سنسور فیبر نوری
سنسور فیبر نوری (Optical fiber sensor) نوعی از چشم های نوری است که برای تشخیص اجسام استفاده می شود. دو نوع مهم و پرکاربرد سنسور فیبر نوری در صنعت، مدل های یک طرفه و رو در رو هستند که جهت شناسایی اجسام در فواصل کوتاه برد و دور برد با روش عملکرد متفاوت کار می کنند.
سنسور فیبر نوری مبتنی بر کوپلینگ نور درون فیبر است. در این حسگرهای اپتیکی، فیبر به یک دستگاه تقویت کننده متصل شده و می تواند تا کیلومترها امتداد یابد!
از جمله خصوصیات مهم سنسور فیبر نوری نصب آسان، انعطاف پذیری، دقت زیاد، سرعت پاسخ بالا، قابلیت عملکرد در شرایط محیطی خطرناک و سخت مثل وجود دماهای بسیار بالا، مواد شیمیایی واکنش دهنده، مواد اشتعال زا و انفجاری و میدان های الکترومغناطیسی قوی است.
امروزه رد پای سنسور فیبر نوری در اندازه گیری های دقیق صنعتی به وفور دیده می شود؛ صنایع مخابرات و ارتباطات، صنعت هوا فضا، خطوط انتقال نفت و گاز و پتروشیمی در پالایشگاه شاهد حضور پر رنگ این ابزار دقیق صنعتی شده است.
شاید برایتان جالب باشد که بدانید سنسور فیبر نوری میتواند در جاهایی کار کند که سنسورهای معمولی قادر به عملکرد درست نیستند؛ مثلاً در محیطهایی با دماهای بسیار بالا، میدانهای مغناطیسی قوی یا فضاهای بسیار کوچک. در این مقاله بهطور کامل بررسی میکنیم که سنسور فیبر نوری چیست، چگونه کار میکند، چه انواعی دارد و چه کاربردهایی در صنایع مختلف دارد.
سنسور فیبر نوری چیست؟
سنسور فیبر نوری وسیلهای است که از فیبرهای نوری برای تشخیص و انتقال اطلاعات استفاده میکند. برخلاف سنسورهای معمولی که مستقیماً سیگنال را پردازش میکنند، در این نوع سنسورها فیبر نوری فقط به عنوان مسیر انتقال نور عمل کرده و قسمت اصلی سنجش در بخش تقویتکننده (آمپلیفایر) انجام میشود.
فیبر نوری در واقع یک رشته باریک و انعطافپذیر از جنس شیشه یا پلاستیک است که میتواند نور را از یک نقطه به نقطه دیگر منتقل کند. همین ویژگی باعث میشود سنسور فیبر نوری بتواند در شرایطی که دسترسی سخت یا محیط نامناسب است، به راحتی مورد استفاده قرار گیرد.
نمای شماتیک سنسور فیبر نوری
نحوه عملکرد سنسور فیبر نوری
عملکرد این سنسورها بر اساس اصول انتقال نور در فیبر نوری است. منبع نوری، پرتو نور را به داخل فیبر ارسال میکند. این نور در طول فیبر حرکت کرده و به بخش سنسور یا جسم هدف میرسد. بازتاب یا تغییر نور توسط گیرنده دریافت و به سیگنال الکتریکی تبدیل میشود و سیگنال نهایی توسط تقویتکننده پردازش و به سیستم کنترلی منتقل میگردد.
در خطوط تولید شیشه، سنسور فیبر نوری میتواند وجود یا عدم وجود بطریهای شیشهای را حتی در دمای بسیار بالا تشخیص دهد، جایی که سنسورهای معمولی به سرعت آسیب میبینند.
انواع سنسور فیبر نوری
سنسور فیبر نوری یکطرفه (Through-Beam)
دارای یک فرستنده و یک گیرنده جداگانه می باشد که جسم با عبور از بین آنها باعث قطع پرتو میشود. این نوع سنسور دارای دقت و حساسیت بالا می باشد و برای شمارش قطعات در خطوط تولید سریع کاربرد دارد.
سنسور فیبر نوری بازتابی (Reflective)
فرستنده و گیرنده در یک سمت قرار دارند. نور پس از برخورد به جسم به گیرنده بازتاب میشود. این سنسور آسان نصب می شود و در تشخیص وجود جسم روی نوار نقاله مورد استفاده قرار می گیرد.
سنسور فیبر نوری پراکندگی (Diffuse)
نور پس از برخورد به جسم در جهات مختلف پراکنده میشود. در این نوع سنسور گیرنده بخشی از این نور را دریافت میکند. این سنسور قابلیت تشخیص اجسام با سطوح مختلف را دارد و برای تشخیص رنگ یا سطح مواد کاربرد دارد.
سنسور فیبر نوری مقاوم به حرارت
ساخته شده با فیبرهای مخصوص مقاوم به دمای بالا می باشد و در کورههای صنعتی یا خطوط ذوب فلز کاربرد دارد.
مزایای سنسور فیبر نوری
- ابعاد کوچک و انعطافپذیری بالا: قابلیت نصب در فضاهای بسیار محدود.
- مقاومت در برابر شرایط سخت: عملکرد مطمئن در محیطهای با دما یا فشار بالا.
- ایمنی الکتریکی: انتقال سیگنال بدون ایجاد نویز یا تداخل الکترومغناطیسی.
- دقت بالا: مناسب برای کاربردهای حساس و دقیق.
- قابلیت انتقال سیگنال در فواصل طولانی: برخلاف سنسورهای معمولی که محدودیت دارند.
معایب و محدودیتها
- نیاز به تقویتکننده خارجی (آمپلیفایر).
- هزینه بالاتر نسبت به سنسورهای معمولی.
- حساسیت بیشتر به خم شدن شدید فیبر یا آسیب مکانیکی.
کاربردهای سنسور فیبر نوری در صنایع
در صنعت الکترونیک برای تشخیص وجود قطعات کوچک روی بردهای مدار چاپی (PCB) و برای کنترل موقعیت دقیق تراشهها استفاده می شود.
در صنعت شیشه و سرامیک برای تشخیص محصولات در دماهای بسیار بالا و برای شمارش و کنترل کیفیت بطریهای شیشهای استفاده می شود.
در صنایع غذایی و بستهبندی برای شمارش بستهها در خطوط تولید پرسرعت و تشخیص وجود یا عدم وجود لیبل روی محصولات کاربرد دارد.
در صنایع خودروسازی کنترل موقعیت قطعات فلزی کوچک و برای اطمینان از قرارگیری صحیح اجزا در فرآیند مونتاژ استفاده می شود.
در صنایع پزشکی و دارویی جهت استفاده در تجهیزات پزشکی حساس و تشخیص بطریها یا ویالهای دارویی در خطوط پرکن کاربرد دارد.
نکات مهم در انتخاب سنسور فیبر نوری
- نوع کاربرد: تشخیص وجود جسم، شمارش، اندازهگیری یا تشخیص رنگ.
- طول فیبر موردنیاز: برای محیطهایی با فاصله زیاد.
- شرایط محیطی: دما، فشار، رطوبت و وجود گردوغبار.
- نوع خروجی سنسور: NPN، PNP یا رلهای.
- دقت و سرعت پاسخ: متناسب با نیاز خط تولید.
آینده سنسورهای فیبر نوری چگونه است؟
سنسورهای فیبر نوری در حال حرکت به سمت هوشمندسازی هستند. نسلهای جدید این سنسورها با ویژگیهایی مثل:
- اتصال به شبکههای صنعتی (Ethernet و IO-Link).
- قابلیت تنظیم خودکار حساسیت.
- مقاومت بیشتر در برابر ضربه و شرایط محیطی سخت.
این ویژگیها باعث میشود که سنسورهای فیبر نوری در آینده بیش از پیش در صنایع مختلف جایگاه ویژهای پیدا کنند.
انواع سنسور فیبر نوری
مقایسه سنسور فیبر نوری با سایر سنسورها
در مقایسه با سنسور نوری معمولی: قابلیت نصب در فضاهای کوچک و مقاومت در شرایط سخت را دارد.
در مقایسه با سنسور مجاورتی: دقت بالاتر و امکان تشخیص در فاصلههای طولانیتر را دارد.
در مقایسه با سنسور التراسونیک: عدم تأثیرپذیری از نویزهای صوتی یا شرایط محیطی خاص را دارا می باشد.
جمع بندی
سنسور فیبر نوری یک ابزار پیشرفته و کاربردی در اتوماسیون صنعتی است که با استفاده از فیبرهای نوری، امکان تشخیص اجسام، شمارش، اندازهگیری و کنترل فرآیندها را فراهم میکند. این سنسورها به دلیل انعطافپذیری بالا، مقاومت در شرایط سخت و دقت زیاد، جایگزین بسیاری از سنسورهای سنتی شدهاند.
اگر به دنبال سنسوری هستید که بتواند در محیطهای خاص و شرایط دشوار عملکرد مطمئن داشته باشد، سنسور فیبر نوری بهترین انتخاب است. این تجهیزات نه تنها باعث افزایش دقت و کیفیت در خطوط تولید میشوند، بلکه ایمنی و بهرهوری بیشتری را نیز به همراه دارند.