سنسور نوری چیست؟

پیش از آن که به سنسور نوری بپردازیم، می خواهیم سنسورها را به طور کلی مورد بررسی قرار دهیم. سنسورها (Sensor) که در زبان فارسی به نام حسگر شناخته می شوند، در واقع قطعاتی هستند که عواملی فیزیکی نظیر فشار، دما و … را به سیگنال هایی تبدیل می کنند که الکتریکی بوده و ممکن است آنالوگ یا دیجیتال باشند. در واقع در تکنولوژی جدید، این حسگرها هستند که جای حواس پنجگانه ی انسان ها را در مدارهای الکتریکی پر می کنند. این امر سبب کاهش خطاها، افزایش سرعت و دقت به صورت توامان، کاهش هزینه، افزایش ایمنی و … می شود.

با توجه به مزایای زیادی که این قطعات دارند، طیف گسترده ی استفاده از آن ها در صنعت و مدارهای الکتریکی مختلف جای تعجبی ندارد. تا جایی که هر انسانی حتی در زندگی روزمره ی خود شاید بارها از کنار این قطعات عبور کرده و از کارایی های آن ها بهره مند شود. برای مثال، حتما همه ی شما از آسانسور استفاده کرده اید و با نحوه ی عملکرد چشم های الکترونیک آن برای بسته شدن درب، آشنا هستید. یا حتما با لامپ هایی که روشن شدن آن ها تحت تاثیر حضور شما است، برخورد کرده اید.

اما طیف گسترده ی مصرف کنندگان و کاربری های مختلف این سنسورها سبب شده تا در انواع و اقسام مختلفی به بازار عرضه شوند و سنسور فشار، سنسور القایی، سنسور نوری و … از جمله ی آن ها هستند. مواردی که نام بردیم نوعی از دسته بندی سنسورها است که بر اساس کاربری آن ها صورت می گیرد. اما نوعی دیگر از دسته بندی برای سنسورها موجود است که بسیار کلی بوده و آن ها را به دو دسته ی سنسور با تماس مکانیکی (میکروسوئیچ ها و …) و سنسور بدون تماس مکانیکی (سنسور نوری، حرارتی و …) تقسیم می کند. در این بخش قصد داریم تا به تفصیل به سنسورهای نوری بپردازیم.

سنسور نوری را می توان در واقع یک ردیاب الکترونیک به شمار آورد چرا که قادر است تا نور یا تغییر آن را به سیگنال های الکترونیکی تبدیل کند و به همین دلیل است که این نام بر آن نهاده شده است. دقت کنید که کاربرد آن در صنعت بسیار گسترده بوده و از آن به نام «چشمی برای حل مسائل کاری اتوماسیون» یاد می کنند. چرا که همه ی قطعاتی که از آن ها با نام چشم الکترونیک نام برده می شود، نوعی سنسور نوری هستند.

سنسورهای فوتوالکتریک یا نوری، قادر هستند تا فواصل، مسافت ها و حضور یا عدم حضور یک جسم را تشخیص دهند. در ساز و کار سنسور نوری از نور مادون قرمز یا نور لیزر استفاده می شود. البته استفاده از نور مادون قرمز با طول موج ۸۸۰ میلی متر بیشتر مرسوم است. به این علت که این نور با نور محیط تداخل کمتری داشته و سبب بالاتر رفتن فواصل سوئیچینگ سنسور می شود. البته لازم به ذکر است که در سنسورهای نوری، پتانسیومترهایی تعبیه شده که وظیفه ی تنظیم حساسیت سنسور را به عهده دارد.

ساز و کار سنسور نوری و اجزای تشکیل دهنده ی آن

سنسورهای نوری کمیت های فیزیکی نور را سنجیده و سپس به حالتی تبدیل می کنند که سایر وسایل و تجهیزات بتوانند آن را درک کنند. این حسگرها خود متعلق به مجموعه ای بزرگ هستند که از چند بخش تشکیل می شوند. دستگاه اندازه گیری، منبع نور و سنسور نوری از جمله ی بخش های تشکیل دهنده ی این مجموعه ی بزرگ می باشند. بخشی به عنوان ماشه نیز وجود دارد که حسگر به آن متصل شده و وظیفه ی آن واکنش نشان دادن به تغییر در سیگنال می باشد. بدین ترتیب است که حسگرهای نوری قادر هستند تا ایجاد تغییر در یک یا چندین پرتو نوری را بسنجند.

اجزای موجود در حسگرهای نوری نیز شامل کلید روشن و خاموش، پتانسیومتر، گیرنده، فرستنده، بخش خروجی و اندیکاتورها می باشد. اما در این بین گیرنده، فرستنده و بخش خروجی از بقیه ی اجزا مهم تر بوده و در ادامه به شرح و بررسی آن ها می پردازیم.

فرستنده: در حسگرهای نوری، این فرستنده است که وظیفه ی تابش نور را به عهده دارد. در حال حاضر معمولا از LED های نیمه هادی بدین منظور استفاده می شود. الگوریتم پالسی نیز که در این حسگرها مورد استفاده قرار می گیرد، این قابلیت را به سنسور می دهد تا نور ارسالی از فرستنده و نور خورشید را از هم تشخیص دهد. LED قرمز، دیود لیزری و LED مادون قرمز از رایج ترین انواع این سنسورها می باشند.

گیرنده: این بخش، نور ارسالی از سوی فرستنده را دریافت کرده و به یک سیگنال آنالوگ تبدیل می کند. این بخش ترانزیستوری بوده و معمولا در آن از یک مدار مجتمع استفاده می شود که عناصر مورد نیاز آن همگی روی یک آی سی نیمه هادی مستقر هستند.

بخش خروجی: در این بخش سیگنال آنالوگی که توسط گیرنده تولید شده دریافت می شود و سپس به یک سیگنال تقویت شده تبدیل می شود که از نوع ON/OFF است. این سیگنال در شمارنده ها، رله ها، تایمرها و سایر وسایل کاربرد دارد. در حال حاضر معمولا در این بخش، از ترانزیستورهای نوع NPN و نوع PNP بهره گرفته می شود. البته در مدل های معدودی نیز از خروجی رله استفاده می کنند.

مزایای سنسورهای نوری

سنسورهای نوری نسبت به حسگرهای لمسی و القایی مزیت های زیادی دارند.

عملکرد سنسورهای نوری اصلا به جنس اجسام بستگی ندارد و همه ی اشیا را از هر جنسی که باشند، تشخیص می دهد.
این سنسورها نسبت به نوع لمسی و القایی از برد کارکرد بالاتری برخوردار بوده و در فاصله ی بیشتری اجسام را شناسایی می کنند.
سرعت این گونه سنسورها بسیار بالاتر از انواع دیگر است.
این سنسورها با اجسام تماسی ندارند، در نتیجه فرسایش ایجاد نکرده و قادر هستند تا در سیکل های کاری نامحدود به عملکرد خود ادامه دهند.

کاربردهای سنسور نوری

سنسورهای نوری کاربردهای زیادی دارند. مثلا در زمینه ی انرژی و نظارت بر سازه ها می توانند انرژی الکتریکی را تولید، توزیع و تبدیل نمایند. لذا در صنایع نفت و گازی برای نظارت بر خطوط لوله مورد استفاده قرار می گیرند. علاوه بر آن برای نظارت بر پره های توربین بادی، قدرت خط، چاه و سیستم عامل های دریایی از این حسگرها استفاده می شود. در صنایع معدنی و حمل و نقل مانند پل سازی، سقف، راه آهن، باند فرود فرودگاه ها، هواپیما، بال، نظارت بر بدنه ی کشتی و سوخت نیز از این قطعات استفاده می شود.

تمامی مواردی که به آن اشاره شد، کاربردهای سنسورهای نوری به صورت کلی بود اما در ادامه به کاربردهای این حسگرها به صورت جزئی تر اشاره می کنیم.

تشخیص کابین در آسانسور
کاربرد در درهای برقی
تشخیص حضور یا عدم حضور افراد در محیط های گوناگون
در کارخانه های صنعتی برای تشخیص قطعات
تشخیص لایه های شیشه ای در صنایع الکترونیک و نیمه هادی ها
در اتوماسیون های غذایی برای تشخیص انواع محصولات
هشدار در صورت بروز مشکل در نوارهای نقاله ی صنعتی
در کشاورزی برای تشخیص پالت
تشخیص قطعات در انتظار برش
مکان یابی دقیق برای ماشین ها
ممانعت از پیچش منسوجات
در محیط های صنعتی برای تشخیص اشیا ریز

بنابراین زمانی که در کابین آسانسور، شخصی یا چیزی در میان درب ورودی آسانسور وجود داشته باشد، این سنسورهای نوری هستند که از بسته شدن درب جلوگیری کرده و فرمان لغو بسته شدن را صادر می کنند. یا هنگام استفاده و رفت و آمد از درب های برقی همین چشم های الکترونیک هستند که باعث باز شدن و بسته شدن درب می شوند و در صورتی که مانعی میان دو چشم الکترونیک که در دو سمت درب مستقر می باشد، قرار گیرد، فرمان لغو بسته شدن درب صادر می شود. در سایر موارد نیز به همین ترتیب از کاربردهای فراوان سنسورهای نوری بهره مند می شویم.

انواع سنسور نوری

سنسور نوری یک طرفه: در ساختار این سنسور، فرستنده و گیرنده در یک قطعه جایگذاری می شوند. ساز و کار آن نیز به این صورت است که همواره از سوی فرستنده نوری منتشر شده که اگر به مانعی برخورد کند، بخشی از آن به گیرنده باز می گردد و شناسایی صورت می گیرد. این سنسور ارزان و یک تکه است و نصب آسانی دارد اما برد کم و خطای بالای آن و در نتیجه دقت کم، سبب شده که تنها در مواردی که دقت بالایی نیاز ندارند مورد استفاده قرار گیرد. البته در مواقعی نیز که نصب گیرنده بسیار سخت باشد از این سنسور به دلیل یک تکه بودن استفاده می شود.

سنسور نوری دو طرفه: این سنسور دارای گیرنده و فرستنده ی مجزا بوده و این دو بخش در رو به روی هم قرار دارند. این استقرار به صورتی است که نور ارسالی از سوی فرستنده به صورت مستقیم به گیرنده می رسد. بنابراین اگر توسط جسمی این ارتباط قطع شود، تشخیص توسط سنسور صورت می گیرد. از جمله مزایای آن نیز دقت بالا، تشخیص از راه دور و تشخیص اجسام شفاف می باشد. نصب سخت و برخورداری از دو سیم کشی مجزا سبب افزایش هزینه های این سنسور شده که از معایب آن می باشد. بیشترین فاصله ی سوئیچینگ متعلق به همین دسته بوده و تا ۱۰۰ متر نیز می رسد.

سنسور نوری رفلکتوری یا آینه ای: در این نوع سنسور نیز فرستنده و گیرنده در کنار هم قرار دارند اما در مقابل سنسور یک آینه یا منشور کار گذاشته می شود. ساز و کار این نوع به این صورت است که نور ارسالی از فرستنده به رفلکتور (آینه یا منشور) تابیده شده و با زاویه ی خاصی به گیرنده بازتاب داده می شود و سپس گیرنده آن را می خواند. از جمله مزایای آن نیز می توان به قدرت تشخیص بالا، دقت بالا، تشخیص در برد بالا، هزینه ی مناسب، بهره مندی از فیلتر قطبی (MSR)، افزایش ایمنی و جلوگیری از خطای ناشی از بازتاب نور از طریق اشیا براق اشاره کرد.

بدین ترتیب همه ی جوانب در مورد سنسورهای نوری بررسی شده و در اختیار شما قرار گرفت.

سنسور سنسور نوری

سنسور نوری چیست؟