Sentsore optikoak ulertzea: motak, printzipioak eta aplikazioak
2024-05-24 9217

Sentsore optikoek funtsezko eginkizuna dute teknologia elektroniko modernoan.Sentsoreek objektuen kokapena, presentzia eta ezaugarriak hautematen dituzte argi seinaleak igortzen eta jasoz eta oso erabiliak dira industria automatizazioa, kontsumo elektronika, biomedikuntza eta ingurumenaren jarraipena.Artikulu honek sentsore optikoen mota, printzipio eta printzipio praktiko desberdinetan sakonduko ditu irakurleek sentsore optikoen garrantzia eta aplikazio potentziala erabat ulertzen laguntzeko.Sentsore optikoen zubien egituratik sentsore optiko mota desberdinen ezaugarri berezietara, mundu errealeko aplikazioen adibide zehatzetara, artikulu honek sentsore optikoen aniztasuna eta konplexutasuna ezagutaraziko ditu.

Katalogo

1. irudia: sentsore optikoa

Zer da sentsore optikoa?

-A Sentsore optikoa Diseinua Wheatstone Bridge zirkuituan oinarritzen da.Ingeniaritza Elektrikoan, gari-zubiak erresistentzia ezezagun eta ezezagunen konbinazio bat erabiltzen du tentsioa konparatuz ezezaguna den erresistentziaren balioa zehazteko.Era berean, zubi sentsore arinek zubi egitura erabiltzen dute lau fotodetektoreekin izpien posizioan aldaketak hautemateko.

Lehenik eta behin, operadoreak detektagailuen posizioa doitzen du habeak lau detektagailu berdintasunez jo zuela ziurtatzeko.Habea desbideratzen denean, detektagailu bakoitzak argiaren intentsitate desberdina harrapatzen du.Orduan zirkuituak seinale horiek prozesatzen ditu habearen posizio zehatza eta desplazamendua zehazteko.

2. irudia: sentsore optikoa

Adibidez, habeak eskuinera mugitzen bada, detektagailu egokia argiago jasotzen da eta ezkerreko detektagailuak argi gutxiago jasotzen du.Zirkuituaren seinale prozesadoreak aldaketa hau azkar ezagutzen eta kalkulatzen du, posizio zehatzak zehaztea.Prozesua azkarra eta oso zehatza da, sentsore optikoak garrantzitsuak egitea ekipamendu automatizatuetan eta zehaztasun handiko kokapen sistemetan.

Sentsore optikoaren funtzionamendu printzipioa

Sentsore optikoak objektuen kokapena edo presentzia antzematen du izpi horien gogoetak edo etenak ateratzea.Sentsoreak argi-isurketa diodoak (LEDak) erabiltzen ditu argi izpi bat igortzeko.Habe honek objektu batekin topo egiten duenean, sentsoreari islatu edo objektuak blokeatu dezake.

3. irudia: sentsore optikoaren funtzionamendu printzipioa

Muntatzeko lerro automatizatu batean, operadoreek sentsoreen posizioa eta sentikortasuna egokitzen dituzte objektuaren ezaugarrietan oinarrituta, hala nola, materiala, tamaina eta espero den kokapena.Sentsoreak objektuak hautemateko gaitasuna materialaren independentea da, egurra, metala edo plastikoa, material anitzeko ekoizpen inguruneetarako aproposa bihurtuz.

Adibidez, beirazko botilak garbitzeak sentsorea material gardenak ezagutaraztea eskatzen du.Objektu gardenek ez dute argia modu eraginkorrean islatzen, beraz sentsoreak sentsibilitate handiagoa edo argi iturri berezia behar du (infragorria adibidez).

Diseinuaren baitan, sentsoreak argi islatuak edo etenak ebaluatzen ditu.Objektu batek habeak blokeatzen dituenean, sentsoreak berehala seinalea bidaltzen du kontrol sistemari objektuaren kokapena edo pasartea adieraziz.Argia islatzen bada, sentsoreak hausnarketaren intentsitatea eta angelua erabiltzen ditu objektuaren ezaugarriak zehazteko, hala nola tamaina eta gainazaleko materiala.

Sentsore optiko motak

Sentsore optiko mota asko daude, bakoitza funtzionamendu printzipio eta aplikazio zehatzak dituztenak.Honako hauek dira mundu errealeko eszenatokietan erabilitako sentsore mota ohiko batzuk.

Gailu fotokokonduktuak argiaren intentsitatean oinarritutako materialen eroankortasuna aldatzen dute.Argiak sentsorea jotzen duenean, materialaren elektroiek energia argia xurgatzen dute eta eroale-bandara salto egiten dute, materialaren eroankortasuna handituz.Gailu fotokonditiboak argi intentsitatearen detekzio sistemetan erabiltzen dira, hala nola, argiztapen automatikoko lanparak.Operadoreek giro-argi baldintzak eta erantzun-denborak kontuan hartu behar dituzte gailu horiek egokituz kontrol zehatza bermatzeko.

Zelula fotovoltaikoek (eguzki-zelulak) energia elektriko bihurtzen dute zuzenean energia elektriko bihurtzen dute material erdieroaleetan.Fotoiek elektroiak pizten dituzte Valence Band-etik eroale-bandara, elektroien zulo bikoteak sortuz eta korronte elektrikoa sortzen.Pilak hauek oso erabiliak dira energia ekoizteko eta urruneko gailuak elikatzeko, hala nola sateliteak eta kanpoko zaintza kamerak.

4. irudia: Zelula fotovoltaikoak

Fotodiodoek efektu fotoelektrikoa erabiltzen dute argia korronte elektriko bihurtzeko.Arinak aktibazio eremuan jotzen duenean, haien barne egiturak azkar erantzun dezake eta korronte elektrikoa sortu dezake.Sentsore hauek normalean pultsu hautemateko eta komunikazio ekipamenduetan erabiltzen dira, hala nola urruneko kontrolak eta zuntz optikoko sistemak.

5. irudia: Fotodiodoak

Phototransistors funtsean fotodiodoak dira barne-irabaziekin.Argi-kolektorearen bidegurutzea greba egiten duenean, barrutik anplifikatutako korrontea sortzen da, argi seinale ahulak detektatzeko egokia da.Sentsore horiek bereziki erabilgarriak dira sentikortasun handia behar duten aplikazioetan, hala nola, neurketa optikoko ekipamenduak laborategietan.

6. irudia: Phototransistors

Sentsore islatzailea

Sentsore islatzaileek transmisore bat eta hartzailea gailu bakarrean uztartzen dituzte, igoritako habeak hartzaileari islatzea ahalbidetuz gainazal islatzaile baten edo objektu gainazal baten bidez.Objektu bat habearen bidea sartzen denean, argia eten egiten du, sentsorea piztuz.

Sentsorea konfiguratzeko, isla ezin hobea izateko behar bezala kokatu eta okertu behar da.Operadoreak sentsorearen posizioa egokitu behar du gainazal islatzailea nahikoa handia dela ziurtatzeko eta behar bezala lerrokatuta, hartzari hartzari modu eraginkorrean islatzeko.

Adibidez, ontziratze lerro automatizatuetan, sentsore islatzaileek zinta garraiatzaile batean mugitzen diren produktuak hautematen dituzte.Eragileak sentsorea garraiatzailearen gerrikoaren alde batean eta islatzaile leuna beste aldean kokatzen du.Produktu bat izpia igarotzen denean eta sentsoreak etenaldia antzematen du eta seinalea bidaltzen du ekiditokiak gelditzea edo produktua transferitzea.

Sentsore islatzaileen abantailetako bat distantzia luzeetan funtzionatzeko duten gaitasuna da eta gainazaleko propietate sorta zabal bati emateko duten tolerantzia da.Argia islatzen den neurrian, objektuak hauteman ditzakete kolorea edo gainazaleko ehundura edozein dela ere.Aldakortasun horrek sentsore islatzaileak egiten ditu automatizazio industriala, robot nabigazioa eta elementuen sailkapen zereginetarako.

Habe bidez sentsore

Habe sentsore bat bi osagai nagusik osatzen dute: igorle bat eta hartzailea, bata bestearen aurrean jarrita, normalean urrutian.Igorleak argi-habe bat jasotzen du hartzaileari.Objektu batek habe hau blokeatzen duenean, hartzaile batek oklusioa hautematen du eta seinale elektroniko bihurtzen du, etengabeko eragiketa pizten duena.

Sentsorea konfiguratzeko, transmisorea eta hartzailea lerrokatuta egon behar dute.Horrek bere posizioa eta angelua egokitzea dakar, igorlearen izpiak hartzailea zuzenean jo dezan.Eragileek ingurumen faktoreak kontuan hartu behar dituzte, hala nola, atzeko planoko argiak eta interferentzia iturri potentzialak aktibitate faltsuak ekiditeko.

7. irudia: habe sentsore bidez

Adibidez, biltegi handi baten sarreran, habe sentsoreen bidez kontrolik gabeko sarrerarako.Igorlea eta hartzailea atearen bi aldeetan jartzen dira.Norbait edo objektu bat atea igarotzen denean, habea eten egiten da eta sistemak alarma pizten du.

Habe sentsoreen abantaila handietako bat distantzia luzeetan jarduteko gaitasuna da, gune handiak kontrolatzeko aproposak bihurtuz.Detekzioa habe etenan oinarritzen da eta, beraz, sentsorea ez da objektuaren tamainaren, kolorearen edo gainazalaren egiturarekiko sentikorra.Hala ere, objektuak nahikoa handia izan behar du transmisorearen eta hartzailearen arteko bide optikoa erabat estaltzeko.

Habearen bidez sentsoreak oso erabiliak dira industria automatizazio eta segurtasun sistemetan, batez ere distantzia luzeko jarraipena eta fidagarritasun handia behar duten inguruneetan.Ekoizpen-lerroetan elementuak hautemateko eta abiadura handiko mugitzeko objektuak jarraitzeko aproposak dira.Xehetasun operatibo horiek ulertuz, operadoreek habe sentsoreen erabilera eraginkorra eta fidagarria ziurtatu dezakete hainbat aplikaziotan.

Hausnarketa sentsorea

Isilabide sentsore difusioak transmisorea eta hartzailea gailu bakarrean uztartzen dituzte.Argia igortzen du eta neurtutako objektua sakabanatuta dagoen argia jasoz.Sentsorea bereziki erabilgarria da gainazal edo forma konplexuak dituzten objektuak detektatzeko, hala nola oihalak, egurra edo forma irregularreko metala.

Lehenik eta behin, ezarri sentsorearen sentikortasuna material eta kolore desberdinen propietate islatzaileekin bat egiteko.Operadoreek ekipamendua egokitu behar dute objektuaren isletasun espezifikoan oinarrituta.Honek islatutako argia hartzailearentzat nahikoa dela ziurtatzen du, irakurketa faltsuak saihestuz argi indartsu edo ahulegiaren ondorioz.

8. irudia: Hausnarketa sentsorea

Adibidez, ontziratze sistema automatizatuetan, islatzaile sentsore difusioak etiketak hautematen dituzte ontziratze-kutxetan.Operadoreak sentsorea doitzen du, makinak lauki bakoitza zehaztasunez identifikatzeko, etiketek islapen desberdinak izan ditzaten.Horrek igorritako argiaren intentsitatearen eta hartzailearen sentsibilitatearen kontrol zehatza eskatzen du.

Sentsore diffuseak arazoak izan ditzake argi irregularra dela eta, batez ere objektu baten atzetik islatutako argia argia baino argitu baino kontzentratuagoa denean.Arazo hau konpontzeko, sentsorea puntu anitzeko detekzio teknologia erabiliz diseinatuta dago akatsak murrizteko.Operadoreek faktore horiek kontuan hartu behar dituzte eta esperimentalki zehaztu sentikortasun eta emisio angelu optimoa detektatu zehatza eta fidagarria ziurtatzeko.

Mantentze erregularrak eta kalibrazioak epe luzeko funtzionamendu egonkorra bermatzen dute.Horrek sentsorearen lentea garbitzea dakar hautsa eta ezpurutasunak argi transmisioarekin oztopatzea ekiditeko.

Sentsore optikoetarako argi iturri desberdinak

Argiaren iturria oso garrantzitsua da sentsore optikoen diseinua eta funtzionaltasuna.Sentsore optiko modernoek normalean argi-iturri monokromatikoa erabiltzen dute, argi egonkorra eta koherentea eskaintzen duena, zehaztasun handiko neurketak eta komunikazio optikoak ahalbidetzen dituena.

Laserrek argi izpi oso koherenteak sortzen dituzte euskarri jakin batean, hala nola, gas bat, kristala edo edalontzi berezia.Laserrak sortutako habea oso bideratuta dago eta distantzia luzeetan transmititu daiteke hedapen garrantzitsurik gabe.Horrek posizionamendu zehatzak eta ibilbide luzeko komunikazioak behar dituzten aplikazioetarako aproposak egiten ditu, hala nola zuntz optikoko komunikazioak eta doitasun neurketa ekipoak.Funtzionamenduan, laserrak potentzia kudeaketa zehatza eta ingurumen kontrola behar dituzte irteera egonkorra mantentzeko.Intentsitate handiko laserraren arriskuak izan daitezke, operadoreek laser kudeaketa segurua ziurtatu beharko dute.

LEDak (argi emititzeko diodoak) tamaina txikiko, eraginkortasun handiko eta bizitza luzea lortzeko balio dute.Elektroien eta zuloen birkonbinazioaren argia igortzen dute material erdieroale batean (normalean N- eta P motako dopatutako eskualdeak).LEDek uhin-luzera zabala estali dezakete Infragorriko Ultravioletera.LEDen argi inkoherenteak argiztapen eta zantzu aplikazioetarako aukera ematen du, esaterako, semaforoak eta argiztapen sistema adimendunak.LEDak zabaltzea nahiko erraza da eta ez du segurtasun neurri konplexurik behar, hala nola laserrak.Hala ere, LED argi iturrien koherentzia eta iraunkortasuna bermatzea uneko kontrol zehatza behar da.

Bi iturri arinak abantailak eta desabantailak dituzte.Aukera aplikazioaren eskakizun zehatzen araberakoa da.Laserrak normalean zehaztasun optikoko esperimentuetan eta abiadura handiko komunikazio optikoetan erabiltzen dira, eta LEDak kontsumitzaileen elektronikan eta markatzeko sistemetan erabiltzen dira.

Sentsore optikoan oinarritutako likidoen maila adierazlea

Sentsore optikoan oinarritutako likido-maila adierazlea zehaztasunez neurtzeko tresna da, argiaren aldaketak detektatzeko argi eta isla printzipioak erabiltzen dituena.Hiru osagai nagusik osatzen dute: LED infragorria, fototransistoria eta prisma gardena.

9. irudia: maila optikoko sentsorea

Prisma airea aireratzen denean, LED infragorriko argiak prismaren barneko hausnarketa osoa jasaten du, fototransistoraren argiaren gehienak islatzen ditu.Estatu horretan, transistoreak argi gehiago jasotzen du eta seinale handiagoa lortzen du.

Prisma tipoa likido batean murgilduta dagoenean, likidoaren eta airearen arteko errefrakzio indizearen aldea argiaren bat da prisma ihes egiteko.Horrek argi gutxiago eragiten du fototransistorera iristeko, eta, beraz, ateratzen duen argia murrizten eta jaisten da.

Instalazio eta arazketa urratsak:

Ziurtatu garbi dagoela: prisma punta garbia eta kutsadurarik gabe egon behar da irakurketa okerra ekiditeko.Zikinkeria edo hondakina edozein isla eragingo du.

Jarri sentsorea: sentsorearen prisma behar bezala lerrokatu fluidoen maila aldaketen espero denarekin.Egokitu sentsorearen posizioa, likidoaren mailaren igoera eta erorketa zehaztasunez antzemateko.

Maila adierazle hau eraginkorra da likidoaren kolorea edo argitasuna edozein dela ere.Erabakia da, modu fidagarrian, hainbat komunikabideetan, turbido edo koloretako likidoak barne.Sentsore optikoak likido-maila neurtzeko harremanik gabeko metodoa eskaintzen du, sentsore higaduraren eta kutsaduraren arriskua murriztuz eta, beraz, ekipoen bizitza luzatuz.

Sentsore optikoen aplikazioa

Sentsore optikoak eremu askotan erabiltzen dira sentsibilitate eta zehaztasun handia dela eta.Jarraian, funtsezko aplikazio arlo batzuetarako sarrera da.

Ordenagailuak eta bulegoko automatizaziorako ekipoak: ordenagailuetan eta kopiatan, sentsore optikoetan paperezko posizioa eta mugimendua kontrolatzen dituzte.Sentsore hauek paperezko aurrerapen zuzena eta errea bermatzen dituzte inprimatzean, marmeladak eta akatsak murriztuz.Argiztapen automatizatuetan ere erabiltzen dira, hala nola sentsore argiak pasilloetan edo hitzaldi geletan, jendea hautematen dutenak eta automatikoki argiak aktibatzeko eta itzaltzeko, energia aurrezteko eta erosotasuna handitzeko.

Segurtasun eta zaintza sistemak: segurtasun sistemetan, sentsore optikoak oso erabiliak dira intrusio hautemateko.Leiho edo ate bat irekitzen denean hautematen dute eta alarma pizten dutenean.Argazkigintzan, Flash sinkronizatzaileen sentsore optikoek ziurtatu dute flash-ak momentu optimoan argiztapen efektu optimoak egiteko.

Aplikazio biomedikoak: Medikuntza arloan, sentsore optikoek gaixo baten arnasketa eta bihotz maiztasuna kontrolatzen dituzte.Islatutako argiaren aldaketak aztertuz, bularreko mugimendu txikiak antzematen dituzte arnas tasa ez kontrolatzeko.Bihotz-maiztasun optikoaren monitoreek LEDak erabiltzen dituzte larruazalean argia igortzeko eta odolak xurgatu eta islatutako zenbatekoa hautematen du bihotz-maiztasuna kalkulatzeko.

Giroaren argi-sentsorea: Smartphone eta tabletan, giro-sentsoreek automatikoki doitzen dute pantailaren distira pantaila optimizatzeko, inguruko argi baldintzetan oinarrituz eta bateriaren energia aurrezteko.Sentsore hauek kalibrazio zehatza eta erantzun sentikorreko ezaugarriak behar dituzte, giro-argi baldintzak azkar aldatzeko eta erabiltzaileei esperientzia bisual eroso bat eskaintzeko.

Bukaera

Sentsore optikoen aplikazioek hainbat arlo teknologikoetan aplikazioak erakusten dituzte funtzionaltasun eta errendimendu eraginkorra.Sentsore optikoetatik islatzaile eta habe-sentsore batzuetara, sentsore optiko mota bakoitzak abantaila bereziak ditu eta ikuskapen-premia desberdinak bete ditzake.Automatika industrialean, zehaztasun handiko hautemena eta kontrola eskaintzen dute;Kontsumoko elektronikan, ekipoen adimena hobetzen dute;Biomedikuntzan eta ingurumenaren jarraipenean, datuen zehaztasuna eta fidagarritasuna bermatzen dituzte.Etorkizunean, etengabeko aurrerapenarekin eta teknologiaren berrikuntzarekin, sentsore optikoek eginkizun garrantzitsuagoa izango dute sortzen ari diren arlo handiagoetan eta adimen eta automatizazioaren norabidean hainbat industria garatzea sustatuko dute.

Galdera arruntak [FAQ]

1. sentsore analogikoa edo digitala da?

Sentsore optikoak analogikoak edo digitalak izan daitezke, haien diseinuaren eta irteerako seinale motaren arabera.Sentsore optiko analogikoek etengabe desagertutako tentsio seinale bat ateratzen dute detektatutako argiaren intentsitatearekiko proportzionala da.Sentsore optiko digitalek seinale digitalak ateratzen dituzte, hala nola, kode bitarrak, normalean seinale analogikoetatik bihurgailu analogiko-digital baten bidez bihurtuta.

2. Zer dira sentsore optiko baten abantailak?

Sentsore optikoen abantaila nagusiak hauek dira:

Sentsibilitate handia eta zehaztasuna: argi seinale ahulak eta objektu sotilen aldaketak hautemateko gai da.

Harremanetarako ez-neurketa: neurketa harremanik edo interferentziarik gabe egin daiteke substantzia hauskorrak edo arriskutsuak detektatzeko egokia.

Erantzun azkarren denbora: gai-aldaketa optikoei azkar erantzuteko gai da, neurketa dinamikoetarako egokia.

Egokitasun zabala: ingurumen-baldintza desberdinetan lan egin dezake, ingurune gogorrak edo arriskutsuak barne.

3. Nola probatu sentsore optikoa?

Sentsore optikoak probatzeak pauso hauek ematen ditu normalean:

Prestatu proba ingurunea: ziurtatu giro-argiaren baldintzak sentsorearen funtzionamendu-zehaztapenak betetzen dituztela.

Konektatu gailua: konektatu sentsorea irakurtzeko gailu batera, adibidez, multimetroa edo ordenagailua.

Kalibrazioa: sentsorea kalibratu fabrikatzailearen argibideen arabera zehaztasuna bermatzeko.

Aplikatu proba argiaren iturria: erabili distira ezagunaren iturri argia sentsorea argitzeko.

Irakurri eta erregistratu irteera: grabatu sentsorearen irteera eta egiaztatu argi-iturrian aldaketak espero bezala erreakzionatzen duela.

4. Zertan datza sentsore optikoaren eta sentsore infragorri baten arteko aldea?

Sentsore optiko eta infragorrien arteko desberdintasun nagusia hautematen duten uhin-luzerak sorta da.Sentsore optikoek, oro har, ikusgai dagoen barrutian uhin-luzerak sentitzeko gai diren sentsoreei egiten diete erreferentzia.Infragorriko sentsoreek bereziki gizakiaren begietarako ikusezinak diren uhin uhin-luzera infragorriak hautematen dituzte.Infragorriko sentsoreak normalean irudien kamera termikoetan, gaueko ikuspegi ekipamenduan eta komunikazio ekipamendu mota batzuk erabiltzen dira.

5. Sentsore optikoak pasiboak edo aktiboak al dira?

Sentsore optikoak pasiboak edo aktiboak izan daitezke, kanpoko argi iturri bat behar duten ala ez.

Sentsore optiko pasiboak: ez da argi iturri gehigarririk behar, ingurumenetik argia detektatuz lan egiten dute, hala nola eguzki-argia edo lehendik dagoen argiztapena.

Sentsore optiko aktiboak: kanpoko argi-iturria behar da xede argitzeko eta, ondoren, islatutako edo helburutik igorritako argia hautematea.