Fundamentos y aplicaciones de los sensores ópticos

Un sensor óptico convierte los rayos de luz en una señal electrónica. El propósito de un sensor óptico es medir una cantidad física de luz y, según el tipo de sensor, traducirla a una forma legible por un dispositivo de medición integrado. Los sensores ópticos se utilizan para la detección, el conteo o el posicionamiento de piezas sin contacto. Los sensores ópticos pueden ser internos o externos. Los sensores externos recolectan y transmiten una cantidad requerida de luz, mientras que los sensores internos se usan con mayor frecuencia para medir giros y otros pequeños cambios de dirección.

Los posibles valores medidos por diferentes sensores ópticos son temperatura, velocidad, nivel de líquido, presión, desplazamiento (posición), vibraciones, especies químicas, fuerza de radiación, valor de pH, tensión, campo acústico y campo eléctrico.

Tipos de sensores ópticos

Hay diferentes tipos de sensores ópticos, los tipos más comunes que usamos en nuestras aplicaciones reales, como se muestra a continuación.

• Dispositivos fotoconductores utilizados para medir la resistencia convirtiendo un cambio en la luz incidente en un cambio en la resistencia.
• La celda fotovoltaica (célula solar) convierte una cantidad de luz incidente en un voltaje de salida.
• Los fotodiodos convierten una cantidad de luz incidente en una corriente de salida.

Los fototransistores son un tipo de transistor bipolar donde la unión base-colector está expuesta a la luz. Esto da como resultado el mismo comportamiento de un fotodiodo, pero con una ganancia interna.

El principio de funcionamiento es la transmisión y recepción de luz en un sensor óptico, el objeto a detectar refleja o interrumpe un haz de luz emitido por un diodo emisor de luz. Según el tipo de dispositivo, se evalúa la interrupción o la reflexión del haz de luz. Esto permite detectar objetos independientemente del material del que estén hechos (madera, metal, plástico u otro). Los dispositivos especiales permiten incluso la detección de objetos transparentes o de diferentes colores o variaciones en el contraste. Diferentes tipos de sensores ópticos como se explica a continuación.

Sensores de presa

El sistema consta de dos componentes separados, el transmisor y el receptor se colocan uno frente al otro. El transmisor proyecta un haz de luz sobre el receptor. El receptor interpreta una interrupción del haz de luz como una señal de conmutación. No importa dónde ocurra la interrupción.

Ventaja: Se pueden lograr grandes distancias operativas y el reconocimiento es independiente de la estructura, el color o la reflectividad de la superficie del objeto.

Para garantizar una alta seguridad operativa, se debe garantizar que el objeto sea lo suficientemente grande como para interrumpir completamente el haz de luz.

Sensores retrorreflectantes

El transmisor y el receptor están ambos en la misma casa, a través de un reflector el haz de luz emitido se dirige al receptor. Una interrupción del haz de luz desencadena una operación de conmutación. No importa dónde ocurra la interrupción.

Ventaja: Los sensores reflectantes permiten grandes distancias operativas con puntos de conmutación, que son exactamente reproducibles y requieren poco esfuerzo de montaje. Todos los objetos que interrumpen el haz de luz se detectan con precisión, independientemente de la estructura o el color de su superficie.

Sensores de reflexión directa

El transmisor y el receptor están en una carcasa. La luz transmitida es reflejada por el objeto a detectar.

Ventaja: La intensidad de la luz transmitida al receptor sirve como condición de conmutación. Independientemente de la configuración de sensibilidad, la parte trasera siempre refleja mejor que la parte delantera. Esto conduce a la consecuencia de operaciones de conmutación erróneas.

Diferentes fuentes de luz para sensores ópticos

Hay muchos tipos de fuentes de luz. El sol y la luz de las llamas de las antorchas encendidas fueron las primeras fuentes de luz utilizadas para estudiar la óptica. De hecho, la luz de ciertos materiales (expresados) (p. ej., iones de yodo, cloro y mercurio) siempre proporcionan los puntos de referencia en el espectro óptico. Uno de los componentes clave en la comunicación óptica es la fuente de luz monocromática. En las comunicaciones ópticas, las fuentes de luz deben ser monocromáticas, compactas y duraderas. Aquí hay dos tipos diferentes de fuentes de luz.

1. LED (diodo emisor de luz)

Durante el proceso de recombinación de electrones con huecos en las uniones de semiconductores dopados con n y p, se libera energía en forma de luz. La excitación se produce mediante la aplicación de un voltaje externo y puede producirse una recombinación, o puede estimularse como otro fotón. Esto facilita el acoplamiento de la luz LED con un dispositivo óptico.

2. LÁSER (amplificación de luz por radiación de emisión estimulada)

Se crea un láser, cuando los electrones de los átomos en vidrios, cristales o gases especiales absorben energía de una corriente eléctrica, se excitan. Los electrones excitados se mueven desde una órbita de menor energía a una órbita de mayor energía alrededor del núcleo del átomo. Cuando vuelven a su estado normal o fundamental, los electrones emiten fotones (partículas de luz). Estos fotones están todos en la misma longitud de onda y son coherentes. La luz visible ordinaria comprende varias longitudes de onda y no es coherente.

Aplicaciones de los sensores ópticos

La aplicación de estos sensores ópticos va desde computadoras hasta detectores de movimiento. Para que los sensores ópticos funcionen de manera efectiva, deben ser del tipo correcto para la aplicación, de modo que mantengan la sensibilidad a la propiedad que están midiendo. Los sensores ópticos son una parte integral de muchos dispositivos comunes, incluidas computadoras, fotocopiadoras (xerox) y luces que se encienden automáticamente en la oscuridad. Y algunas de las aplicaciones comunes incluyen sistemas de alarma, sincronizadores para flashes fotográficos y sistemas capaces de detectar la presencia de objetos.

Sensores de luz ambiental

principalmente vimos este sensor en nuestros teléfonos móviles. Extenderá la vida útil de la batería y habilitará pantallas fáciles de ver que están optimizadas para el medio ambiente.

Aplicaciones biomédicas

Los sensores ópticos tienen aplicaciones robustas en el campo biomédico. Algunos ejemplos Análisis de la respiración usando un láser de diodo sintonizable, monitores ópticos de frecuencia cardíaca Un monitor óptico de frecuencia cardíaca mide su frecuencia cardíaca usando luz. Un LED brilla a través de la piel y un sensor óptico examina la luz reflejada. Dado que la sangre absorbe más luz, las fluctuaciones en el nivel de luz se pueden traducir en frecuencia cardíaca. Este proceso se llama fotopletismografía.

Indicador de nivel de líquido basado en un sensor óptico

El indicador de nivel de líquido basado en un sensor óptico consta de dos partes principales, un LED infrarrojo acoplado a un transistor de luz y una punta de prisma transparente en el frente. El LED proyecta luz infrarroja hacia afuera, cuando la punta del sensor está rodeada de aire, la luz reacciona rebotando alrededor de la punta antes de regresar al transistor. Cuando el sensor se sumerge en líquido, la luz se dispersa por todas partes y menos es enviado de vuelta al transistor. La cantidad de luz reflejada de regreso al transistor afecta los niveles de salida, lo que hace posible la detección de nivel de punto

¿Tienes la información básica de un sensor óptico? Reconocemos que la información anterior aclara los conceptos básicos del concepto de sensor óptico con imágenes relacionadas y varias aplicaciones en tiempo real. Además, si tiene dudas sobre este concepto o para implementar proyectos basados ​​en sensores, envíe sus sugerencias y comentarios sobre este artículo que puede escribir en la sección de comentarios a continuación. Aquí hay una pregunta para usted, ¿cuáles son las diferentes fuentes de luz de un sensor óptico?