Разбирање на оптички сензори: типови, принципи и апликации
2024-05-24 9211

Оптичките сензори играат клучна улога во модерната електронска технологија.Овие сензори ја откриваат локацијата, присуството и карактеристиките на предметите со емитување и примање на светлосни сигнали и се користат во полиња како што се индустриска автоматизација, електроника на потрошувачи, биомедицина и мониторинг на животната средина.Овој напис ќе истражува во различните типови, работните принципи и практичните апликации на оптички сензори за да им помогне на читателите целосно да ја разберат важноста и потенцијалот на примена на оптичките сензори во различни технички сценарија.Од структурата на мостот на оптичките сензори до уникатните карактеристики на различни типови оптички сензори, до специфични примери во апликациите во реалниот свет, овој напис ќе ја открие различноста и сложеноста на оптичките сензори.

Каталог

Слика 1: Оптички сензор

Што е оптички сензор?

На Оптички сензор Дизајнот се заснова на колото на мостот Wheatstone.Во електротехниката, мостот Wheatstone користи комбинација на познати и непознати отпорници за да ја утврди вредноста на непознатиот отпорник со споредување на напонот.Исто така, сензорите на лесен мост користат структура на мост со четири фотоодектори за откривање на промените во положбата на зракот.

Прво, операторот ја прилагодува положбата на детекторите за да се осигури дека зракот рамномерно ги погодува сите четири детектори.Кога зракот е отклонет, секој детектор фаќа различен интензитет на светлина.Колото потоа ги обработува овие сигнали за да се утврди точната позиција и неутрализирање на зракот.

Слика 2: Оптички сензор

На пример, ако зракот се движи десно, десниот детектор прима поголема светлина, а левиот детектор добива помалку светлина.Процесорот на сигналот на колото брзо ја препознава и пресметува оваа промена, извлекувајќи точни податоци за позицијата.Процесот е брз и многу точен, што ги прави оптичките сензори важни во автоматската опрема и системите за позиционирање со голема прецизност.

Работен принцип на оптички сензор

Оптичките сензори ја откриваат локацијата или присуството на предмети со испуштање светлина и фаќајќи размислувања или прекини на овие зраци.Сензорот користи диоди кои емитуваат светлина (LED диоди) за да испуштат зрак на светлина.Кога овој зрак наидува на предмет, може да се рефлектира на сензорот или блокиран од предметот.

Слика 3: Работен принцип на оптички сензор

На автоматска линија за склопување, операторите ја прилагодуваат позицијата и чувствителноста на сензорите засновани на карактеристиките на предметот, како што се материјалот, големината и очекуваната локација.Способноста на сензорот да открие предмети е независна од материјалот, без разлика дали е дрво, метал или пластика, што го прави идеален за мулти-материјални околини за производство.

На пример, откривањето на чисти стаклени шишиња бара прилагодување на сензорот за препознавање на транспарентни материјали.Транспарентните предмети не ја одразуваат светлината ефикасно, така што сензорот бара поголема чувствителност или посебен извор на светлина (како што е инфрацрвена).

Како дел од неговиот дизајн, сензорот ги проценува рефлектираните или прекинати светлосни греди.Кога некој предмет го блокира зракот, сензорот веднаш испраќа сигнал до контролниот систем што укажува на локацијата или пасусот на објектот.Ако се рефлектира светлината, сензорот го користи интензитетот и аголот на одразот за да ги утврди карактеристиките на предметот, како што се големината и површинскиот материјал.

Видови на оптички сензори

Постојат многу видови на оптички сензори, секој со специфични принципи и апликации за работа.Следниве се некои вообичаени типови на оптички сензори што се користат во сценаријата во реалниот свет.

Фотокондуктивните уреди ја менуваат спроводливоста на материјалите засновани на интензитет на светлина.Кога светлината го погодува сензорот, електроните во материјалот ја апсорбираат светлосната енергија и скокаат до лентата за спроводливост, зголемувајќи ја спроводливоста на материјалот.Фотокондуктивните уреди се користат во системите за откривање на светло-интензитет, како што се автоматски ламби за затемнување.Операторите треба да ги земат предвид условите на амбиенталното светло и времето на одговор за да обезбедат прецизна контрола при прилагодување на овие уреди.

Фотоволтаичните клетки (соларни ќелии) ја претвораат светлосната енергија директно во електрична енергија преку фотоелектричниот ефект во полупроводничките материјали.Фотоните возбудуваат електрони од валентниот опсег до лентата за спроводливост, создавајќи парови на електронски дупки и генерираат електрична струја.Овие батерии широко се користат за производство на енергија и напојување на далечински уреди како што се сателити и камери за надзор на отворено.

Слика 4: Фотоволтаични клетки

Фотодиоди го користат фотоелектричниот ефект за да ја претворат светлината во електрична струја.Кога светлината ја погодува областа за активирање, нивната внатрешна структура може да одговори брзо и да генерира електрична струја.Овие сензори најчесто се користат во опрема за откривање и комуникација со светло пулс, како што се далечински управувачи и системи за оптички влакна.

Слика 5: Фотодиоди

Фото -транзисторите во суштина се фотодиоди со внатрешна добивка.Кога светлината го погодува спојот со основни колектори, се создава внатрешно засилена струја, што ја прави погодна за откривање на слаби сигнали на светлина.Овие сензори се особено корисни во апликациите кои бараат висока чувствителност, како што е опрема за оптичко мерење во лабораториите.

Слика 6: Фототанзистори

Рефлективен сензор

Рефлективните сензори комбинираат предавател и приемник во еден уред, дозволувајќи им на емитуваниот зрак да се рефлектира на приемникот преку рефлексивна површина или површина на објектот.Кога некој предмет влегува во патеката на зракот, ја прекинува светлината, предизвикувајќи го сензорот.

За да се постави сензорот, треба правилно да се позиционира и да се навали правилно за оптимално размислување.Операторот мора да ја прилагоди положбата на сензорот за да обезбеди дека рефлексивната површина е доволно голема и правилно усогласена за ефикасно да го одрази зракот на приемникот.

На пример, во автоматските линии за пакување, рефлексивните сензори откриваат производи што се движат на подвижен појас.Операторот го става сензорот од едната страна на подвижниот појас и мазниот рефлектор од другата страна.Кога производот поминува низ и го блокира зракот, сензорот го открива прекинот и испраќа сигнал за активирање на активности, како што е запирање на транспортерот или пренесување на производот.

Една од предностите на рефлексивните сензори е нивната способност да работат на долги растојанија и нивната толеранција кон широк спектар на својства на површината.Сè додека се рефлектира доволно светлина, тие можат да детектираат предмети без оглед на бојата или површинската текстура.Оваа разноврсност ги прави рефлексивните сензори идеални за индустриска автоматизација, навигација со роботи и задачи за класификација на артикли.

Сензор за преку-зрак

Сензор за преку зрак се состои од две главни компоненти: предавател и приемник, поставени спроти едни на други, обично на растојание.Пренесувачот постојано испраќа зрак на светлина на приемникот.Кога некој предмет го блокира овој зрак, приемникот ја открива оклузијата и го претвора во електронски сигнал, што предизвикува операција за префрлување.

За да го поставите сензорот, предавателот и приемникот треба да бидат прецизно усогласени.Ова вклучува прилагодување на нивната позиција и агол, така што зракот од предавателот директно го погодува приемникот.Операторите мора да ги земат предвид факторите на животната средина, како што се светлината на позадината и потенцијалните извори на мешање за да избегнат лажно активирање.

Слика 7: Сензор за преку-зрак

На пример, на влезот во голем магацин, сензорите за преку светла монитор за неовластен влез.Пренесувачот и приемникот се поставени од двете страни на вратата.Кога некој или предметот поминува низ вратата, зракот е прекинат и системот предизвикува аларм.

Една од најголемите предности на сензорите преку зрак е нивната способност да работат на долги растојанија, што ги прави идеални за следење на големи области.Откривањето се заснова на прекин на зракот, така што сензорот не е чувствителен на големината, бојата или структурата на површината на предметот.Сепак, предметот мора да биде доволно голем за целосно да ја покрие оптичката патека помеѓу предавателот и приемникот.

Сензорите преку зраци се широко користени во индустриската автоматизација и безбедносните системи, особено во околини каде што се бара следење на долги растојанија и висока сигурност.Тие се идеални за откривање на предмети на производствени линии и следење на предмети со голема брзина.Со разбирање на овие оперативни детали, операторите можат да обезбедат ефикасна и сигурна употреба на сензори преку зраци во различни апликации.

Дифузен сензор за рефлексија

Дифузни сензори за рефлексија комбинираат предавател и приемник во еден уред.Работи со испуштање на светлина и добивање светло расфрлана од предметот што се мери.Сензорот е особено корисен за откривање на предмети со сложени површини или форми, како што се ткаенина, дрво или неправилно облик на метал.

Прво, поставете ја чувствителноста на сензорот да одговара на рефлексивните својства на различни материјали и бои.Операторите треба да ја прилагодат опремата заснована врз специфичната рефлексивност на објектот.Ова осигурува дека рефлектираната светлина е доволна за приемникот да го фати, избегнувајќи лажни читања заради премногу силна или премногу слаба светлина.

Слика 8: Дифузен сензор за рефлексија

На пример, во автоматски системи за пакување, сензорите за дифузна рефлексија откриваат етикети на кутии за пакување.Операторот го прилагодува сензорот така што машината точно ја идентификува секоја кутија, дури и ако етикетите имаат различни рефлексити.Ова бара прецизна контрола на интензитетот на испуштената светлина и чувствителноста на приемникот.

Дифузни сензори можат да доживеат проблеми како резултат на нерамномерно расејување на светлината, особено кога светлината што се рефлектира од задниот дел на објектот е поконцентрирана од светлината што се рефлектира од предната страна.За да се реши овој проблем, сензорот е дизајниран со употреба на технологија за откривање мулти-точки за да се намалат грешките.Операторите мора да ги земат предвид овие фактори и експериментално да ја утврдат оптималната чувствителност и аголот на емисија за да обезбедат точно и сигурно откривање.

Редовното одржување и калибрација обезбедуваат долгорочно стабилно работење.Ова вклучува чистење на леќите на сензорот за да се спречи прашина и нечистотии да се мешаат во преносот на светлина.

Различни извори на светлина за оптички сензори

Изворот на светлина е многу важен за дизајнот и функционалноста на оптичките сензори.Современите оптички сензори обично користат монохроматски извор на светлина, кој обезбедува стабилна, конзистентна светлина, овозможувајќи мерења со голема прецизност и оптички комуникации.

Ласерите произведуваат високо кохерентни греди на светлина со возбудливи атоми во специфичен медиум, како што се гас, кристал или специјално стакло.Зракот произведен од ласерот е многу фокусиран и може да се пренесе на долги растојанија без значително ширење.Ова ги прави идеални за апликации кои бараат прецизно позиционирање и комуникација со долги растојанија, како што се комуникација со оптички влакна и опрема за мерење на прецизност.Во работењето, ласерите бараат прецизно управување со електрична енергија и контрола на животната средина за да се одржи стабилно производство.Поради потенцијалните опасности од ласери со висок интензитет, операторите мора да обезбедат безбедно управување со ласер.

LED диоди (диоди што емитуваат светлина) се вреднуваат за нивната мала големина, висока ефикасност и долг живот.Тие испуштаат светлина со рекомбинација на електрони и дупки во полупроводнички материјал (обично N- и P-тип допирани региони).LED диоди може да покрие широк спектар на бранови должини од инфрацрвена до ултравиолетова.Нехерентната светлина на LED диоди е погодна за различни апликации за осветлување и индикација, како што се семафори и системи за паметно осветлување.Распоредувањето на LED диоди е релативно едноставно и не бара сложени безбедносни мерки како што се ласерите.Сепак, обезбедувањето на конзистентност и издржливост на LED извори на светлина бара прецизна контрола на струјата.

И двата извори на светлина имаат свои предности и недостатоци.Изборот зависи од специфичните барања за апликација.Ласерите најчесто се користат во прецизни оптички експерименти и со голема брзина оптички комуникации, додека LED диоди почесто се користат во електронска потрошувачка и системи за обележување.

Индикатор за течно ниво заснован на оптички сензор

Индикатор за течно ниво заснован на оптички сензор е прецизна алатка за мерење што ги користи принципите на рефракција и одраз на светлината за откривање на промените во нивото на течноста.Се состои од три главни компоненти: инфрацрвен ЛЕР, фото -транс -ангажстор и транспарентен врв на призма.

Слика 9: Сензор за оптичко ниво

Кога врвот на призмата е изложен на воздух, светлината од инфрацрвениот LED се подложува на тотален внатрешен рефлексија во призмата, како одраз на најголем дел од светлината на фото -транзистор.Во оваа состојба, транзисторот добива повеќе светлина и произведува повисок сигнал.

Кога врвот на призмата е потопен во течност, разликата во индексот на рефракција помеѓу течноста и воздухот предизвикува одредена светлина да избега од призмата.Ова предизвикува помалку светлина за да стигнете до фото -транзистор, со што се намалува светлината што ја прима и го намалува излезниот сигнал.

Чекори за инсталација и дебагирање:

Осигурете се дека е чист: врвот на призмата мора да биде чист и без загадување за да спречи неточни читања.Секоја нечистотија или остаток ќе влијае на рефлексија на светлина.

Поставете го сензорот: Правилно усогласете го врвот на сензорот со очекуваниот опсег на промени на нивото на течности.Наместете ја положбата на сензорот така што точно го открива порастот и падот на нивото на течноста.

Овој индикатор на ниво е ефикасен без оглед на бојата или јасност на течноста.Работи сигурно во најразлични течни медиуми, вклучително и заматени или обоени течности.Оптичките сензори обезбедуваат не-контакт метод на мерење на нивото на течноста, намалување на ризикот од абење и загадување на сензорот и со тоа и го прошируваат животот на опремата.

Примена на оптички сензори

Оптичките сензори се користат во многу полиња заради нивната висока чувствителност и точност.Подолу е вовед во некои клучни области за апликација.

Компјутери и опрема за автоматизација на канцеларијата: Во компјутерите и копирите, оптички сензори ја контролираат положбата на хартијата и движењето.Овие сензори обезбедуваат точен напредок и исфрлање на хартија за време на печатењето, намалувајќи ги метежот и грешките.Тие исто така се користат во автоматски тела за осветлување, како што се сензорни светла во ходници или конференциски простории, кои ги детектираат луѓето и автоматски ги вклучуваат и исклучуваат светлата, заштедуваат енергија и ја зголемуваат практичноста.

Системи за безбедност и надзор: Во безбедносните системи, оптичките сензори широко се користат за откривање на упад.Тие откриваат кога ќе се отвори прозорец или врата и активираат аларм.Во фотографијата, оптичките сензори во синхронизаторите на блиц обезбедуваат дека блицот се запали во оптималниот момент за оптимални ефекти на осветлување.

Биомедицински апликации: Во медицинското поле, оптичките сензори го следат дишењето на пациентот и отчукувањата на срцето.Со анализирање на промените во рефлектираната светлина, тие откриваат ситни движења на градите на неинвазивно да ја следат респираторната стапка.Мониторите на оптички отчукувања на срцето користат LED диоди за да испуштаат светлина преку кожата и да ја откриваат количината апсорбирана и рефлектирана од крвта за да го пресметаат отчукувањата на срцето.

Сензор за амбиентална светлина: Во паметните телефони и таблетите, сензорите за амбиентална светлина автоматски ја прилагодуваат осветленоста на екранот за да го оптимизираат дисплејот врз основа на околните услови на светлината и заштедете енергија на батеријата.Овие сензори бараат прецизна калибрација и чувствителни карактеристики на одговор за да се прилагодат на брзо менување на условите на амбиенталното светло и да им овозможат на корисниците удобно визуелно искуство.

Заклучок

Апликациите на оптички сензори во различни технолошки полиња ја демонстрираат нивната широка функционалност и ефикасни перформанси.Од оптички сензори до различни сензори за рефлективни и преку зрак, секој вид оптички сензор има уникатни предности и може да задоволи различни потреби за инспекција.Во индустриската автоматизација, тие обезбедуваат откривање и контрола со голема прецизност;Во потрошувачката електроника, тие ја подобруваат интелигенцијата на опремата;Во мониторингот на биомедицина и животната средина, тие обезбедуваат точност и веродостојност на податоците.Во иднина, со континуирано напредување и иновации на технологијата, оптичките сензори ќе играат поважна улога во повеќе нови полиња и ќе го промовираат развојот на разни индустрии во насока на интелигенција и автоматизација.

Често поставувани прашања [ЧПП]

1. Дали е оптички сензор аналоген или дигитален?

Оптичките сензори можат да бидат аналогни или дигитални, во зависност од нивниот дизајн и видот на излезниот сигнал.Аналогни оптички сензори Излегуваат континуирано различен напонски сигнал што е пропорционален со откриениот интензитет на светлина.Дигиталните оптички сензори излегуваат на дигитални сигнали, како што се бинарни кодови, кои обично се претвораат од аналогни сигнали преку вграден аналоген до дигитален конвертор.

2. Кои се предностите на оптичкиот сензор?

Главните предности на оптичките сензори вклучуваат:

Висока чувствителност и точност: Може да открие слаби светлосни сигнали и суптилни промени во предметите.

Мерење на контакт: Мерењето може да се изврши без контакт или мешање во целта, погодно за откривање на кревки или опасни материи.

Брзо време на одговор: Може брзо да одговори на оптичките промени во околината, погодни за динамични мерења.

Широка прилагодливост: Може да работи во различни услови на животната средина, вклучително и груби или опасни околини.

3. Како да се тестира оптички сензор?

Тестирањето оптички сензори обично ги вклучува следниве чекори:

Подгответе ја околината за тестирање: Осигурете се дека условите на амбиенталното светло ги исполнуваат оперативните спецификации на сензорот.

Поврзете го уредот: Поврзете го сензорот со уред за читање, како што е мултиметар или компјутер.

Калибрација: Калибрирајте го сензорот според упатствата на производителот за да се обезбеди точност.

Нанесете извор на светлина за тест: Користете извор на светлина на позната осветленост за да го осветлите сензорот.

Прочитајте и снимајте го излезот: Снимете го излезот на сензорот и проверете дали реагира како што се очекуваше да се промени во изворот на светлина.

4. Која е разликата помеѓу оптички сензор и инфрацрвен сензор?

Главната разлика помеѓу оптичките и инфрацрвените сензори е опсегот на светлосни бранови должини што ги откриваат.Оптичките сензори генерално се однесуваат на сензорите способни да ги чувствуваат брановите должини во видливиот опсег.Инфрацрвени сензори конкретно откриваат инфрацрвени светлосни бранови должини, кои се невидливи за човечкото око.Инфрацрвените сензори најчесто се користат во камери за термичка слика, опрема за ноќно гледање и некои видови комуникациска опрема.

5. Дали оптичките сензори се пасивни или активни?

Оптичките сензори можат да бидат или пасивни или активни, во зависност од тоа дали тие бараат надворешен извор на светлина.

Пасивни оптички сензори: Не е потребен дополнителен извор на светлина, тие работат со откривање на светлина од околината, како што е сончева светлина или постојно осветлување.

Активни оптички сензори: Потребен е надворешен извор на светлина за да ја осветли целта и потоа да ја открие светлината што се рефлектира или пренесе од целта.