سنسور نوری

سنسور نوری چیست؟ نوعی سنسور بدون تماس مکانیکی می باشد. سنسور های نوری با تبدیل نور و یا تغییرات دامنه نور به سیگنال های الکترونیکی می تواند کمیت فیزیکی نور را اندازه گیری کند.

بررسی سنسورهای نوری و ویژگی های آن

تا چه حد با موارد کاربرد سنسور های نوری آشنایی دارید؟

آیا سنسور های نوری توانایی شناسایی مواد غیر شفاف و تیره را دارد؟

آیا سنسورهای نوری توانایی تشخیص فواصل دور را دارد؟

در این مقاله به بررسی سنسورهای نوری خواهیم پرداخت و پاسخ برخی سوالاتی که برای کاربران سنسورهای نوری پیش آمده در اینجا وجود دارد.

سنسور نوری چیست و چگونه عملکردی دارد؟

سنسور‌های نوری از چه بخش هایی ساخته شده است؟

معرفی انواع سنسور های نوری

ویژگی های سنسور های نوری چیست؟

سنسورهای نوری در چه مواردی کاربرد دارد؟

سنسور نوری چیست و چگونه عملکردی دارد؟

یک “Photoelectric Sensor” و یا به عبارتی (چشم نوری) در درجه اول از یک فرستنده  (Emitter) برای انتشار نور و یک گیرنده (receiver ) برای دریافت نور تشکیل شده است. هنگامی که نور ساطع شده توسط شیء مورد سنجش قطع یا بازتاب می شود، میزان نوری را که به گیرنده می رسد تغییر می دهد. گیرنده این تغییر را تشخیص داده و آن را به یک خروجی الکتریکی تبدیل می کند. منبع نور برای اکثر سنسورهای فوتوالکتریک نور مادون قرمز یا مرئی است (معمولاً قرمز یا سبز می باشد و از نور آبی برای شناسایی رنگها استفاده می گردد).

سنسور‌های نوری از چه بخش هایی ساخته شده است؟

در حالت کلی سنسورهای نوری ساختار داخلی ساده‌ای دارند معمولا سنسور های نوری از سه بخش اصلی تشکیل شده اند. (فرستنده، گیرنده، خروجی) در بخش زیر به معرفی اجزاء سنسورهای نوری پرداخته ایم:

فرستنده (Light emitter) :

بخش فرستنده، نوری را از سنسور ارسال می کند. این نور از (LED Light Emitting Diode) های نیمه‌ هادی ساطع می‌شود. در نور فرستنده از الگوریتم پالسی مشخص استفاده  شده است، این الگوریتم به سنسور این امکان را می‌دهد که بین نور ارسالی از سنسور و نورهای محیطی مانند نور خورشید تفاوت گذارد.

گیرنده (Receiver) :

بخش گیرنده‌ در سنسورهای نوری معمولا از نوع ترانزیستوری می باشد. گیرنده پس از تشخیص نور ارسال شده از فرستنده، آن را به یک سیگنال آنالوگ کوچک تبدیل می کند.

بخش خروجی :

مدار خروجی سیگنال آنالوگی که از گیرنده دریافت می کند را به یک سیگنال ON/OFF تقویت شده یا آنالوگ تبدیل می‌کند، در نتیجه از این سیگنال تقویت شده در شمارنده‌ها، تایمرها، رله ها و یا کاربردهای دیگر می توان استفاده کرد. امروزه در خروجی فتوسل نوری از ترانزیستورهای NPN و PNP استفاده می‌شود و در برخی از مدل های نیز از خروجی رله استفاده می شود.

انواع سنسور های نوری

سنسورهای نوری معمولا به سه دسته  اصلی زیر تقسیم می شوند  اما تنوع آنها بسیار بیشتر بوده که در ادامه به آنها خواهیم پرداخت.

• سنسور های نوری یک طرفه و یا به عبارتی سنسور انعکاس از روی قطعه (Diffuse Sensor)
• سنسور های نوری رفلکتوری، آیینه دار (Retro-Reflection)
• سنسور های نوری دو طرفه (Through Beam)

سنسور های نوری یک طرفه و یا به عبارتی سنسور‌های نوری انعکاس از روی قطعه (Diffuse Sensor)

در سنسور یک طرفه، فرستنده و گیرنده نوری در یک قطعه قرار گرفته اند. فرستنده دائماً یک شعاع نوری را از خود ساطع می کند در صورتی که شعاع نوری به مانعی برخورد کند بخشی از این شعاع نور منعکس می شود و به قسمت گیرنده داخل سنسور میرسد. میزان انعکاس شعاع نور به رنگ و نوع سطح و حجم و زاویه مانع بستگی دارد. برای مثال مقوا با رنگ های روشن، پارچه با رنگ های روشن، شیشه های روشن و  همچنین پلاستیک های روشن دارای سطح بازتابش بیشتری می باشند و سنسورهای نوری آنها را بهتر تشخیص می دهند. سنسورهای نوری یک طرفه،  کمترین فاصله سویچینگ را در بین انواع این سنسور دارند که حدود ۲ متر است. بنابراین هرچه فاصله سنسور تا مانع نزدیکتر باشد، دقت سنسور بیشتر است.

سنسور های نوری رفلکتوری، آینه دار (Retro-Reflection)

در سنسور رفلکتوری هردو بخش فرستنده وگیرنده  در کنار یکدیگر در داخل یک قطعه نصب می شوند. مقابل سنسور یک رفلکتور (یا به اصطلاح آینه یا منشور) نصب می شود. فرستنده یک شعاع نوری را از خود ساطع می کند با برخورد این نور به رفلکتور نور تحت زاویه ای معین به صورت یک خط مستقیم به سمت گیرنده سنسور منعکس شده و توسط قسمت گیرنده سنسور حس می گردد. یکی از ویژگی های این نوع سنسور این است تحت تأثیر رنگ یا زاویه سنجش اشیا قرار نمی گیرد. با تنظیم رفلکتور، سنسور آینه دار توانایی تشخیص موقعیت ها و جهت های مختلف با زاویه های متفاوت را دارد. سنسور نوری رفلکتوری دارای فاصله سویچینگ حدودا ۱۰ متری می باشد که نسبت به سنسور نوری یک طرفه مقدار بیشتری است.

سنسور های نوری دو طرفه (Through Beam)

در سنسور های نوری دو طرفه گیرنده و فرستنده مجزا از یکدیگر می باشند و هر کدام  در دو قطعه جداگانه قرار دارند. در این نوع سنسور باید گیرنده و فرستنده روبروی هم قرار گیرند و قبل از شروع کار به گونه ای تنظیم شوند که شعاع نوری مستقیما از فرستنده به گیرنده برسد. در این صورت اگر مانعی مابین فرستنده و گیرنده قرار گیرد سنسور وجود مانع را تشخیص و خروجی سنسور تغییر وضعیت می دهد. سنسورهای نوری دو طرفه دارای بیشترین فاصله سویچینگ حدود ۱۰۰متر می باشد که از دو نوع سنسور یک طرفه و رفلکتوری مقدار بیشتری است. همچنین  سنسور های نوری دو طرفه توانایی بازدهی در محیط های مرطوب و آلوده به گرد و غبار را دارند. تشخیص در سنسور های نوری دو طرفه تحت تأثیر براق و روشن بودن رنگ و نوع رنگ قرار نمیگیرند و توانایی تشخیص اجسام با رنگ های مات و تیره را نیز دارد.

ویژگی های سنسور نوری چیست؟

• سنسور های نوری قابلیت تشخیص اجسام از فاصله بیش از ۱۰متر را دارند. این امر با استفاده از سنسور های مغناطیسی یا اولتراسونیک غیرممکن است. البته با پیش رفت علم در حال حاضر این امر امکان پذیر است ولی هزینه بالایی دارد.
• سنسور های نوری در انواع مختلفی از جمله سنسور بدنه فلزی و سنسور بدنه پلاستیکی، استوانه ای و یا مکعبی و با خروجی های مختلف و ولتاژهای کاری متنوع موجود هستند.
• سنسورهای نوری بر اساس قوانین نوری کار می کنند بنابراین آنها مانند سنسورهای مجاورتی (القایی، خازنی و مغناطیسی) در تشخیص اشیاء در فاصله نزدیک محدود نمی شوند. این بدان معنی است که از آنها می توان برای تشخیص تقریبا هر جسم از جمله شیشه، پلاستیک، چوب و مایع نیز استفاده کرد.
• در سنسور های نوری زمان پاسخگویی بسیار سریع است، زیرا نور با سرعت زیاد حرکت می کند و سنسور هیچگونه عملیات مکانیکی را انجام نمی دهد زیرا تمام مدارها از اجزای الکترونیکی تشکیل شده اند.
• سنسور های نوری دارای وضوح بسیار بالایی می باشد این وضوح حاصل از فناوریهای پیشرفته طراحی است که دارای یک پرتو بسیار کوچک و یک سیستم نوری منحصر به فرد برای دریافت نور است. این پیشرفت ها امکان شناسایی اشیاء بسیار کوچک و همچنین تشخیص موقعیت دقیق را فراهم می آورد.
• در این نوع سنسور احتمال آسیب دیدن اشیاء، حسگر، یا سنسورها وجود ندارد، زیرا اشیاء بدون تماس فیزیکی قابل تشخیص هستند. و همین امر سالها خدمات حسگر را تضمین می کند.
• از سنسورهای نوری می توان برای شناسایی رنگ استفاده کرد. این امر که یک شیء نور را منعکس یا جذب می کند، به طول موج نور ساطع شده و رنگ آن شئ بستگی دارد. از این ویژگی می توان برای تشخیص رنگ استفاده کرد. به این سنسور های نوری “سنسور های کد رنگ ” گویند.
• در سنسور های نوری می توان به آسانی حساسیت و فاصله دید را تنظیم کرد.

سنسورهای نوری در چه مواردی کاربرد دارد؟

• سنسورهای نوری در بخش نظارت بر سیستم عامل های دریایی و قسمت نظارت بر قدرت خط و نظارت چاه استفاده می شوند.
• سنسورهای نوری برای برنامه های کاربردی نفت و گاز، از جمله نظارت خط لوله مورد استفاده قرار می گیرند.
• در گیت‌های ورودی برای تشخیص عبور افراد از سنسورهای نوری با قدرت تشخیص بالا استفاده می شود.
• از این سنسور ها می توان در توربین های بادی جهت نظارت پره استفاده کرد.
• سنسور کارواش برای کنترل حرکت اتومبیل در کارواش ها مورد استفاده قرار می گیرد.
• از این سنسور در ورودی آسانسور ها و درب های اتوماتیک کنترل تردد استفاده می شود.
• سنسور تشخیص اجسام شفاف در صنعت جهت آشکارسازی شیشه های خالی کاربرد دارد.
• در صنایع بسته بندی و توزین از سنسورهای نوری به گررات استفاده می شود.

انواع سنسورهای نوری در کاربردهای مختلف

همان طور که قبلا هم اشاره شد سنسورهای نوری تنوع زیادی دارند. علاوه بر سه دسته اصلی ذکر شده انواع دیگری از سنسورهای نوری وجود دارند که همگی بر پایه قوانین نوری کار می کنند. سنسور کد رنگ، سنسور فیبر نوری، پرده نوری، سنسور U شکل، سنسور تشخیص تیره از روشن (سنسور لیبل)، سنسور ویژن، سنسورهای با خروجی  آنالوگ و سنسور لبه از جمله این سنسورها هستند.

سنسور کد رنگ

سنسور کد رنگ جهت تشخیص کدهای رنگی روی لفافه های بسته بندی ساخته شده و کاربرد دارند. اساس کار در این نوع سنسورها ارسال نور سفید و دریافت نور منعکس شده از کاغذ بسته بندی می باشد. در سنسور کد رنگ از یک فرستنده وگیرنده نور مرئی روبروی هم استفاده می شود. در نتیجه با عبور کد رنگی روی لفافه از میان آنها مسیر نور قطع شده در خروجی تغییر ایجاد می کند.

سنسور فیبر نوری

سنسور فیبر نوری، نوعی دستگاه، مبتنی بر فیبر است که برای تشخیص برخی از مقادیر همانند دما، فشار، ارتعاشات، جابجایی، چرخش و یا غلظت گونه های شیمیایی، کنترل سطح مخازن، تشخیص پارگی ورق، کنترل انحراف پارچه و کنترل تردد و … مورد کاربرد قرار میگیرد. از ابزارهای دقیق و دستگاه های مخصوص مورد نیاز برای سنسور می توان به منبع نوری (اغلب لیزر تک فرکانس فیبر)، عنصر اصلی حسگر، آشکارساز نوری و دستگاه های پردازش پایانی اشاره کرد.

پرده نوری

پرده نوری و یا به عبارتی ” light curtains ”  نوعی از سنسورهای نوری می باشد که جهت محافظت از اجسام قیمتی و همچنین به منظور جلوگیری از دسترسی به نقاط خطرناک و مخاطره آمیز در کارخانه ها و یا محافظت از انسان ها برای کار با ابزار خطرناک کاربرد دارد.

سنسور U شکل

استفاده از سنسور U شکل بدین گونه است که فرستنده و گیرنده رو به روی هم قرار در دو بازوی سنسور قرار میگیرند  و وجود یا عدم وجود جسم را تشخیص می دهند. در یک بازو فرستنده و در یک بازو گیرنده نوری قرار گرفته است. به واسطه ی گیرنده ای که دارند حضور و یا عدم حضور جسم را شناسایی می کنند. فاصله دید در این دسته از سنسور چشمی از چند میلی متر تا حدود ۲ متر بسته به مدل متغیر می باشد.

سنسور تشخیص تیره از روشن (سنسور لیبل)

نوعی سنسور قابل استفاده در صنعت بسته بندی می باشد. سلفون های بسته بندی در رول های متراژ بالا تولید شده اند که در فواصل مشخص و یکسانی دارای نشانگر سیاه رنگ هستند. این علامت سیاه رنگ حین بسته بندی توسط سنسور تشخیص تیره از روشن شناسایی شده و محل برش را برای انجام بسته بندی معین می کند. به گونه ای که اگر نشان سیاه از مقابل سنسور مارک بگذرد، سنسور پس از تشخیص علامت معین به کاتر فرمان کات کردن را می دهد و در همان قسمت چسب خورده و بسته بندی کامل می شود.

سنسورهای با خروجی  آنالوگ

نوعی سنسور با خروجی پیوسته (آنالوگ) می باشند که عموما برای موارد فاصله گذاری و یا مواردی که در آن ها دقت بالایی لازم است کاربرد دارند. این دسته از سنسور ها به دلیل ارائه المان های دقیق تر، قیمت بالاتری دارند.

سنسور ویژن

سنسور ویژن معمولا در صنعت خوردرو سازی کاربرد دارند. این دسته از سنسور ها با به کارگیری تکنولوژی پیشرفته علاوه بر تشخیص وجود و یا عدم وجود شئ مورد نظر شکل ظاهری آن را نیز تشخیص می دهند. برای مثال در صنعت خوردرو سازی در قسمت ساخت بدنه اتومیبیل، علاوه بر تشخیص سالم بودن تمام قسمت بدنه، توانایی تشخیص نوع بدنه که مربوط به چه مدل اتومبیلی است را دارا می باشد. همچنین سنسور ویژن در مونتاژ مدارات پی سی بی با پیچیدگی بالا نیز کاربرد دارند. به این صورت که مدار کامل را از قبل برای سنسور تعریف کرده و درصورتیکه مشکلی در نصب قطعه ای وجود داشته باشد و یا بخشی مونتاژ نشده باشد را کاملا تشخیص می دهد.

سنسور لبه

سنسور لبه سنسوری است که برای تولیدات پارچه، کاغذ، تسمه و یا هر چیزی که در تولید آن نیازمند دقت برای حرکت در مسیر مستقیم و مشخص است و درصورتیکه از لبه محصول منحرف شود وخطا پیدا کند توسط سنسور لبه قابل تشخیص است.

برای خرید سنسورهای نوری  (Photoelectric Sensor) می‌توانید به فروشگاه اینترنتی الکتروملل مراجعه نمایید.