חיישן אופטי ממיר את קרני האור לאות אלקטרוני. מטרתו של חיישן אופטי היא למדוד כמות אור פיזית ובהתאם לסוג החיישן לתרגם אותו לצורה הניתנת לקריאה על ידי מכשיר מדידה משולב. אוֹפּטִי משתמשים בחיישנים לזיהוי, ספירה או מיקום של חלקים ללא מגע. חיישנים אופטיים יכולים להיות פנימיים או חיצוניים. חיישנים חיצוניים אוספים ומשדרים כמות אור נדרשת, בעוד שלרוב משתמשים בחיישנים פנימיים למדידת כיפוף ושינויים קטנים אחרים בכיוון.
המדידות האפשריות על ידי חיישנים אופטיים שונים הן טמפרטורה, מהירות רמת נוזלים, לחץ, תזוזה (מיקום), רעידות, מינים כימיים, קרינת כוח, ערך pH, זן, שדה אקוסטי ושדה חשמלי.
סוגי חיישנים אופטיים
ישנם סוגים שונים של חיישנים אופטיים, הסוגים הנפוצים ביותר בהם השתמשנו ביישומי העולם האמיתי שלנו כמפורט להלן.
- מכשירים פוטו-מוליכים המשמשים למדידת ההתנגדות על ידי המרת שינוי אור נפול לשינוי התנגדות.
- התא הפוטו-וולטאי (תא סולרי) ממיר כמות אור נופל למתח יציאה.
- פוטודיודות להמיר כמות אור תקרית לזרם פלט.
פוטו טרנזיסטורים הם סוג של טרנזיסטור דו קוטבי שבו צומת אספן הבסיס חשוף לאור. התוצאה היא אותה התנהגות של פוטודיודה, אך עם רווח פנימי.
עקרון ההפעלה הוא שידור וקבלת אור בחיישן אופטי, האובייקט המתגלה משקף או קוטע א קרן אור שנשלחה על ידי דיודה פולטת . בהתאם לסוג המכשיר, הערכה של הפרעה או השתקפות של קרן האור. זה מאפשר לזהות עצמים ללא תלות בחומר שממנו הם בנויים (עץ, מתכת, פלסטיק או אחר). מכשירים מיוחדים מאפשרים אפילו גילוי של אובייקטים שקופים או כאלה עם צבעים שונים או ניגודים בניגוד. סוגים שונים של חיישנים אופטיים כמוסבר להלן.
סוגים שונים של חיישנים אופטיים
חיישני דרך קרן
המערכת מורכבת משני רכיבים נפרדים שהמשדר והמקלט ממוקמים זה מול זה. המשדר מקרין קרן אור על המקלט. הפרעה של קרן האור מתפרשת כאות מתג על ידי המקלט. זה לא רלוונטי היכן מתרחשת ההפרעה.
יתרון: ניתן להשיג מרחקי פעולה גדולים וההכרה אינה תלויה במבנה פני השטח של האובייקט, צבעו או רפלקטיביותו.
כדי להבטיח אמינות תפעולית גבוהה יש להבטיח כי האובייקט גדול דיו כדי להפריע לחלוטין את קרן האור.
חיישנים רטרו-רפלקטיביים
משדר ומקלט נמצאים באותו בית, דרך רפלקטור קרן האור הנפלטת מופנית חזרה למקלט. הפרעה של קרן האור יוצרת פעולת מיתוג. היכן שההפרעה מתרחשת אין כל חשיבות.
יתרון: חיישני רפלקטיביים רטרו-רפלקטיביים מאפשרים מרחקי הפעלה גדולים עם נקודות החלפה, אשר ניתן לשחזור בדיוק ודורשים מעט מאמץ הרכבה. כל האובייקטים הקוטעים את קרן האור מזוהים באופן מדויק ללא תלות במבנה פני השטח שלהם או בצבע.
חיישני השתקפות מפוזרים
גם המשדר וגם המקלט נמצאים בבית אחד. האור המועבר מוחזר על ידי האובייקט שיזוהה.
יתרון: עוצמת האור המפוזרת במקלט משמשת כתנאי מיתוג. ללא קשר להגדרת הרגישות החלק האחורי תמיד משקף טוב יותר מהחלק הקדמי. זה מוביל לתוצאה של פעולות מיתוג שגויות.
מקורות אור שונים לחיישנים אופטיים
יש הרבה סוגים של מקור אור ס. השמש והאור מלהבות הלפידים הבוערות היו מקורות האור הראשונים ששימשו לחקר האופטיקה. למען האמת, אור המגיע מחומר מסוים (יוצא) (למשל, יוד, כלור ויונים כספית) עדיין מספק את נקודות הייחוס בספקטרום האופטי. אחד מרכיבי המפתח בתקשורת אופטית הוא מקור האור המונוכרומטי. בתקשורת אופטית, מקורות האור חייבים להיות מונוכרומטיים, קומפקטיים ועמידים לאורך זמן. להלן שני סוגים שונים של מקור אור.
1. LED (דיודה פולטת אור)
בתהליך רקומבינציה של אלקטרונים עם חורים בצמתים של מוליכים למחצה המסוממים ב- n ו- p, האנרגיה משתחררת בצורה של אור. העירור מתרחש על ידי הפעלת מתח חיצוני והריבומבינציה עשויה להתקיים, או להיות מגורה כפוטון אחר. זה מקל על צימוד את ה- LED אור עם מכשיר אופטי.
נורית LED היא מכשיר מוליך למחצה p-n הפולט אור כאשר מתח מופעל על שני המסופים שלו
2. LASER (הגברה קלה על ידי קרינת פליטה מגורה)
לייזר נוצר, כאשר האלקטרונים באטומים במשקפיים, גבישים או גזים מיוחדים סופגים אנרגיה מזרם חשמלי הם מתרגשים. האלקטרונים הנרגשים עוברים ממסלול בעל אנרגיה נמוכה יותר למסלול בעל אנרגיה גבוהה יותר סביב גרעין האטום. כאשר הם חוזרים למצבם הרגיל או הקרקעי הדבר מוביל לכך שהאלקטרונים פולטים פוטונים (חלקיקי אור). הפוטונים הללו כולם באותו אורך גל וקוהרנטיים. האור הנראה הרגיל כולל אורכי גל מרובים ואינו קוהרנטי.
LASAR תהליך פליטת אור
יישומים של חיישנים אופטיים
היישום של חיישנים אופטיים אלה נע בין מחשבים לגלאי תנועה. כדי שחיישנים אופטיים יעבדו ביעילות, עליהם להיות הסוג הנכון ליישום, כך שישמרו על רגישותם למאפיין אותו הם מודדים. חיישנים אופטיים הם חלקים אינטגרליים ממכשירים נפוצים רבים, כולל מחשבים, מכונות העתקה (xerox) וגופי תאורה המופעלים אוטומטית בחושך. וכמה מהיישומים הנפוצים כוללים מערכות אזעקה, סינכרונים להבזקי צילום ומערכות שיכולות לזהות נוכחות של עצמים.
חיישני אור סביבתי
בעיקר ראינו את החיישן במכשירים הניידים שלנו. זה יאריך את חיי הסוללה ומאפשר תצוגה קלה לצפייה המותאמת לסביבה.
חיישני אור סביבתי
יישומים ביו-רפואיים
לחיישנים אופטיים יש יישומים חזקים בתחום הביו-רפואי. חלק מהדוגמאות ניתוח נשימה באמצעות לייזר דיודה מתכוונן, צגי דופק אופטיים מד דופק אופטי מודד את הדופק שלך באמצעות אור. נורית LED זורחת בעור, וחיישן אופטי בוחן את האור המוחזר לאחור. מכיוון שדם סופג יותר אור, ניתן לתרגם תנודות ברמת האור לדופק. תהליך זה נקרא פוטופלטיזמוגרפיה.
מחוון מפלס נוזלי מבוסס חיישן אופטי
מבוסס חיישן אופטי מחוון רמת נוזלים מורכב משני חלקים עיקריים נורית אינפרא אדום בשילוב טרנזיסטור אור וקצה פריזמה שקוף מלפנים. נורית ה- LED מקרינה אור אינפרא אדום כלפי חוץ, כאשר קצה החיישן מוקף באוויר האור מגיב על ידי קפיצה חזרה עם הקצה לפני החזרה לטרנזיסטור. כאשר החיישן טובל בנוזל, האור מתפזר לאורכו ופחות מוחזר לטרנזיסטור. כמות האור המוחזר לטרנזיסטור משפיעה על רמות הפלט, מה שמאפשר חישה ברמת הנקודה
חיישן מפלס אופטי
האם יש לך מידע בסיסי של חיישן אופטי? אנו מכירים בכך שהמידע שניתן לעיל מבהיר את יסודות מושג החיישן האופטי עם תמונות קשורות ויישומים שונים בזמן אמת. יתר על כן, כל ספק בנוגע למושג זה או ליישם פרויקטים מבוססי חיישנים כלשהם אנא הוסף את הצעותיך והערותיך למאמר זה שתוכל לכתוב בקטע ההערות למטה. הנה שאלה עבורך, מהם מקורות האור השונים של חיישן אופטי?
