Grundlagen und Anwendungen optischer Sensoren

Einweglichtschranken

Das System besteht aus zwei separaten Komponenten, der Sender und der Empfänger sind gegenüberliegend angeordnet. Der Sender projiziert einen Lichtstrahl auf den Empfänger. Eine Unterbrechung des Lichtstrahls wird vom Empfänger als Schaltsignal interpretiert. Es ist unerheblich, wo die Unterbrechung auftritt.

Vorteil: Es können große Reichweiten erreicht werden und die Erkennung ist unabhängig von der Oberflächenstruktur, Farbe oder Reflektivität des Objekts.

Um eine hohe Betriebssicherheit zu gewährleisten, muss sichergestellt sein, dass das Objekt groß genug ist, um den Lichtstrahl vollständig zu unterbrechen.

Retroreflektierende Sensoren

Sender und Empfänger befinden sich im selben Haus, durch einen Reflektor wird der ausgesendete Lichtstrahl zurück zum Empfänger gelenkt. Eine Unterbrechung des Lichtstrahls löst einen Schaltvorgang aus. Wo die Unterbrechung auftritt, spielt keine Rolle.

Vorteil: Reflexionslichtschranken ermöglichen große Schaltabstände mit Schaltpunkten, die bei geringem Montageaufwand exakt reproduzierbar sind. Alle Objekte, die den Lichtstrahl unterbrechen, werden unabhängig von ihrer Oberflächenstruktur oder Farbe genau erkannt.

Diffuse Reflexionssensoren

Sender und Empfänger befinden sich in einem Gehäuse. Das durchgelassene Licht wird vom zu detektierenden Objekt reflektiert.

Vorteil: Als Schaltbedingung dient die Streulichtstärke am Empfänger. Unabhängig von der Empfindlichkeitseinstellung reflektiert der hintere Teil immer besser als der vordere Teil. Dies führt in der Folge zu fehlerhaften Schaltvorgängen.

Verschiedene Lichtquellen für optische Sensoren

Es gibt viele Arten von Lichtquellen. Die Sonne und das Licht brennender Fackelflammen waren die ersten Lichtquellen, die zum Studium der Optik verwendet wurden. Tatsächlich liefert Licht von bestimmten (ausgestoßenen) Stoffen (z. B. Jod-, Chlor- und Quecksilberionen) immer noch die Bezugspunkte im optischen Spektrum. Eine der Schlüsselkomponenten in der optischen Kommunikation ist die monochromatische Lichtquelle. In der optischen Kommunikation müssen Lichtquellen monochromatisch, kompakt und langlebig sein. Hier sind zwei verschiedene Arten von Lichtquellen.

1. LED (Leuchtdiode)

Bei der Rekombination von Elektronen mit Löchern an den Übergängen von n-dotierten und p-dotierten Halbleitern wird Energie in Form von Licht freigesetzt. Die Anregung erfolgt durch Anlegen einer externen Spannung und die Rekombination kann stattfinden, oder es kann als weiteres Photon angeregt werden. Dies erleichtert die Kopplung des LED-Lichts mit einem optischen Gerät.

2. LASER (Lichtverstärkung durch stimulierte Emission)

Ein Laser entsteht, wenn die Elektronen in den Atomen in speziellen Gläsern, Kristallen oder Gasen Energie aus einem elektrischen Strom aufnehmen, werden sie angeregt. Die angeregten Elektronen bewegen sich von einer energieärmeren Bahn in eine energiereichere Bahn um den Atomkern. Wenn sie in ihren Normal- oder Grundzustand zurückkehren, führt dies dazu, dass die Elektronen Photonen (Lichtteilchen) emittieren. Diese Photonen haben alle dieselbe Wellenlänge und sind kohärent. Das gewöhnliche sichtbare Licht umfasst mehrere Wellenlängen und ist nicht kohärent.

Anwendungen optischer Sensoren

Die Anwendung dieser optischen Sensoren reicht von Computern bis hin zu Bewegungsmeldern. Damit optische Sensoren effektiv arbeiten, müssen sie den richtigen Typ für die Anwendung haben, damit sie ihre Empfindlichkeit gegenüber der von ihnen gemessenen Eigenschaft beibehalten. Optische Sensoren sind integraler Bestandteil vieler gängiger Geräte, darunter Computer, Kopierer (Xerox) und Beleuchtungskörper, die sich im Dunkeln automatisch einschalten. Zu den gängigen Anwendungen gehören Alarmsysteme, Synchros für Fotoblitze und Systeme, die das Vorhandensein von Objekten erkennen können.

Umgebungslichtsensoren

meistens haben wir diesen Sensor auf unseren Mobiltelefonen gesehen. Es verlängert die Akkulaufzeit und ermöglicht gut ablesbare Displays, die für die Umgebung optimiert sind.

Biomedizinische Anwendungen

optische Sensoren haben robuste Anwendungen im biomedizinischen Bereich. Einige der Beispiele Atemanalyse mit abstimmbarem Diodenlaser, Optische Herzfrequenzmesser Ein optischer Herzfrequenzmesser misst Ihre Herzfrequenz mit Licht. Eine LED durchleuchtet die Haut und ein optischer Sensor untersucht das zurückreflektierte Licht. Da Blut mehr Licht absorbiert, können Lichtschwankungen in die Herzfrequenz übersetzt werden. Dieser Vorgang wird als Photoplethysmographie bezeichnet.

Optische sensorbasierte Füllstandsanzeige

Der optische sensorbasierte Füllstandsanzeiger besteht aus zwei Hauptteilen, einer Infrarot-LED, die mit einem Lichttransistor gekoppelt ist, und einer transparenten Prismenspitze an der Vorderseite. Die LED projiziert ein Infrarotlicht nach außen, wenn die Sensorspitze von Luft umgeben ist, reagiert das Licht, indem es innerhalb der Spitze zurückprallt, bevor es zum Transistor zurückkehrt. Wenn der Sensor in Flüssigkeit getaucht wird, verteilt sich das Licht überall und weniger wird zum Transistor zurückgeführt. Die Menge des vom Transistor reflektierten Lichts beeinflusst die Ausgangspegel, wodurch die Grenzstandserfassung möglich wird

Haben Sie die grundlegenden Informationen zu einem optischen Sensor? Wir erkennen an, dass die oben genannten Informationen die Grundlagen des optischen Sensorkonzepts mit zugehörigen Bildern und verschiedenen Echtzeitanwendungen verdeutlichen. Darüber hinaus können Sie bei Zweifeln bezüglich dieses Konzepts oder zur Umsetzung sensorbasierter Projekte Ihre Vorschläge und Kommentare zu diesem Artikel in den Kommentarbereich unten schreiben. Hier ist eine Frage an Sie, was sind die verschiedenen Lichtquellen eines optischen Sensors?