آشنایی با سنسور نوری و ویژگی های آن

آشنایی با سنسور نوری و ویژگی های آن

 یکی از قطعات پایه در صنایع مختلف سنسور ها هستند که البته تنوع زیادی داشته و در انواع مختلفی تولید می شوند. یکی از معروف ترین سنسور هایی که تا به امروز تولید شده و کاربردهای زیادی از خودش نشان داده است سنسور نوری می باشد. این سنسور ها به عنوان سنسورهای مجاورتی شناخته می شوند که اساس کار آنها ارسال و دریافت نور مدوله شده است. شاید برایتان سوال ایجاد شود که نور مدوله شده چیست.

نور مدوله شده در حقیقت به پالس هایی گفته می شود که فرکانس آنها بین ۵ تا ۳۰ هزار کیلوبایت است. استفاده از این نوع باعث می شود رنج تشخیص سنسور بالاتر برود. البته نور مدوله شده کاربرد دیگری هم دارد و آن این است که اثر نور محیط بر روی سنسور را کاهش می دهد. اگر بخواهیم این نور را در طیف نور مورد بررسی قرار دهیم خدمت شما باید عرض کنیم که بین نور مرئی سبز تا نور نامرئی مادون قرمز قرار می گیرد.

ذکر این نکته لازم است که قبلاً سنسورهای نوری را بر اساس نور مادون قرمز با طول موج ۸۸۰ میلی متر می ساختند. به این دلیل از نور مادون قرمز برای تولید سنسورهای نوری استفاده می شده است که باعث تداخل کم نورها با محیط و همچنین بالا رفتن فاصله سوئیچینگ سنسور بوده است.

خوب است بدانید که سنسورهای نوری برای اینکه بتوانند حساسیت سنسور را تنظیم کنند دارای یک پتانسیومتر می باشند. اگر بخواهیم در مورد سنسورهای نوری به طور کامل صحبت کنیم باید ویژگی ها و نکات مختلفی را در مورد آنها خدمت شما بیان نماییم که عملاً در یک مطلب کوتاه صحبت در مورد همه آنها امکان پذیر نمی باشد و به جای آن ما تلاش می‌کنیم کاربردی ترین نکات را در این زمینه خدمت شما بیان کنیم.

انواع سنسورهای نوری

سنسور های نوری در حالت کلی به سه دسته تقسیم می شوند. در ادامه به این سه دسته پرداخته و توضیحاتی در مورد آنها خدمت شما بیان می کنیم:

• سنسور های نوری یک طرفه: دسته اول از این سنسور ها به سنسور های یک طرفه مشهور هستند که بر اساس ارسال نور مدوله شده و دریافت بازتابش آن از سطوح مختلف فعالیت دارد. این سنسور های نوری دارای بخش فرستنده و گیرنده است که آنها در کنار هم داخل یک کیس مشخص قرار می‌گیرند. در مورد این سنسورها خوب است بدانید که نور مدول شده به وسیله فرستنده به طور مستقیم در سطح محیط منتشر می شود و در صورتی که به مانعی برخورد کند منعکس می گردد. انعکاس این نور هم به صورت مستقیم و هم به صورت غیرمستقیم خواهد بود که میزان آن بستگی به رنگ، نوع سطح و زاویه مانع دارد. از دیگر ویژگی‌های که سنسورهای یکطرفه از آن برخوردار می باشند این است که در سطوح روشن و صیقلی انعکاس نور بیشتر از سطوح تیره و غیر صیقلی بوده و همچنین در صورتی که میزان آن به حد کافی باشد شاهد تغییر وضعیت درخروجی خواهیم بود. با استفاده از سنسور های یک طرفه شما این توانایی را خواهید داشت که اجسام روشن و بازتابش صیقلی را تشخیص دهید. از جمله اجسامی که به این شکل قابل تشخیص هستند مقوا با رنگ های روشن، پارچه های رنگ روشن و پلاستیک های روشن هستند. توجه داشته باشید که فاصله سوئیچینگ سنسورهای یک طرفه بر اساس میزان انعکاس نور مقدور خواهد بود .
• سنسور های نور رفلکتوری: دسته دوم از سنسورهای نوری به سنسورهای رفلکتوری معروف هستند. این سنسور ها بر اساس نور مدوله و دریافت انعکاس آن از رفلکتور فعالیت دارند. در این سنسورها نیز مانند سنسور های یک طرفه فرستنده و گیرنده در کنار یکدیگر داخل یک کیس قرار می گیرند. نور مدوله شده در این سنسور ها به طور کامل در فضا انتشار پیدا می‌کند و با برخورد با رفلکتور نصب شده بر روی سنسور تحت زاویه معین به صورت یک خط مستقیم به سمت گیرنده منعکس می شود. از دیگر ویژگی هایی که این سنسور ها دارند این است که اگر یک مانع در مسیر انعکاس نور آنها قرار بگیرد آن مانع را تشخیص داده و تغییر وضعیت در خروجی خودشان خواهند داشت. توجه داشته باشید که سنسورهای رفلکتوری در مقایسه با سنسورهای دسته اول سوئیچینگ بیشتری خواهند داشت. معمولاً سوئیچینگ این سنسور ها فاصله‌ای در حدود ۱۰ متر دارد.
• سنسورهای نور دو طرفه: سنسور نوری دو طرفه نیز مانند دو سنسور قبلی بر اساس نورم دور شده در قسمت فرستنده کار می کند و دریافت نور را به وسیله گیرنده ای که در در مقابل فرستنده نصب شده است به انجام می رساند. اگر دقت کنید برخلاف دو سنسور قبلی این بار فرستنده و گیرنده در کنار یکدیگر نیستند و در مقابل هم قرار دارند. در صورتی که بین فرستنده و گیرنده مانع ارسال و دریافت نور شود، نور به وسیله گیرنده دریافت نمی شود و تحت این شرایط سنسور تشخیص داده و خروجی را تغییر می دهد. این سنسورها در مقایسه با دو نمونه قبلی بیشترین فاصله سوئیچینگ را دارند. سوئیچینگ این سنسور ها در اکثر موارد بیش از ۱۰۰ متر است.

ویژگی های سنسور نوری

سنسورهای نوری ویژگی های جالبی دارند که آشنایی با آنها می تواند برای شما هم جذاب باشد. در ادامه در مورد ویژگی های این سنسورها مواردی را خدمت شما بیان می کنیم:

• یکی از مهمترین ویژگی هایی که سنسور نوری از آن برخوردار است توانایی تشخیص جنبه‌های فیزیکی در شرایط مختلف می باشد. شما با استفاده از این سنسور ها هم می توانید مثل حرکت بر روی نوار نقاله را مورد سنجش قرار دهید و هم از ربات های گران قیمتی که برای بلند کردن قطعات مختلف مورد استفاده قرار می گیرند محافظت کنید.
• وجود سنسور های نوری برای اتوماسیون صنعتی لازم و ضروری است. در حقیقت اتوماسیون صنعتی بدون این سنسورها مثل افراد نابینا می ماند.
• یکی از ویژگی های مهم دیگری که سنسورهای نوری از آن برخوردار می باشند این است که برای فعالیت خودشان احتیاج به این ندارند که با اشیاء در تماس باشند
• در مورد این سنسورها خوب است بدانید که اجسام را از فواصل بسیار دور می توانند به خوبی تشخیص دهند. تشخیص اشیا و اجسام به ویژه اگر مانع ارسال نور این سنسور ها شود بسیار اهمیت دارد.
• یکی دیگر از ویژگی‌های سنسور نوری این است که کمتر دچار خرابی می‌شود و نیاز به تعمیر پیدا می‌کند. طبیعتاً زمانی که سنسور نیاز به تعمیر نداشته باشد، دوام آن بیشتر بوده و نگهداری آن آسان تر می شود.
• سنسورهای نوری معمولاً با سرعت زیادی می توانند پاسخگوی نیازهای مرتبط با خودشان باشند. جالب است بدانید که بسیاری از این سنسورها در کمتر از یک میلی ثانیه سرعت پاسخگویی دارند.

اجزاء سنسور نوری

سنسور نوری از اجزای داخلی برخوردار است که آشنایی با آنها بسیار ضروری می باشد. در ادامه این اجزا را خدمت شما معرفی کرده و توضیحاتی در مورد آنها خدمت شما بیان می کنیم:

• فرستنده: اگر بخش های قبلی را به خوبی مطالعه کرده باشید می دانید که یکی از اجزای داخلی مهم سنسور نوری فرستنده است.نوری که از طریق فرستنده این سنسور ها ارسال می شود از نوع قطار پالسی می باشد. استفاده از الگوریتم پالسی این امکان را برای سنسور فراهم می‌آورد که بین نور محیط مثل نور خورشید و نور ارسال شده از سنسور تمایز قائل شود. همچنین در مورد فرستنده خوب است بدانید که رایج ترین ال ای دی های استفاده شده در قسمت فرستنده سنسور نوری ال ای دی قرمز، ال ای دی مادون قرمز و دیود لیزری هستند. گاهی اوقات هم از ال ای دی های سبز و سفید برای منظور استفاده می‌شود.
• گیرنده: دیگر داخلی مهم سنسور های نوری که قبلاً هم در مورد آن صحبت هایی داشتیم گیرنده است. گیرنده این سنسور ها معمولا از نوع ترانزیستور می باشد. کاری که گیرنده برای سنسور انجام می دهد این است که اولاً نور را تشخیص می دهد و ثانیاً آن را تبدیل به یک سیگنال کوچک آنالوگ می کند. در مورد گیرنده خوب است بدانید که سنسورهای نوری معمولاً از مدار مجتمع ASIC در بخش گیرنده خودشان استفاده می‌کنند. در مورد سنسور ها به این نکته هم توجه داشته باشید که گیرنده آنها ممکن است عبور یک شیء مانع را به صورت مستقیم تشخیص دهد و متوجه شود که احتمال قطع سیگنال دریافتی وجود دارد. معمولاً گیرنده ها در چنین شرایطی سریعاً اقدامات لازم را برای مقابله با مانع ایجاد شده انجام می دهند.
• خروجی: مدار خروجی جزء سوم یک سنسور نوری می باشد. مدار خروجی در سنسور این وظیفه را دارد که سیگنال آنالوگ دریافت شده از گیرنده را تبدیل به یک سیگنال خاموش یا روشن تقویت شده کند. از این سیگنال معمولاً برای شمارنده ها و تایمر ها یا کاربردهای دیگر استفاده می شود. هنوز هم بسیاری از مدار های قدیمی از منبع تغذیه و رله خروجی به عنوان مدار خروجی استفاده می کنند اما سنسورهای نوری معمولاً از ترانزیستورهای NPN و PNP به عنوان مدار خروجی کمک می‌گیرند.

اندیکاتور های سنسور نوری

سنسورهای نوری معمولاً از دو اندیکاتور به عنوان نشانگر استفاده می کنند که در ادامه به آنها می پردازیم.

• اندیکاتور سبز: اندیکاتور های سبز که در سنسور نوری مورد استفاده قرار می گیرند معمولاً زمانی که در حالت پایدار باشند روشن هستند. این اندیکاتور ها به گونه ای هستند که هنگام نصب یا تنظیم کردن سنسور قابلیت استفاده پیدا می‌کنند. زمانی که این اندیکاتور روشن باشد یعنی سنسور به درستی نصب شده است و فعال می باشد. در مورد این اندیکاتور همچنین خوب است بدانید که سیگنال روشن یا خاموش این سنسور ها ارتباط مستقیم با اندیکاتور سبز دارد.
• اندیکاتور قرمز: اندیکاتور قرمز که گاهی اوقات به نام اندیکاتور نارنجی هم شناخته می‌شود در شرایط کاربرد دارد که سنسور جسم یا شی را به عنوان مانع احساس کند. در چنین شرایطی این اندیکاتور روشن می شود.