Оптосенс — оптоэлектронные датчики и сенсоры¶

Оптосенс — обобщающее название класса оптоэлектронных датчиков (сенсоров), принцип действия которых основан на преобразовании оптического сигнала в электрический. Термин образован от сочетания «опто-» (свет) и «сенс» (чувствительный элемент) и применяется как к отдельным устройствам, так и к целым семействам промышленных датчиков, выпускаемых различными производителями. Оптосенсоры регистрируют изменение интенсивности, фазы, поляризации или времени распространения света и на основе этого определяют наличие объекта, его положение, расстояние, цвет, прозрачность или химический состав среды.

¶Принцип действия

В основе работы оптосенсора лежит оптоэлектронное преобразование. Типовая схема включает три элемента:

• излучатель — светодиод, лазерный диод или инфракрасный источник;
• оптический канал — свободное пространство, световод или волокно, через которое проходит излучение;
• фотоприёмник — фотодиод, фототранзистор, фоторезистор или ПЗС-матрица.

Излучатель формирует световой поток, который либо прерывается объектом, либо отражается от него, либо модулируется средой. Фотоприёмник фиксирует изменение параметров потока и преобразует его в электрический сигнал, который далее обрабатывается электронной схемой. Порог срабатывания задаётся заранее, что позволяет получать дискретный («есть объект / нет объекта») или аналоговый (пропорциональный измеряемой величине) выход.

¶Классификация

Оптосенсоры различают по нескольким признакам.

¶По способу взаимодействия с объектом

• Диффузные (отражательные) — улавливают свет, отражённый от поверхности объекта.
• Барьерные — излучатель и приёмник разнесены, срабатывание происходит при прерывании луча.
• Рефлекторные — луч отражается от специального отражателя (рефлектора).
• Щелевые — объект проходит через зазор между излучателем и приёмником.

¶По типу излучения

• инфракрасные;
• видимого диапазона;
• лазерные (в том числе с формированием пучка для точного позиционирования).

¶По конструкции

• корпусные датчики для промышленной автоматизации;
• волоконно-оптические датчики;
• интегральные оптопары и оптроны;
• матричные и линейные сенсоры (в сканерах, камерах).

¶Основные характеристики

Ключевые параметры, по которым подбирают оптосенсор:

Важными характеристиками также являются помехозащищённость, устойчивость к запылению и загрязнению оптики, наличие регулировки чувствительности.

¶Применение

Оптосенсоры широко используются в промышленности и быту.

• Автоматизация производства — подсчёт деталей на конвейере, контроль положения механизмов, обнаружение заготовок.
• Робототехника — системы навигации, огибание препятствий, захват объектов.
• Транспорт — датчики присутствия, контроль створок, системы парковки.
• Бытовая техника — сенсорные кнопки, автоматические смесители, дозаторы.
• Медицина — пульсоксиметрия, оптические анализаторы крови.
• Научные измерения — спектрометрия, интерферометрия, волоконно-оптические линии связи.

В России оптоэлектронные датчики выпускают ряд предприятий приборостроения и электронной промышленности; значительная часть продукции применяется в системах автоматики, энергетике и на транспорте.

¶Преимущества и ограничения

К достоинствам оптосенсоров относят:

• бесконтактное измерение, отсутствие механического износа;
• высокое быстродействие;
• широкий диапазон измеряемых величин;
• гальваническую развязку между излучателем и приёмником.

Ограничения связаны с чувствительностью оптики к загрязнению, зависимостью от оптических свойств поверхности объекта (цвет, блеск, прозрачность), а также с влиянием внешней засветки и помех.

¶Источники

• Справочники по оптоэлектронике и датчикам автоматизации.
• Технические каталоги производителей промышленных датчиков.
• Учебные пособия по измерительной технике и сенсорике.