εκπομπής φωτός LASAR

Εφαρμογές οπτικών αισθητήρων

Η εφαρμογή αυτών των οπτικών αισθητήρων κυμαίνεται από υπολογιστές έως ανιχνευτές κίνησης. Για να λειτουργούν αποτελεσματικά οι οπτικοί αισθητήρες, πρέπει να είναι ο σωστός τύπος για την εφαρμογή, έτσι ώστε να διατηρούν την ευαισθησία τους στην ιδιότητα που μετρούν. Οι οπτικοί αισθητήρες αποτελούν αναπόσπαστα μέρη πολλών συνηθισμένων συσκευών, συμπεριλαμβανομένων υπολογιστών, μηχανών αντιγραφής (xerox) και φωτιστικών που ενεργοποιούνται αυτόματα στο σκοτάδι. Και μερικές από τις κοινές εφαρμογές περιλαμβάνουν συστήματα συναγερμού, συγχρονισμούς για φωτογραφικές αναλαμπές και συστήματα που μπορούν να ανιχνεύσουν την παρουσία αντικειμένων.

Αισθητήρες φωτισμού περιβάλλοντος

ως επί το πλείστον έχουμε δει αυτόν τον αισθητήρα στα κινητά μας τηλέφωνα. Θα επεκτείνει τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας και επιτρέπει τις ευκολότερες οθόνες που είναι βελτιστοποιημένες για το περιβάλλον.

Αισθητήρες φωτισμού περιβάλλοντος

Αισθητήρες φωτισμού περιβάλλοντος

Βιοϊατρικές εφαρμογές

Οι οπτικοί αισθητήρες έχουν ισχυρές εφαρμογές στο βιοϊατρικό πεδίο. Μερικά από τα παραδείγματα Ανάλυση αναπνοής χρησιμοποιώντας συντονιζόμενο λέιζερ διόδων, Οπτικά όργανα παρακολούθησης καρδιακού ρυθμού μια οπτική οθόνη καρδιακού ρυθμού μετρά τον καρδιακό σας ρυθμό χρησιμοποιώντας φως. Ένα LED λάμπει στο δέρμα και ένας οπτικός αισθητήρας εξετάζει το φως που ανακλάται πίσω. Δεδομένου ότι το αίμα απορροφά περισσότερο φως, οι διακυμάνσεις στο επίπεδο φωτός μπορούν να μεταφραστούν σε καρδιακό ρυθμό. Αυτή η διεργασία ονομάζεται φωτοπλασμασμογραφία.

Ένδειξη υγρού επιπέδου οπτικού αισθητήρα

Με βάση τον οπτικό αισθητήρα Δείκτης στάθμης υγρού αποτελούνται από δύο κύρια μέρη ένα υπέρυθρο LED σε συνδυασμό με ένα ελαφρύ τρανζίστορ, και ένα διαφανές άκρο πρίσματος στο μπροστινό μέρος. Το LED προβάλλει ένα υπέρυθρο φως προς τα έξω, όταν το άκρο του αισθητήρα περιβάλλεται από αέρα, το φως αντιδρά ανακάμπτοντας πίσω με το άκρο πριν επιστρέψει στο τρανζίστορ. Όταν ο αισθητήρας βυθιστεί σε υγρό, το φως διασκορπίζεται σε όλο και λιγότερο επιστρέφεται στο τρανζίστορ. Η ποσότητα ανακλώμενου φωτός στο τρανζίστορ επηρεάζει τα επίπεδα εξόδου, καθιστώντας δυνατή την ανίχνευση επιπέδου σημείου

Οπτικός αισθητήρας επιπέδου

Οπτικός αισθητήρας επιπέδου

Έχετε τις βασικές πληροφορίες ενός οπτικού αισθητήρα; Αναγνωρίζουμε ότι οι παραπάνω πληροφορίες διευκρινίζουν τα βασικά της έννοιας του οπτικού αισθητήρα με σχετικές εικόνες και διάφορες εφαρμογές σε πραγματικό χρόνο. Επιπλέον, τυχόν αμφιβολίες σχετικά με αυτήν την έννοια ή για την υλοποίηση οποιωνδήποτε έργων που βασίζονται σε αισθητήρες , δώστε τις προτάσεις και τα σχόλιά σας για αυτό το άρθρο που μπορείτε να γράψετε στην ενότητα σχολίων παρακάτω. Εδώ είναι μια ερώτηση για εσάς, ποιες είναι οι διαφορετικές πηγές φωτός ενός οπτικού αισθητήρα;