Základy a aplikácie optických snímačov

Základy a aplikácie optických snímačov

Optický senzor prevádza svetelné lúče na elektronický signál. Účelom optického snímača je zmerať fyzikálne množstvo svetla a podľa typu snímača ho potom preložiť do formy čitateľnej integrovaným meracím zariadením. Optické Používajú sa snímače na bezkontaktnú detekciu, počítanie alebo polohovanie dielov. Optické snímače môžu byť buď interné alebo externé. Externé snímače zhromažďujú a prepúšťajú potrebné množstvo svetla, zatiaľ čo interné snímače sa najčastejšie používajú na meranie zákrut a iných malých zmien smeru.



Možné merané hodnoty rôznymi optickými snímačmi sú teplota, rýchlosť kvapaliny, tlak, výtlak (poloha), vibrácie, chemické látky, silové žiarenie, hodnota pH, napätie, akustické pole a elektrické pole


Typy optických snímačov

Existujú rôzne druhy optických senzorov, najbežnejšie typy, ktoré používame v našich aplikáciách v reálnom svete, ako je uvedené nižšie.





  • Fotovodivé zariadenia používané na meranie odporu premenou zmeny dopadajúceho svetla na zmenu odporu.
  • Fotovoltaický článok (solárny článok) prevádza množstvo dopadajúceho svetla na výstupné napätie.
  • Fotodiódy prevádzať množstvo dopadajúceho svetla na výstupný prúd.

Fototranzistory sú typom bipolárneho tranzistora, pri ktorom je spojenie báza-kolektor vystavené svetlu. Výsledkom je rovnaké správanie fotodiódy, ale s vnútorným ziskom.

Princíp činnosti je prenos a príjem svetla v optickom senzore, detekovaný objekt odráža alebo prerušuje a svetelný lúč vysielaný emitujúcou diódou . V závislosti od typu zariadenia sa hodnotí prerušenie alebo odraz svetelného lúča. To umožňuje detekovať objekty nezávisle od materiálu, z ktorého sú vyrobené (drevo, kov, plast alebo iný). Špeciálne zariadenia umožňujú detekciu priehľadných objektov alebo objektov s rôznymi farbami alebo rozdielnymi kontrastmi. Rôzne typy optických snímačov, ako je vysvetlené nižšie.



Rôzne typy optických snímačov

Rôzne typy optických snímačov

Priamo-lúčové snímače

Systém sa skladá z dvoch samostatných komponentov, ktoré sú vysielač a prijímač umiestnené oproti sebe. Vysielač premieta na prijímač svetelný lúč. Prerušenie svetelného lúča sa interpretuje ako signál spínača prijímačom. Nie je podstatné, kde k prerušeniu dôjde.


Výhoda: Je možné dosiahnuť veľké prevádzkové vzdialenosti a rozpoznávanie je nezávislé od povrchovej štruktúry, farby alebo odrazivosti objektu.

Aby sa zaručila vysoká prevádzková spoľahlivosť, musí sa zaručiť, že objekt je dostatočne veľký na to, aby úplne prerušil svetelný lúč.

Spätné odrazové snímače

Vysielač aj prijímač sú v jednom dome, prostredníctvom reflektora je emitovaný svetelný lúč nasmerovaný späť do prijímača. Prerušenie svetelného lúča iniciuje spínaciu operáciu. Miesto prerušenia nie je dôležité.

Výhoda: Spätné odrazové snímače umožňujú veľké prevádzkové vzdialenosti so spínacími bodmi, ktoré sú presne reprodukovateľné a ktoré si vyžadujú malé úsilie pri montáži. Všetky objekty prerušujúce svetelný lúč sú presne detegované nezávisle od ich povrchovej štruktúry alebo farby.

Difúzne odrazové snímače

Vysielač aj prijímač sú v jednom kryte. Prechádzajúce svetlo sa odráža od detekovaného objektu.

Výhoda: Intenzita rozptýleného svetla v prijímači slúži ako spínacia podmienka. Bez ohľadu na nastavenie citlivosti odráža zadná časť vždy lepšie ako predná časť. To vedie k následkom chybných spínacích operácií.

Rôzne zdroje svetla pre optické snímače

Je ich veľa typy svetelného zdroja s. Slnko a svetlo z horiacich plameňov fakle boli prvými zdrojmi svetla, ktoré sa používali na štúdium optiky. V skutočnosti svetlo pochádzajúce z určitých (vystúpených) látok (napr. Jódu, chlóru a ortuťových iónov) stále poskytuje referenčné body v optickom spektre. Jednou z kľúčových zložiek optickej komunikácie je monochromatický svetelný zdroj. V optickej komunikácii musia byť svetelné zdroje monochromatické, kompaktné a trvanlivé. Tu sú dva rôzne typy svetelného zdroja.

1. LED (svetelná dióda)

Počas procesu rekombinácie elektrónov s otvormi na spojoch n-dopovaných a p-dopovaných polovodičov sa energia uvoľňuje vo forme svetla. Budenie prebieha pôsobením vonkajšieho napätia a môže dôjsť k rekombinácii alebo môže byť stimulovaná ako ďalší fotón. To uľahčuje spojenie LED svetlo s optickým zariadením.

LED dióda je polovodičové zariadenie p-n, ktoré vyžaruje svetlo, keď je na obidve svorky pripojené napätie

LED dióda je polovodičové zariadenie p-n, ktoré vyžaruje svetlo, keď je na obidve svorky pripojené napätie

2. LASER (zosilnenie svetla stimulovaným emisným žiarením)

Laserom vzniká, keď elektróny v atómoch v špeciálnych sklách, kryštáloch alebo plynoch absorbujú energiu z elektrického prúdu, stanú sa excitovanými. Vybudené elektróny sa pohybujú z nízkoenergetickej obežnej dráhy na vyššiu energetickú dráhu okolo jadra atómu. Po návrate do normálneho alebo základného stavu to vedie k tomu, že elektróny emitujú fotóny (častice svetla). Tieto fotóny sú všetky na rovnakej vlnovej dĺžke a koherentné. Obyčajné viditeľné svetlo obsahuje viac vlnových dĺžok a nie je koherentné.

Proces emisie svetla LASAR

Proces emisie svetla LASAR

Aplikácie optických snímačov

Aplikácia týchto optických senzorov sa pohybuje od počítačov po detektory pohybu. Aby optické snímače fungovali efektívne, musia byť správneho typu pre danú aplikáciu, aby si zachovali svoju citlivosť na vlastnosť, ktorú merajú. Optické snímače sú neoddeliteľnou súčasťou mnohých bežných zariadení vrátane počítačov, kopírovacích strojov (xerox) a svietidiel, ktoré sa v tme automaticky zapínajú. A medzi bežné aplikácie patria napríklad výstražné systémy, synchronizátory fotografických bleskov a systémy, ktoré dokážu detekovať prítomnosť objektov.

Senzory okolitého svetla

Väčšinou sme tento senzor videli na našich mobilných telefónoch. Predĺži sa výdrž batérie a umožní sa vám dobre viditeľné displeje optimalizované pre dané prostredie.

Senzory okolitého svetla

Senzory okolitého svetla

Biomedicínske aplikácie

optické snímače majú silné uplatnenie v biomedicínskej oblasti. Niektoré z príkladov Analýza dychu pomocou laditeľného diódového laseru, Optické monitory srdcového tepu optický monitor srdcového tepu meria vašu srdcovú frekvenciu pomocou svetla. LED pokožka presvitá a optický snímač skúma svetlo, ktoré sa odráža späť. Pretože krv absorbuje viac svetla, výkyvy úrovne svetla sa dajú preložiť do srdcového rytmu. Tento proces sa nazýva fotopletysmografia.

Indikátor hladiny kvapaliny na základe optického snímača

Na základe optického senzora Ukazovateľ hladiny kvapaliny sa skladá z dvoch hlavných častí, infračervenej LED spojenej so svetelným tranzistorom, a z priehľadného hrotu v prednej časti. LED dióda premieta infračervené svetlo smerom von, keď je hrot snímača obklopený vzduchom, svetlo reaguje odrazom späť v hrote pred návratom k tranzistoru. Keď je snímač ponorený do kvapaliny, svetlo sa rozptýli po celom rozsahu a menej sa vráti späť do tranzistora. Množstvo odrazeného svetla do tranzistora ovplyvňuje výstupné úrovne, čo umožňuje snímanie úrovne bodu

Optický snímač úrovne

Optický snímač úrovne

Máte základné informácie o optickom snímači? Berieme na vedomie, že vyššie uvedené informácie objasňujú základy koncepcie optického snímača so súvisiacimi obrázkami a rôznymi aplikáciami v reálnom čase. Ďalej akékoľvek pochybnosti týkajúce sa tohto konceptu resp implementovať akékoľvek projekty založené na senzoroch , uveďte svoje návrhy a komentáre k tomuto článku, ktoré môžete napísať do sekcie komentárov nižšie. Tu je otázka, aké sú rôzne svetelné zdroje optického snímača?