يقوم المستشعر البصري بتحويل أشعة الضوء إلى إشارة إلكترونية. الغرض من المستشعر البصري هو قياس كمية الضوء الفيزيائية ، واعتمادًا على نوع المستشعر ، ثم يترجمها إلى شكل يمكن قراءته بواسطة جهاز قياس متكامل. بصري تستخدم مجسات لاكتشاف أو عد أو تحديد موضع الأجزاء دون تلامس. يمكن أن تكون المستشعرات الضوئية داخلية أو خارجية. تقوم المستشعرات الخارجية بتجميع ونقل الكمية المطلوبة من الضوء ، بينما تستخدم المستشعرات الداخلية في الغالب لقياس الانحناءات والتغيرات الصغيرة الأخرى في الاتجاه.
القياسات الممكنة بواسطة أجهزة الاستشعار البصرية المختلفة هي درجة الحرارة ، السرعة ، مستوى السائل ، الضغط ، الإزاحة (الموضع) ، الاهتزازات ، الأنواع الكيميائية ، قوة الإشعاع ، قيمة الرقم الهيدروجيني ، الإجهاد ، المجال الصوتي والمجال الكهربائي
أنواع أجهزة الاستشعار البصرية
هناك أنواع مختلفة من المستشعرات الضوئية ، وهي الأنواع الأكثر شيوعًا التي استخدمناها في تطبيقات العالم الحقيقي كما هو موضح أدناه.
- الأجهزة الضوئية المستخدمة لقياس المقاومة عن طريق تحويل تغيير الضوء الساقط إلى تغيير المقاومة.
- تحول الخلية الكهروضوئية (الخلية الشمسية) كمية من الضوء الساقط إلى جهد خرج.
- الثنائيات الضوئية تحويل كمية من الضوء الساقط إلى تيار إخراج.
الترانزستورات الضوئية هي نوع من الترانزستور ثنائي القطب حيث يتعرض تقاطع جامع القاعدة للضوء. ينتج عن هذا نفس سلوك الثنائي الضوئي ، ولكن مع مكاسب داخلية.
مبدأ التشغيل هو إرسال واستقبال الضوء في جهاز استشعار بصري ، ويعكس الكائن المراد اكتشافه أو يقطعه يرسل شعاع الضوء من الصمام الثنائي الباعث . اعتمادًا على نوع الجهاز ، يتم تقييم انقطاع أو انعكاس شعاع الضوء. هذا يجعل من الممكن الكشف عن الأشياء بشكل مستقل عن المواد التي صنعت منها (الخشب ، المعدن ، البلاستيك أو غيرها). تسمح الأجهزة الخاصة حتى باكتشاف الأجسام الشفافة أو تلك ذات الألوان المختلفة أو الاختلافات في التباين. أنواع مختلفة من أجهزة الاستشعار البصرية كما هو موضح أدناه.
أنواع مختلفة من أجهزة الاستشعار البصرية
من خلال مجسات الشعاع
يتكون النظام من مكونين منفصلين يتم وضع كل من المرسل والمستقبل مقابل بعضهما البعض. يرسل جهاز الإرسال شعاعًا ضوئيًا على جهاز الاستقبال. يتم تفسير انقطاع الحزمة الضوئية على أنه إشارة تبديل من قبل المستقبل. لا علاقة له بمكان حدوث الانقطاع.
مميزات: يمكن تحقيق مسافات تشغيل كبيرة ويكون التعرف مستقلاً عن بنية سطح الكائن أو لونه أو انعكاسه.
لضمان اعتمادية تشغيلية عالية ، يجب التأكد من أن الكائن كبير بما يكفي لمقاطعة شعاع الضوء تمامًا.
أجهزة استشعار عاكسة للضوء
يقع كل من المرسل والمستقبل في نفس المنزل ، من خلال عاكس يتم توجيه حزمة الضوء المنبعثة مرة أخرى إلى جهاز الاستقبال. يؤدي انقطاع شعاع الضوء إلى بدء عملية التبديل. مكان حدوث الانقطاع ليس له أهمية.
مميزات: تتيح المستشعرات العاكسة للرجوع مسافات تشغيل كبيرة مع نقاط تبديل ، وهي قابلة للتكرار تمامًا وتتطلب جهدًا ضئيلًا في التركيب. يتم الكشف بدقة عن جميع الكائنات التي تقطع شعاع الضوء بشكل مستقل عن بنية سطحها أو لونها.
مجسات انعكاس منتشر
كل من المرسل والمستقبل في مكان واحد. ينعكس الضوء المرسل بواسطة الكائن المراد اكتشافه.
مميزات: تعمل شدة الضوء المنتشرة في جهاز الاستقبال كشرط تبديل. بغض النظر عن ضبط الحساسية ، يعكس الجزء الخلفي دائمًا بشكل أفضل من الجزء الأمامي. هذا يؤدي إلى نتيجة عمليات التحويل الخاطئة.
مصادر ضوء مختلفة لأجهزة الاستشعار البصرية
هناك العديد أنواع مصدر الضوء س. كانت الشمس والضوء من ألسنة اللهب المشتعلة هما أول مصادر الضوء المستخدمة لدراسة البصريات. في الواقع ، لا يزال الضوء الصادر من مادة معينة (مثل اليود والكلور وأيونات الزئبق) يوفر النقاط المرجعية في الطيف البصري. أحد المكونات الرئيسية في الاتصال البصري هو مصدر الضوء أحادي اللون. في الاتصالات الضوئية ، يجب أن تكون مصادر الضوء أحادية اللون ومضغوطة وطويلة الأمد. فيما يلي نوعان مختلفان من مصادر الضوء.
1. LED (الصمام الثنائي الباعث للضوء)
أثناء عملية إعادة التركيب للإلكترونات ذات الثقوب عند تقاطعات أشباه الموصلات n-doped و p-doped ، يتم إطلاق الطاقة في شكل ضوء. تحدث الإثارة عن طريق تطبيق جهد خارجي وقد يحدث إعادة التركيب ، أو قد يتم تحفيزه كفوتون آخر. هذا يسهل الاقتران بقيادة ضوء بجهاز بصري.
LED هو جهاز أشباه الموصلات p-n ينبعث الضوء عندما يتم تطبيق الجهد عبر طرفيه
2. الليزر (تضخيم الضوء بواسطة إشعاع الانبعاث المحفز)
ليزر عندما تمتص الإلكترونات الموجودة في الذرات في أكواب خاصة أو بلورات أو غازات الطاقة من تيار كهربائي فإنها تصبح متحمسة. تنتقل الإلكترونات المثارة من مدار منخفض الطاقة إلى مدار أعلى طاقة حول نواة الذرة. عندما تعود إلى حالتها الطبيعية أو الأرضية ، يؤدي ذلك إلى أن تصدر الإلكترونات فوتونات (جسيمات ضوئية). كل هذه الفوتونات لها نفس الطول الموجي ومتماسكة. يشتمل الضوء المرئي العادي على أطوال موجية متعددة وهو غير متماسك.
عملية انبعاث ضوء الليزر
تطبيقات أجهزة الاستشعار البصرية
يتراوح تطبيق هذه المستشعرات الضوئية من أجهزة الكمبيوتر إلى أجهزة كشف الحركة. لكي تعمل المستشعرات الضوئية بشكل فعال ، يجب أن تكون النوع الصحيح للتطبيق ، بحيث تحافظ على حساسيتها للخاصية التي تقيسها. تعد المستشعرات الضوئية جزءًا لا يتجزأ من العديد من الأجهزة الشائعة ، بما في ذلك أجهزة الكمبيوتر وآلات النسخ (زيروكس) وتركيبات الإضاءة التي تعمل تلقائيًا في الظلام. وتشمل بعض التطبيقات الشائعة أنظمة الإنذار والتزامن مع ومضات التصوير الفوتوغرافي والأنظمة التي يمكنها اكتشاف وجود الأشياء.
مستشعرات الضوء المحيط
في الغالب رأينا هذا المستشعر على أجهزتنا المحمولة. ستعمل على إطالة عمر البطارية وتمكين الشاشات سهلة العرض التي تم تحسينها للبيئة.
مستشعرات الضوء المحيط
التطبيقات الطبية الحيوية
أجهزة الاستشعار البصرية لها تطبيقات قوية في مجال الطب الحيوي. بعض الأمثلة على تحليل التنفس باستخدام ليزر ديود قابل للضبط ، أجهزة مراقبة معدل ضربات القلب البصرية يقيس جهاز مراقبة معدل ضربات القلب الضوئي معدل ضربات القلب باستخدام الضوء. يضيء مصباح LED عبر الجلد ، ويفحص المستشعر البصري الضوء الذي ينعكس مرة أخرى. نظرًا لأن الدم يمتص المزيد من الضوء ، يمكن ترجمة التقلبات في مستوى الضوء إلى معدل ضربات القلب. تسمى هذه العملية باسم التصوير الضوئي.
مؤشر مستوى السائل القائم على المستشعر البصري
على أساس الاستشعار البصري مؤشر مستوى السائل يتكون من جزأين رئيسيين مصباح LED يعمل بالأشعة تحت الحمراء مقترنًا بترانزستور خفيف وطرف منشور شفاف في المقدمة. يقوم LED بإخراج ضوء الأشعة تحت الحمراء إلى الخارج ، عندما يكون طرف المستشعر محاطًا بالهواء يتفاعل الضوء عن طريق الارتداد مرة أخرى مع الطرف قبل العودة إلى الترانزستور. عندما يتم غمس المستشعر في السائل ، يتشتت الضوء في جميع الأنحاء ويعاد القليل إلى الترانزستور. تؤثر كمية الضوء المنعكس على الترانزستور على مستويات الإخراج ، مما يجعل استشعار مستوى النقطة ممكنًا
مستشعر المستوى البصري
هل لديك المعلومات الأساسية لجهاز الاستشعار البصري؟ نحن نقر بأن المعلومات الواردة أعلاه توضح أساسيات مفهوم المستشعر البصري مع الصور ذات الصلة وتطبيقات الوقت الحقيقي المختلفة. علاوة على ذلك ، فإن أي شكوك بخصوص هذا المفهوم أو لتنفيذ أي مشاريع قائمة على أجهزة الاستشعار ، يرجى إبداء اقتراحاتكم وتعليقاتكم على هذه المقالة التي يمكنك كتابتها في قسم التعليقات أدناه. إليك سؤال لك ، ما هي مصادر الضوء المختلفة لجهاز الاستشعار البصري؟
