Ein optischer Sensor wandelt Lichtstrahlen in ein elektronisches Signal um. Der Zweck eines optischen Sensors besteht darin, eine physikalische Lichtmenge zu messen und diese je nach Sensortyp in eine Form zu übersetzen, die von einem integrierten Messgerät gelesen werden kann. Optisch Sensoren werden verwendet zur berührungslosen Erkennung, Zählung oder Positionierung von Teilen. Optische Sensoren können entweder intern oder extern sein. Externe Sensoren sammeln und übertragen eine erforderliche Lichtmenge, während interne Sensoren am häufigsten zum Messen der Biegungen und anderer kleiner Richtungsänderungen verwendet werden.
Die mit verschiedenen optischen Sensoren möglichen Messgrößen sind Temperatur, Geschwindigkeit Flüssigkeitsstand, Druck, Verschiebung (Position), Schwingungen, chemische Spezies, Kraftstrahlung, pH-Wert, Dehnung, akustisches Feld und elektrisches Feld
Arten von optischen Sensoren
Es gibt verschiedene Arten von optischen Sensoren, die häufigsten Arten, die wir in unseren realen Anwendungen verwendet haben, wie unten angegeben.
- Photoleitende Geräte zur Messung des Widerstands durch Umwandlung einer Änderung des einfallenden Lichts in eine Änderung des Widerstands.
- Die Photovoltaikzelle (Solarzelle) wandelt eine Menge einfallenden Lichts in eine Ausgangsspannung um.
- Die Fotodioden eine Menge einfallenden Lichts in einen Ausgangsstrom umwandeln.
Fototransistoren sind eine Art Bipolartransistor, bei dem der Basis-Kollektor-Übergang Licht ausgesetzt ist. Dies führt zum gleichen Verhalten einer Fotodiode, jedoch mit einer internen Verstärkung.
Das Funktionsprinzip ist das Senden und Empfangen von Licht in einem optischen Sensor, wobei das zu erfassende Objekt a reflektiert oder unterbricht Lichtstrahl, der von einer emittierenden Diode ausgesendet wird . Je nach Gerätetyp wird die Unterbrechung oder Reflexion des Lichtstrahls ausgewertet. Dies ermöglicht es, Objekte unabhängig von dem Material zu erkennen, aus dem sie bestehen (Holz, Metall, Kunststoff oder anderes). Spezielle Geräte ermöglichen sogar die Erkennung transparenter Objekte oder Objekte mit unterschiedlichen Farben oder Kontrastschwankungen. Verschiedene Arten von optischen Sensoren, wie unten erläutert.
Verschiedene Arten von optischen Sensoren
Durchlichtsensoren
Das System besteht aus zwei getrennten Komponenten, bei denen Sender und Empfänger einander gegenüberliegen. Der Sender projiziert einen Lichtstrahl auf den Empfänger. Eine Unterbrechung des Lichtstrahls wird vom Empfänger als Schaltsignal interpretiert. Es ist unerheblich, wo die Unterbrechung auftritt.
Vorteil: Es können große Arbeitsabstände erreicht werden und die Erkennung ist unabhängig von der Oberflächenstruktur, Farbe oder dem Reflexionsvermögen des Objekts.
Um eine hohe Betriebszuverlässigkeit zu gewährleisten, muss sichergestellt sein, dass das Objekt groß genug ist, um den Lichtstrahl vollständig zu unterbrechen.
Rückreflektierende Sensoren
Sender und Empfänger befinden sich beide im selben Haus. Durch einen Reflektor wird der emittierte Lichtstrahl zurück zum Empfänger gerichtet. Eine Unterbrechung des Lichtstrahls löst einen Schaltvorgang aus. Wo die Unterbrechung auftritt, spielt keine Rolle.
Vorteil: Rückreflektierende Sensoren ermöglichen große Betriebsabstände mit Schaltpunkten, die mit geringem Montageaufwand exakt reproduzierbar sind. Alle Objekte, die den Lichtstrahl unterbrechen, werden unabhängig von ihrer Oberflächenstruktur oder Farbe genau erfasst.
Diffuse Reflexionssensoren
Sowohl Sender als auch Empfänger befinden sich in einem Gehäuse. Das durchgelassene Licht wird von dem zu erfassenden Objekt reflektiert.
Vorteil: Die diffuse Lichtintensität am Empfänger dient als Schaltbedingung. Unabhängig von der Empfindlichkeitseinstellung reflektiert der hintere Teil immer besser als der vordere Teil. Dies führt zu fehlerhaften Schaltvorgängen.
Verschiedene Lichtquellen für optische Sensoren
Da sind viele Arten von Lichtquellen s. Die Sonne und das Licht brennender Fackelflammen waren die ersten Lichtquellen, mit denen die Optik untersucht wurde. Tatsächlich liefert Licht, das von bestimmten (ausgetretenen) Stoffen (z. B. Iod-, Chlor- und Quecksilberionen) kommt, immer noch die Referenzpunkte im optischen Spektrum. Eine der Schlüsselkomponenten in der optischen Kommunikation ist die monochromatische Lichtquelle. In der optischen Kommunikation müssen Lichtquellen monochromatisch, kompakt und langlebig sein. Hier sind zwei verschiedene Arten von Lichtquellen.
1. LED (Leuchtdiode)
Während des Rekombinationsprozesses von Elektronen mit Löchern an den Übergängen von n-dotierten und p-dotierten Halbleitern wird Energie in Form von Licht freigesetzt. Die Anregung erfolgt durch Anlegen einer externen Spannung und die Rekombination kann stattfinden oder als anderes Photon stimuliert werden. Dies erleichtert die Kopplung die LED Licht mit einem optischen Gerät.
Eine LED ist ein pn-Halbleiterbauelement, das Licht emittiert, wenn an seinen beiden Anschlüssen eine Spannung anliegt
2. LASER (Lichtverstärkung durch stimulierte Emissionsstrahlung)
Ein Laser entsteht, wenn die Elektronen in den Atomen in speziellen Gläsern, Kristallen oder Gasen Energie aus einem elektrischen Strom absorbieren, werden sie angeregt. Die angeregten Elektronen bewegen sich von einer Umlaufbahn mit niedrigerer Energie zu einer Umlaufbahn mit höherer Energie um den Atomkern. Wenn sie in ihren Normal- oder Grundzustand zurückkehren, emittieren die Elektronen Photonen (Lichtteilchen). Diese Photonen haben alle die gleiche Wellenlänge und sind kohärent. Das gewöhnliche sichtbare Licht umfasst mehrere Wellenlängen und ist nicht kohärent.
LASAR-Lichtemissionsprozess
Anwendungen optischer Sensoren
Die Anwendung dieser optischen Sensoren reicht von Computern bis zu Bewegungsmeldern. Damit optische Sensoren effektiv arbeiten können, müssen sie vom richtigen Typ für die Anwendung sein, damit sie ihre Empfindlichkeit gegenüber den von ihnen gemessenen Eigenschaften beibehalten. Optische Sensoren sind integraler Bestandteil vieler gängiger Geräte, einschließlich Computer, Kopiergeräte (Xerox) und Leuchten, die sich im Dunkeln automatisch einschalten. Einige der gängigen Anwendungen umfassen Alarmsysteme, Synchronisierungen für fotografische Blitze und Systeme, die das Vorhandensein von Objekten erkennen können.
Umgebungslichtsensoren
Meistens haben wir diesen Sensor auf unseren Mobiltelefonen gesehen. Es verlängert die Akkulaufzeit und ermöglicht gut sichtbare Displays, die für die Umgebung optimiert sind.
Umgebungslichtsensoren
Biomedizinische Anwendungen
Optische Sensoren haben robuste Anwendungen im biomedizinischen Bereich. Einige Beispiele Atemanalyse mit abstimmbarem Diodenlaser, Optische Herzfrequenzmesser Ein optischer Herzfrequenzmesser misst Ihre Herzfrequenz mit Licht. Eine LED scheint durch die Haut und ein optischer Sensor untersucht das zurückreflektierte Licht. Da Blut mehr Licht absorbiert, können Schwankungen des Lichtniveaus in Herzfrequenz umgewandelt werden. Dieser Vorgang wird als Photoplethysmographie bezeichnet.
Optische sensorgestützte Flüssigkeitsstandsanzeige
Optischer Sensor basiert Flüssigkeitsstandsanzeige bestehen aus zwei Hauptteilen, einer Infrarot-LED, die mit einem Lichttransistor gekoppelt ist, und einer transparenten Prismenspitze vorne. Die LED projiziert ein Infrarotlicht nach außen. Wenn die Sensorspitze von Luft umgeben ist, reagiert das Licht, indem es mit der Spitze zurückprallt, bevor es zum Transistor zurückkehrt. Wenn der Sensor in Flüssigkeit getaucht wird, verteilt sich das Licht überall und weniger wird zum Transistor zurückgeführt. Die Menge des zum Transistor reflektierten Lichts beeinflusst die Ausgangspegel und ermöglicht die Erfassung des Punktpegels
Optischer Füllstandsensor
Haben Sie die grundlegenden Informationen eines optischen Sensors? Wir erkennen an, dass die oben angegebenen Informationen die Grundlagen des optischen Sensorkonzepts mit verwandten Bildern und verschiedenen Echtzeitanwendungen verdeutlichen. Darüber hinaus bestehen Zweifel an diesem Konzept oder sensorgestützte Projekte umzusetzen Bitte geben Sie Ihre Vorschläge und Kommentare zu diesem Artikel, den Sie im Kommentarbereich unten schreiben können. Hier ist eine Frage für Sie, was sind die verschiedenen Lichtquellen eines optischen Sensors?
