سنسور نوری

سنسور نوری و یا به عبارت دیگر سنسو فتوالکتریک "photoelectric sensor" یا (چشم نوری) وسیله ای است که از نور برای تشخیص وجود یا عدم وجود یک جسم استفاده می کند.

این مقاله به منظور آشنایی بیشتر با سنسور نوری می باشد. برای مشاهده و خرید انواع محصولات سنسور نوری با مراجعه به فروشگاه الکتروملل می توانید با استفاده از فیلتر ها محصول مد نظر خود را انتخاب کنید و یا در صورت نیاز از مشاوران تخصصی راهنمایی دریافت کنید.

برای ورود به فروشگاه الکتروملل کلیک کنید

سنسور نوری و انواع آن

سنسورهای نوری انواع مختلف و کاربردهای مختلفی دارند اما می توان آنها را در سه دسته کلی سنسورهای نوری یک طرفه، آینه ای (رفلکتوری) و دو طرفه (رو در رو ) تقسیم بندی کرد. وجه مشترک همه سنسوهای نوری این است که بر اساس ارسال و دریافت نور کار می کنند. این سنسورها از نظر شکل ظاهری، نوع خروجی، جنس نور تابیده شده در انواع مختلفی ساخته می شوند و تنوع زیادی دارند. در این مقاله به نحوه عملکرد سنسورهای نوری اشاره شده است برای اطلاعات بیشتر درمورد انواع سنسورهای نوری به سایر مقالات در آکادمی الکتروملل مراجعه نمایید.

در ویدیو زیر ساده ترین مدلها را بررسی و نحوه عملکرد آنها را توضیح خواهیم داد. برای آشنایی با انواع سنسور نوری علاوه بر مطالعه کامل مقاله ویدیو زیر را ببینید:

سنسور نوری و کاربرد های آن

سنسورهای نوری را می توان در روش ها و صنایع مختلف مورد استفاده قرار داد. به عنوان مثال، می توان از آنها برای تشخیص اجسام یا جهت گیری یک شی در خط تولید استفاده کرد، می توان از آنها برای شمارش و متوقف کردن بسته شدن خودکار درب استفاده کرد. همچنین سنسورهای نوری در صنایع خودروسازی، مواد غذایی، حمل و نقل و جابجایی مواد مورد استفاده قرار می گیرند.

سنسورنوری و نحوه عملکرد آن

عملکرد اصلی یک سنسور نوری این است که سنسور یک پرتو نور را از قسمتی از سنسور به نام فرستنده (امیتر) می فرستد و این پرتو نور به قسمتی از سنسور که نور را جمع آوری می کند به نام گیرنده می رسد.

سنسورهای نوری و انواع آن

بسته به نوع سنسور، نور می تواند مستقیماً به گیرنده سنسور برسد یا به یک بازتابنده یا جسم منتقل شود و سپس به گیرنده برگردد. همانطور که هر یک از انواع سنسورهای فتوالکتریک را توضیح می دهیم، با جزئیات بیشتری به این موضوع خواهیم پرداخت.

سنسور نوری یکطرفه (Diffuse Proximity)

در سنسورهای فتوالکتریک یکطرفه فرستنده و گیرنده با هم در یک دستگاه هستند.

برای اینکه سنسور نوری یکطرفه کار کند، تابشگر سنسور باید به سمت یک جسم باشد تا نور از تابشگر سنسور به جسم حرکت کند و سپس به گیرنده سنسور بازگردد.

از مزایای این نوع سنسور میتوان به مواردی از جمله: پایین بودن قیمت و مقرون به صرفه بودن آن‌ها در بین سه سنسور و نصب آسان و تعمیر و نگهداری راحت نسبت به دو سنسور نوری دیگر اشاره کرد.

نقطه ضعف اصلی استفاده از سنسور نوری یکطرفه این است که دارای کمترین محدوده تشخیص در بین سه سنسور است. زیرا بسته به شکل، اندازه و رنگ جسم ممکن است نور را به خوبی به گیرنده سنسور بازتاب ندهد.

سنسور نوری رفلکتوری یا آینه ای (Retro-reflective)

سنسورهای فتوالکتریک رفلکتوری دارای فرستنده و گیرنده با هم در یک جزء هستند.

برای اینکه سنسور رفلکتوری کار کند، سنسور باید مقابل یک آینه در یک راستا قرار گیرد، بنابراین نور از سنسور به بازتابنده حرکت می کند و سپس به گیرنده سنسور باز می گردد.

خروجی سنسور Retroreflective مانند خروجی سنسور Through-Beam عمل می کند. اگر چراغ مسدود نباشد، خروجی روشن است و اگر چراغ مسدود باشد، خروجی خاموش است.

سنسورهای بازتابی نسبت به سنسورهای Through-Beam برد تشخیص کوتاه تری دارند. این به این دلیل است که نور به جای اینکه مستقیماً به سمت گیرنده حرکت کند، باید به یک بازتابنده و سپس به سنسور برگردد.

برخی از معایب استفاده از سنسور آینه ای این است که باید سنسور را با یک رفلکتور یا آینه (به عبارت دیگر منشور) نصب کنید، اگر جسم براق باشد ممکن است خروجی سنسور به جای رفلکتور روشن شود و پرتو نور به اندازه نور سنسور Through-Beam متمرکز نیست.

در فیلم زیر به معرفی انواع رفلکتور، آینه و یا به عبارت دیگر منشور استفاده شده در مقابل سنسور نوری اشاره شده است، برای آشنایی با انواع رفلکتور و تفاوت آنها از نظر سایز و شکل ظاهری، جنس، دمای کاری، کیفیت منشور در بازتابندگی نور، فلکسیبل بودن یا صلب بودن رفلکتورها فیلم زیر را با دقت ببینید:

اگر جسم براق است، می توانید سعی کنید زاویه سنسور و آینه را در مقایسه با جسم تنظیم کنید. یا اینکه از سنسور های نوری آینه‌ای پلاریزه شده استفاده کنید.

سنسور نوری رودررو (Through-beam Sensors) 

سنسورهای رو در رو دارای فرستنده و گیرنده جداگانه هستند.

برای اینکه سنسور Through-Beam کار کند، فرستنده و گیرنده باید دقیقا روبروی یکدیگر قرار گیرند.

هنگامی که آنها در یک راستا قرار دارند و هیچ چیز جلوی نور را نمی گیرد، خروجی سنسور روشن می شود.

اگر چیزی بین فرستنده و گیرنده قرار گیرد تا نور را مسدود کند، خروجی سنسور خاموش می شود.

محدوده تشخیص در سنسور نوری دوطرفه

سنسورهای فتوالکتریک دوطرفه نسبت به سنسورهای فتوالکتریک رفلکتوری و یکطرفه برد تشخیص طولانی تری دارند. این به این دلیل است که نور فقط باید در یک جهت حرکت کند تا از فرستنده به گیرنده برسد.
برخی از معایب استفاده از سنسور Through-Beam در مقایسه با استفاده از سنسور Retroreflective یا Diffused این است که هزینه بیشتری دارند، همچنین به فضای بیشتری برای نصب صحیح نیاز دارند و اجسام شفاف نازک را به خوبی تشخیص نمی دهند.

سنسورهای Through-Beam باتوجه به اینکه دارای دو جزء هستند که به دو کابل و دو پایه وصل می شوند، بنابراین فضای بیشتری را اشغال می کنند.

آنها اجسام شفاف نازک را تشخیص نمی دهند زیرا نور می تواند مستقیماً از طریق جسم به گیرنده برسد.

تا اینجا معرفی سه دسته کلی سنسورهای نوری یک طرفه، آینه ای (رفلکتوری) و دو طرفه (رو در رو ) انجام شد، اما سنسور های نوری شامل انواع دیگری نیز می باشند که در ادامه معرفی سایر سنور‌های نوری را خواهیم داشت، با ما همراه باشید:

سنسور آینه ای پلاریزه (Polarized Retro-reflective)

در صورت تشخیص اجسام با سطوح براق مانند فلزات براق یا شیشه های آینه ای، باید از سنسورهای نوری با فیلترهای پلاریزه استفاده شود.

سنسور آینه ای برای تشخیص اجسام شفاف (Retro-reflective for Transparent Objects)

برای تشخیص اجسام شفاف، مانند بطری های شفاف (PET) آب معدنی یا Sheets Mylar، از سنسور نوری آینه ای می توان استفاده کرد.

سنسور نوری بک گراند ساپرشن (Background Suppression)

سنسورهای نوری بک گراند ساپرشن (خنثی کننده پس ‌زمینه) یکی از انواع سنسورهای نوری یک طرفه هستند که به اپراتور اجازه می‌دهند تا حداکثر فاصله تشخیص را دقیقا تنظیم کنند.

سنسورهای فاصله (Distance Sensors)

فن آوری های اصلی به کار رفته در سنسورهای نوری فاصله سنج optic triangulation و time-of-flight است. اولی امکان اندازه گیری بسیار دقیق را در فواصل کوتاه می دهد، در حالی که دومی برای مسافت های متوسط و طولانی ایده آل است.

سنسور U شکل (Slot Sensors)

سنسور U شکل نسخه‌ای از سنسور رو دررو است. جایی که فرستنده و گیرنده رو به روی یکدیگر در داخل یک محفظه U شکل قرار می گیرند. هر هدفی که از شکاف داخلی عبور کند پرتو را قطع می کند و شناسایی می شود.

سنسورهای کنتراست (Contrast Sensors)

سنسورهای کنتراست برای تشخیص کدهای رنگی روی انوع بسته بندی تعریف می شوند. سنسورهای کنتراست عمدتاً در ماشین‌های بسته‌بندی خودکار برای تشخیص علامت ثبت برای هماهنگ سازی تاشو، برش و جوش استفاده می‌شوند.

سنسورهای لومینسانس (Luminescence Sensors)

سنسورهای لومینسانس در صنایع مختلف از جمله: تشخیص برچسب روی شیشه یا آینه در زمینه های دارویی و آرایشی، بسته بندی خودکار، تشخیص راهنماهای برش و دوخت در تولید نساجی، بررسی رنگ های فلورسنت یا روان کننده ها در تولید مکانیک مورد استفاده قرار می گیرند.

سنسورهای تشخیص رنگ (Color Sensors)

"سنسور رنگ" رنگ مواد را تشخیص می دهد. این سنسور معمولاً رنگ را در مقیاس RGB تشخیص می دهد. این سنسور می تواند رنگ را به رنگ های قرمز، آبی یا سبز طبقه بندی کند.

سنسورهای فیبر نوری (Fiber Optic Sensors)

سنسور فیبر نوری را می توان به عنوان کابل هایی در نظر گرفت که نور را انتقال می دهند و می توانند برای قرار دادن نور سنسور در فضاهای کوچک یا تشخیص اجسام بسیار کوچک استفاده شوند.

سنسورهای لیزری (Laser Sensors)

یک دستگاه الکترونیکی مانند دیود است که یک منبع انرژی را به یک پرتو نور بسیار نازک و متمرکز تبدیل می‌کند که برای تشخیص اجسام بسیار کوچک یا رسیدن به موقعیت‌های عملیاتی بسیار طولانی مناسب است.

سنسور پرده نوری

پرده نوری تعدادی سنسور نوری دوطرفه هستند که برای حفاظت و ایمنی موجودات زنده و اپراتور در محیط های صنعتی کاربرد دارد. بیشترین موارد استفاده آن در صنعت پرس می باشد، درصورت ورود دست اپراتور به محدوده خطر، سنسور نوری اخطار داده و دستگاه متوقف می گردد.

مشخصات فنی در استفاده از سنسور نوری

سنسور را تحت شرایطی خارج از این مشخصات فنی که در موارد زیر به آن اشاره شده استفاده نکنید. از سنسور در شرایط خارج از محدوده جریان و ولتاژ که در مشخصات آن ذکر شده استفاده نکنید. همچنین از حد مجاز دما و رطوبت کاری توصیه شده خارج نشوید. سنسورها برای عملکرد زیر صفر درجه سانتیگراد رتبه بندی می شوند، اما این به آن معنی نیست که سنسور در شرایط انجماد طولانی مدت نیز عملکرد ثابتی داشته باشد. قرار گرفتن مداوم در شرایط یخبندان، رطوبت و آلودگی که تراکم ناشی از آن روی سطح سنسور انباشته شوند، تأثیر نامطلوبی بر عملکرد سنسور خواهند گذاشت. همچنین از محدوده تعیین شده برای شُک و لرزش سنسور خارج نشوید زیرا ممکن است بر ویژگی ضد آب بودن سنسور تاثیر منفی بگذارد.

رتبه بندی IEC (هیئت بین المللی الکتروتکنیکی)

سنسورهایی که دارای درجه حفاظت IP67 هستند، در صورتی که بعضی اوقات در معرض رطوبت قرار گیرند مقاوم هستند.

سنسورهایی که دارای رتبه IP64 تا IP66 هستند، نسبت به رطوبت به نوعی که گاهی در معرض پاشیده شدن قطرات آب مانند مجاورت در برابر آب های متلاطم باشند، مقاوم هستند. البته این رتبه‌بندی‌ها به این معنا نیست که سنسور می تواند به صورت پیوسته در در معرض قطرات آب قرار بگیرد.

سنسورهای دارای رتبه IP64 تا IP67 ضد گرد و غبار و آب هستند. برای عملکرد بهتر، از استفاده‌ی سنسور در شرایطی که ممکن است وزن سنگین جسم دیگری روی سنسور فشار بیاورد و یا در شرایطی باشد که ممکن است تحت فشار ناشی از انفجار ویا در معرض گرد و غبار و ذرات باشد و یا آب یا بخار روی سطح سنسور را بپوشاند و باعث کاهش عملکرد سنسور شود، خودداری کنید.

نکاتی که باید هنگام راه اندازی سنسور نوری در نظر بگیرید

بدنه سنسور را از نظر استحکام دی الکتریک و مقاومت عایق آزمایش نکنید، زیرا بدنه سنسور به مدار الکترونیکی آن متصل است.

از انجام تست های مقاومت دی الکتریک و مقاومت عایق روی سیستم های الکتریکی بدون قطع کردن سنسورهای فوتوالکتریک اجتناب کنید، زیرا چنین آزمایشی ممکن است به سنسور آسیب برساند.

داخل برخی سنسورهای نوری یک مدار داخلی برای خاموش کردن خروجی پس ازگذشت زمان مشخص از روشن شدن سنسور، ارائه می‌شود. این تاخیر طبیعی است.از حالت گذرا هنگام روشن کردن جلوگیری می کند.

سنسور نوری و نحوه نگهداری جهت عملکرد بهینه

سطح نوری هر سنسور باید به طور منظم برای عملکرد بهتر به طور مستمر تمیز شود. از یک پارچه نرم آغشته به ایزوپروپیل الکل برای از بین بردن گرد و غبار و تجمع رطوبت استفاده کنید. نکته: از حلال‌های آلی (مانند تینر، مومونیا، سود سوزآور، یا بنزن) برای تمیز کردن قسمتی از سنسور نوری استفاده نکنید. همه سنسورهای نوری تحت تأثیر نویز القایی، دچار اختلال می شوند. از استفاده سنسورها در مجاورت ترانسفورماتورهای القایی بزرگ، موتورها یا ژنراتورها، تماس مستقیم با منابع گرمای بیش از حد خودداری کنید. همچنین از به کاربردن سنسورها در مجاورت تجهیزات جوشکاری نیز خودداری کنید.

نور مورد استفاده در سنسور‌ نوری

نور مرئی تابش الکترومغناطیسی با طول موج بین 390 تا 770 نانومتر است.  نور سفید از تمام اجزای طیف مرئی به مقدار مساوی تشکیل شده است. غلبه یک طول موج خاص رنگ نور را تعیین می کند. دیودهای ساطع کننده نور (LED) رایج ترین نور مورد استفاده در سنسورهای نوری هستند.

انتقال، جذب یا بازتاب نور

هنگامی که نور به یک جسم برخورد می کند، سه حالت همزمان اتفاق می افتد: بازتاب (ρ)، جذب (α) و انتقال (τ). این سه حالت بسته به جنس ماده، سطح، ضخامت و یا رنگ تفاوت دارند. بدین ترتیب می توان با اندازه گیری میزان این ضرایب توسط سنسور نوری کاربردهای متفارتی از سنسور نوری را بدست آورد.

تاثیر نور خارجی بر عملکرد سنسور نوری

نور روشن و خارجی مانند نور خورشید، چراغ های رشته ای یا چراغ های فلورسنت ممکن است عملکرد سنسورها را در تشخیص رنگ یا نور مختل کند. مطمئن شوید که نور خارجی روی عملکرد سنسور تاثیر نگذارد. بهتر است از تداخل نوری ناخواسته با سنسور اطمینان حاصل کنید، بدین گونه که گیرنده نوری مستقیماً مقابل یک منبع نور قوی قرار نگرفته باشد. درصورتیکه هنگام نصب، محل سنسور قابل تنظیم نباشد، می توان از یک مانع نوری بین همه منابع نور نزدیک گیرنده سنسور استفاده کرد.

خلاصه مطالب