طراحی و ساختار سنسورهای نوری

طراحی داخلی

سنسورهای نوری از ساختار داخلی ساده‌ای برخوردار بوده و اساسا هر سنسور نوری از سه جزء اصلی تشکیل می‌شود:

1. فرستنده (Emitter)
2. گیرنده (Receiver)
3. مدار خروجی

فرستنده (Light emitter)

امروزه سنسورهای نوری با LED های نیمه‌ هادی کار می‌کنند. (LED = Light Emitting Diode)

نوری که از سنسور فرستاده می‌شود از نوع داده‌های قطار پالسی است. استفاده از این الگوریتم پالسی مشخص، به سنسور این امکان را می‌دهد که بین نور ارسالی از سنسور و نورهای محیطی مانند نور خورشید تمایز قائل شود.

رایج‌ ترین LED هایی که در صنعت و سنسورها به کار برده می‌شود عبارتند از LED قرمز، LED مادون قرمز (نور نامرئی) و دیود لیزری.
همچنین برای بعضی از کاربردهای خاص از LED های سبز یا سفید استفاده می‌شود.

گیرنده (Receiver)

گیرنده‌ یک سنسور معمولا از نوع ترانزیستوری است . گیرنده می‌تواند نور را تشخیص داده و به یک سیگنال آنالوگ کوچک تبدیل کند . Application Specific Integrated Circuit) ASIC) نامیده می‌شود، استفاده می‌کنند.جایی که عناصر مورد نیاز، تقویت کننده‌‌گی، پردازش و عملکرد سنسورها به صورت مجتمع بر روی یک IC نیمه هادی قرار گرفته‌اند . برای تشخیص عبور اجسام و احساس کردن اجسام توسط سنسور نوری ، روش‌های مختلفی وجود دارد.

گیرنده ممکن است عبور یک شیء را به صورت مستقیم و قطع شدن سیگنال دریافتی از امیتر تشخیص دهد (سنسور نوری دو طرفه) یا اینکه با بازتاب نور از اجسام، عبور آنها را تشخیص دهد (سنسور نوری یک طرفه). در بخش بعدی همه‌ی حالت‌های کاری سنسورهای نوری را بررسی خواهیم کرد .

بخش خروجی

مدار خروجی سیگنال آنالوگ دریافتی از گیرنده (مدار ASIC درون گیرنده) را به یک سیگنال ON/OFF تقویت شده تبدیل می‌کند،تا بتوانیم از این سیگنال تقویت شده در شمارنده‌ها و تایمرها یا کاربردهای دیگر استفاده کینم .اگرچه هنوز هم طراحی‌های قدیمی، که با منبع تغذیه و رله‌های خروجی ساخته می‌شدند، رایج تر هستند اماامروزه در سنسورهای نوری از ترانزیستورهای NPN و PNP در خروجی‌شان استفاده می‌شود. همچنین برخی از سنسورها این قابلیت را دارند که سیگنال‌‎ آنالوگی را برای برخی کاربردها و نیازهایمان تولید کنند.

تنظیم کننده‌ها و نشانگرها

تنظیم کننده‌های سنسور نوری

سنسورهای استاندارد نوری دارای دو پیچ تنظیم‌ کننده‌ی سنسور هستند:

۱- سوئیچ تنظیم کننده‌ی آستانه (Threshold adjuster) سنسور نوری

اپراتور می‌تواند مقدار ترشولد (سطحی از ولتاژ سیگنال است که متناسب با نوع سنسور، برای مقادیر کمتر یا بیشتر از آن، سنسور به خروجی سیگنالی را ارسال کرده و عبور جسم را اطلاع می‌دهد) را تنظیم کندیا به عبارت دیگر میزان ماندگاری نوری که به خروجی نمایان می‌شود. اگر نور دریافتی برابر یا بیشتر از آستانه باشد، یک خروجی تولید می‌شود، در عمل افزایش یا کاهش ترشولد در افزایش برد و فاصله‌ای که می‌توان اجسام را احساس کرد تاثیر دارد. از تنظیم کننده‎‌ی آستانه می‌توان به منظور تشخیص اشیاء کوچتر یا اجسام نیمه شفاف توسط سنسور استفاده کرد. در محصولات شرکت امرن از یک پیچِ پتانسیومتر (پیچ مقسم ولتاژ) به منظور تغییر ترشولد و آستانه نور استفاده می‌شود .

۲- سوئیچ Light-On/Dark-On سنسور نوری

این سوئیچ ، سیگنال خروجی سنسور را معکوس می‌کند. در بخش بعدی در مور این سوئیچ‌ها صحبت خواهیم کرد .

نشانگرها در سنسور نوری

اکثر سنسورهای نوری، دو نشانگر دارند.

۱- نشانگر سبز

اندیکاتور سبز مواقعی که سنسور در حالت پایدار قرار دارد، روشن است.به این معنا که سنسور یک سیگنال ON یا OFF مستقل را دریافت می‌کند.همچنین از این اندیکاتور در هنگام نصب یا تنظیم کردن سنسور می‌توان استفاده کرد.در واقع روشن بودن این اندیکاتور به معنای نصب درست و فعال بودن سنسنور است.

۲- نشانگر قرمز/ نارنجی

این نشانگر مواقعی که سنسور، جسمی را احساس کند، روشن می‌شود.

در شکل زیر یکی از معروف‌ترین سنسورهای نوری شرکت امرن (E3Z) را مشاهده می‌کنیم.

• Light-On/Dark-On switch
• نشانگرها
• تنظیم‌ کننده‌ی حس کردن
• گیرنده
• فرستنده
• خروجی و کابل اتصال به منبع تغذیه

ویژگی‌های سنسور نوری

ویژگی‌ها و مزیت‌های اصلی سنسورهای نوری در مقایسه با دیگر انواع سنسورها از جمله سنسورهای لمسی و سنسورهای مجاورتی:

• نیازی به تماس با اشیاء ندارند.
• توانایی تشخیص اجسام از فواصل دور را دارند.
• دیرتر خراب شده و دوام طولانی دارند.
• سرعت پاسخ‌دهی بالایی دارند(مثلا کمتر از یک میلی ثانیه)
• توانایی تشخصی اشیاء و مواد مختلف را دارند.

منابع ترجمه شده :

https://tesensors.com/uk/en/products/photoelectric-sensors

https://en.wikipedia.org/wiki/Fiber-optic_sensor

برای کسب اطلاعات بیشتر و خرید محصول لطفا  با ما تماس بگیرید