اصول و کاربردهای سنسور نوری

اصول و کاربردهای سنسور نوری

سنسور نوری پرتوهای نور را به سیگنال الکترونیکی تبدیل می‎کند. هدف سنسورهای نوری اندازه‎گیری مقدار فیزیکی نور است و بسته به نوع سنسور، آن را به شکلی ترجمه می‎کند که توسط یک دستگاه اندازه‌گیری یکپارچه قابل خواندن باشد.

سنسور نوری برای تشخیص بدون تماس، شمارش یا موقعیت‎یابی قطعات استفاده می‎شود. سنسورهای نوری می‎توانند داخلی یا خارجی باشند. سنسورهای خارجی مقدار مورد نیاز نور را جمع‎آوری و منتقل می کنند، در حالی که سنسورهای داخلی اغلب برای اندازه‎گیری خمیدگی‏ها و سایر تغییرات کوچک استفاده می‎شوند.

اندازه‎گیری‎های ممکن توسط سنسورهای نوری مختلف عبارتند از: دما، سرعت، سطح مایع، فشار، جابجایی (موقعیت)، ارتعاشات، گونه‎ های شیمیایی، تابش نیرو، مقدار pH، کرنش، میدان صوتی و میدان الکتریکی.

انواع سنسور نوری

انواع مختلفی سنسور نوری وجود دارد که به رایج‌ترین نوع آن‌ها در برنامه‌های کاربردی دنیای واقعی‌مان اشاره خواهد شد.

اصل کار، انتقال و دریافت نور در یک سنسور نوری است، جسمی که باید تشخیص داده شود پرتو نوری را که توسط یک دیود ساطع می‌شود منعکس یا قطع می‌کند. بسته به نوع دستگاه، وقفه یا انعکاس پرتو نور ارزیابی می‏شود. این امر امکان تشخیص اشیاء را مستقل از موادی که از آنها ساخته شده‎اند (چوب، فلز، پلاستیک یا موارد دیگر) ممکن می‎سازد. دستگاه‌های ویژه حتی امکان تشخیص اشیاء شفاف را نیز دارند، آنها همچنین می‎توانند اشیائی را که رنگ‌ها یا تفاوت‌های مشخصی دارند تشخیص دهند.

انواع مختلف سنسور نوری در زیر توضیح داده شده است.

سنسورهای پرتویی

فواصل عملیاتی زیادی را می‎توان از طریق سنسور نوری پرتویی به دست آورد و تشخیص در آن، مستقل از ساختار سطح، رنگ یا بازتابش جسم است.

برای تضمین قابلیت اطمینان عملیاتی بالا، باید مطمئن بود که جسم به اندازه کافی بزرگ است تا پرتو نور را به طور کامل قطع کند.

سنسورهای بازتابی

سنسورهای بازتابنده، فواصل عملیاتی بزرگ را با نقاط سوئیچینگ امکان‎پذیر می‎کنند، و کاملا ً تکرارپذیر هستند و نیاز به تلاش کمی برای نصب دارند. تمام اشیایی که پرتو نور را قطع می‎کنند، مستقل از ساختار سطح یا رنگ آنها به دقت شناسایی می‎شوند.

سنسورهای القایی، استوانه‎ای و مکعبی

سنسور القایی یک دستگاه الکترونیکی است که می‎تواند اهداف فلزات آهنی را بدون تماس فیزیکی تشخیص دهد. سنسورهای القایی اهداف فلزات غیرآهنی مانند آلومینیوم، برنج و مس را شناسایی می‎کنند. اما استفاده از اهداف فلزی غیرآهنی محدوده سنسور القایی را کاهش می‎دهد و باید یک ضریب تصحیح ساده را هنگام تعیین فاصله سنجش در نظر بگیرید.

به عنوان مثال، اگر جسم از برنج ساخته شده است، شما باید فاصله سنسور طبیعی را در ۰٫۵ ضرب کنید.

در ایران پردیس کابل البرز وارد کننده انواع سنسور نوری القایی با برند آکوسنس است.

سنسورهای استوانه‌ای در مقایسه با سنسورهای مکعبی چندین مزیت دارند: از یک طرف بسیار قوی هستند، از طرف دیگر، به لطف رزوه یکپارچه می‌توان آنها را به روشی بسیار ساده و صرفه‌جویی در فضا نصب کرد و همچنین قیمت آنها بسیار مقرون به صرفه است.

دو سوراخ اضافی برای محفظه و لوازم جانبی نصب گسترده و پیچیده در سنسورهای استوانه‎ای، گزینه‎های گسترده‎ای برای نصب را در اختیار کاربر قرار می‎دهد.

پردیس کابل البرز نیازهای بازار ایران در بخش سنسورهای استوانه‎ای و مکعبی با برند آکوسنس را نیز تأمین کرده است.

منابع نوری مختلف برای سنسورهای نوری

انواع مختلفی از منابع نور وجود دارد. خورشید و نور حاصل از سوزاندن شعله‎های مشعل، اولین منابع نوری بودند که برای مطالعه اپتیک مورد استفاده قرار گرفتند.

در اینجا دو نوع منبع مختلف نور برای سنسور نوری ارائه شده است:

LED (دیود ساطع کننده نور)

در طی فرآیند نوترکیبی، الکترون‌ها با حفره‌هایی در محل اتصال نیمه‌هادی‌های n-doped و p-doped، انرژی به شکل نور آزاد می‌شود. تحریک با اعمال یک ولتاژ خارجی صورت می‎گیرد و ممکن است نوترکیب در حال انجام باشد، یا ممکن است به عنوان یک فوتون دیگر تحریک شود. این امر اتصال نور LED را با یک دستگاه نوری تسهیل می‌کند

لیزر (تقویت نور توسط تشعشعات انتشار تحریک شده)

لیزر زمانی ایجاد می‌شود که الکترون‌های موجود در اتم‌ها در شیشه‌های مخصوص، کریستال‌ها یا گازها، انرژی را از جریان الکتریکی جذب می‌کنند و برانگیخته می‌شوند. الکترون‎های برانگیخته از مداری با انرژی کمتر به مداری با انرژی بالاتر در اطراف هسته اتم حرکت می‎کنند. هنگامی که آنها به حالت عادی یا پایه خود باز می‎گردند، انتشار فوتون (ذرات نور) توسط الکترون‎ها صورت می‎گیرد. این فوتون‎ها همه در یک طول موج قرار دارند و منسجم هستند. در حالی که نور مرئی معمولی دارای طول موج‎های متعدد است و منسجم نیست.

کاربرد سنسورهای نوری

کاربرد سنسور نوری از کامپیوتر تا آشکارسازهای حرکتی را شامل می‎شود. سنسورهای نوری بخش جدایی‌ناپذیر بسیاری از دستگاه‌های رایج از جمله رایانه‌ها، دستگاه‌های کپی (زیراکس) و وسایل نور هستند که به طور خودکار در تاریکی روشن می‌شوند و برخی از برنامه‎های رایج شامل سیستم‎های هشدار، همگام برای فلاش‎های عکاسی و سیستم‎هایی هستند که می‎توانند وجود اشیا را تشخیص دهند.

کاربردهای سنسور نوری در زیست پزشکی

سنسورهای نوری کاربردهای قوی در زمینه زیست پزشکی دارند. برخی از نمونه‌های آنالیز تنفس با استفاده از لیزر دیود قابل تنظیم، ضربان قلب شما را با استفاده از نور اندازه‌گیری می‌کنند. به این صورت که یک LED از روی پوست می‎تابد و یک سنسور نوری، نور بازتاب شده را بررسی می‎کند. از آنجایی که خون نور بیشتری را جذب می‎کند، نوسانات سطح نور را می‎توان به ضربان قلب تبدیل کرد. این فرآیند به عنوان فتوپلتیسموگرافی نامیده می‎شود.