Принцип работы датчика оптического: Принцип работы оптического датчика — RC74 — интернет-магазин радиоуправляемых моделей

Содержание

Принцип работы оптического датчика

Задача определения наличия объекта, несмотря на кажущуюся простоту решения, до сих пор остаётся важной и зачастую нетривиальной для многих отраслей промышленности. На малых расстояниях с этим справляются бесконтактные индуктивные и емкостные датчики, а также различные варианты контактных выключателей. Однако нередки случаи, когда задача требует обнаружить объект на больших дистанциях – до нескольких десятков метров. В этом случае на помощь приходит ещё один вид бесконтактных датчиков – оптические датчики.

Оптические датчики, также называемые оптоэлектронными или фотоэлектрическими – совокупное название огромного класса устройств, которые объединены общим принципом работы и основными элементами конструкции. В зависимости от задачи те или иные элементы конструкции, а также габариты датчика могут различаться кардинально – от крохотного цилиндра диаметром не более миллиметра до громоздких и тяжелых устройств, способных работать на дистанциях более ста метров.

В общем случае каждый оптоэлектронный датчик состоит из двух основных компонентов – излучателя и приёмника. В свою очередь, излучатель обычно включает в себя:

— излучатель (светодиод, лазер, либо иной вариант)
— генератор
— настроечный элемент (потенциометр/кнопка/винт)
— индикатор работы

Приёмник же является более сложным устройством и включает:

— фотодиод
— демодулятор
— триггер Шмитта
— электронный элемент переключения
— настроечный элемент (потенциометр/кнопка/винт)
— индикаторы работы и срабатывания

В отдельных случаях приёмник датчика может также включать в себя таймер, обеспечивающий возможность настройки задержки срабатывания, либо более сложные варианты электроники, например, счётчик, который вызывает переключение выходного сигнала датчика только после последовательного обнаружения определенного количества объектов.

Также весьма распространена функция индикации стабильности сигнала, которая позволяет определить нестабильный уровень освещённости приёмника, например, в случае, когда объект находится на границе зоны чувствительности.

Принцип действия оптических датчиков в общем случае сводится к реакции фотодиода приёмника на свет от излучателя, что вызывает при достижении определенной интенсивности освещения срабатывание триггера приёмника и переключение выходного сигнала. В основном применяются светодиодные либо лазерные источники света красного спектра, что обеспечивает устойчивость датчика к помехам. Кроме того, точная настройка электроники датчика на работу с определенной длиной волны света позволяет существенно снизить влияние посторонних засветок на стабильность срабатывания.

По конструкции оптические датчики можно подразделить на одно- и двухкомпонентные. Приёмник и излучатель однокомпонентного датчика размещены в едином корпусе, в то время как для двухкомпонентных датчиков эти элементы разнесены по разным корпусам. Основных типов же датчиков три:

барьерные или однонаправленные – изготавливаются по двухкомпонентной схеме и срабатывают на пересечение объектом луча, который проходит от отдельно стоящего излучателя к приёмнику. Для датчиков такого типа характерна наибольшая среди данного класса устройств дальность действия, которая может достигать более 100 метров, а также высокая надёжность срабатывания в силу простоты принципа действия. Помимо прочего, данные датчики в отдельных случаях способны работать в средах с высоким уровнем загрязнённости.

рефлекторные или отражательные – имеют однокомпонентную схему и работают на отражение луча излучателя от установленного отдельно отражателя. Зачастую подобные датчики применяются в системах конвейеров для подсчёта объектов. Как и барьерные, рефлекторные датчики срабатывают на пересечение луча. В случае, если существует возможность появления в зоне действия датчика объекта, поверхность которого имеет сильную отражающую способность (металлическая, зеркальная), датчики оснащаются поляризационным фильтром, который препятствует срабатыванию датчика на отраженный от объекта свет, поскольку в таком случае направление волны света отличается от отраженного от рефлектора.

диффузные – также изготавливаются по однокомпонентной схеме и предназначены для непосредственного определения наличия объекта посредством приёма рассеянного отраженного от объекта света излучателя. Данные датчики отличаются наименьшей дальностью действия среди всех оптических датчиков, которая составляет обычно не более 2 метров. Кроме того, они чувствительны к отражающей способности поверхности объекта, поэтому их применимость для контроля наличия объектов разного цвета и/или с более или менее зеркальной поверхностью ограничена. Для повышения надёжности датчики оснащаются функцией подавления внешней засветки, а также большинство из них имеют возможность точной подстройки как при помощи потенциометра, так и посредством электронной калибровки по кнопке или внешнему сигналу. Также данная категория датчиков нередко имеет функцию подавления заднего фона, которая позволяет срабатывать только на объекты, находящиеся на определенном расстоянии от датчика, несмотря на возможное наличие объектов в пределах зоны действия датчика, но дальше искомого объекта.

На выходе оптического датчика обычно находится стандартный транзистор PNP/NPN. В отличие от иных датчиков дискретного типа, имеющих стандартное обозначение выхода как НО (нормально открытый) либо НЗ (нормально закрытый) контакт, для оптических датчиков введены специальные обозначения:

Light ON – переключение происходит при наличии попадающего на фотодиод света от излучателя
Dark ON – переключение происходит при прерывании луча, т. е. при отсутствии попадающего на фотодиод света

В зависимости от типа датчика меняется и соответствие его выхода классической классификации НО/НЗ:

Тип	Срабатывание на свет (Light ON)	Срабатывание на отсутствие света (Dark ON)
Барьерный	НЗ	НО
Рефлекторный	НЗ	НО
Диффузный	НО	НЗ

По всем вопросам обращайтесь по телефонам или e-mail.

вернуться к началу

Принцип работы оптического датчика Принцип работы и устройство оптических датчиков

2020-06-02

назад к новостям следующая новость

Оптические датчики положения — Элементы автоматики — Каталог статей

Оптические бесконтактные датчики положения широко применяются для контроля положения и перемещения объектов или частей технологических установок. Принцип действия оптических датчиков положения основан на измерении степени ослабления оптического луча, прошедшего путь от излучателя до приемника, являющихся частями датчика. Для повышения помехозащищенности и снижения влияния внешних источников освещения в оптических датчиках положения обычно используется модулированное излучение -луч излучателя датчика пульсирует с частотой от 5 до 30 кГц. Излучатель датчика состоит из излучающего светодиода и питающего его генератора последовательности импульсов. В датчиках применяют светодиоды, которые испускают импульсы света в спектре от видимого зеленого света до невидимого инфракрасного излучения в зависимости от сферы применения датчика. Излучатель, кроме того, может иметь регулировки интенсивности излучения и индикатор работы. Приемник состоит из фотодетектора (фотодиода), демодулятора, порогового устройства (триггера) и выходных цепей (PNP или NPN транзистор с открытым коллектором, реле, аналоговый выход NAMUR, IO-link и др.). При необходимости приемник оснащается регулятором чувствительности и индикатором работы.

Оптические датчики положения относятся к фотоэлектрическим датчикам, так как принцип их действия основан на обнаружении световых сигналов. Когда луч света от датчика достигает объекта контроля возникают такие явления как передача света, отражение и поглощение света. То, какое явление преобладает в этом случае зависит от взаимного расположения излучателя и приемника, размеров объекта, его материала, толщины, цвета и шероховатости поверхности. В зависимости от того, на каком оптическом явлении основан принцип обнаружения объектов, оптические датчики положения делятся на три типа:

тип T– датчики с приемом прямого луча от излучателя;
тип R– рефлекторные датчики с приемом луча, возвращенного от отражателя;
тип D– диффузионные датчики с приемом луча, рассеянно отраженного от объекта контроля.

Датчики Т-типа имеют так называемую разнесенную оптику – излучатель и приемник располагаются друг напротив друга на некотором расстоянии. При прохождении объекта между излучателем и приемником оптический луч прерывается и приемник датчика формирует выходной сигнал, сигнализируя о наличии объекта в зоне контроля. Датчики данного типа часто называют барьерными или датчиками с пересечения луча. Приемник и излучатель должны быть из одного комплекта от одного производителя.

Датчики Т-типа удобны для контроля непрозрачных или хорошо отражающих объектов, но могут давать неудовлетворительные результаты при обнаружении прозрачных объектов. Так как излучатель и приемник в датчиках данного типа конструктивно выполнены в разных корпусах, что позволяет установить максимальный коэффициент усиления, то их можно использовать в условиях высокой загрязненности рабочей среды. Максимальное расстояние между излучателем и приемником, так называемая зона срабатывания, может достигать 350 м.

Зона срабатывания оптических датчиков это диапазон допустимых расстояний от датчика до объекта контроля, на которых осуществляется его обнаружение. Зона срабатывания зависит от взаимного расположения излучателя и приемника, коэффициента усиления, принципов распределения светового луча и диаметра светового пятна, так как приемник датчика срабатывает только при попадании объекта в зону светового пятна. У оптических датчиков Т-типа отсутствует так называемая «слепая» зона, поэтому зона срабатывания равна расстоянию между излучателем и приемником. Размер эффективного светового луча датчика Т-типа равен диаметру линзы излучателя и приемника. Поэтому минимальный размер объекта контроля должен быть больше диаметра линзы датчика.

В датчиках R-типа приемник и излучатель расположены в одном корпусе. Датчики данного типа для своей работы требуют установки специального рефлектора-отражателя. У датчиков положения данного типа излучатель и приемник располагаются в одном корпусе и «смотрят» в одну сторону – в сторону установленного точно напротив датчика на определенном расстоянии специального отражателя. Луч от излучателя проходит двойное расстояние: от излучателя до отражателя и в обратную сторону — от отражателя до приемника. Если на пути луча возникает объект, приемник формирует выходной сигнал. Обратная логика работы датчика может быть реализована путем установки отражателя на объекте, перемещение которого контролируется датчиком. Датчики данного типа еще называют рефлекторными. Рефлекторы, которые еще называют отражателями, катафотами или мишенями, приобретаются отдельно от датчиков. Рефлекторы могут иметь различную форму и размеры. Диапазон измерений рефлекторных датчиков положения обычно указывается при использовании конкретной модели отражателя.

Зона срабатывания рефлекторных датчиков (расстояние от линзы излучателя до рефлектора) может достигать 55 м. Размеры контролируемого объекта должны быть больше размеров применяемого рефлектора.

Рефлекторные датчики могут нестабильно работать при обнаружении блестящих объектов, отражающих световой луч датчика от своей поверхности, из-за чего датчик не сможет определить от чего произошло отражение: от рефлектора или объекта. Для обнаружения хорошо отражающих предметов используют рефлекторные датчики с поляризационными фильтрами и специальными угловыми кубическими рефлекторами, изменяющими плоскость поляризации светового луча на 90°. Поляризационные фильтры размещаются перед линзой излучателя и приемника и пропускают только поляризованный в одной плоскости световой пучок. Излученный излучателем пучок света поляризуется в вертикальной плоскости. Световой луч, отраженный от рефлектора имеет измененную на 90° плоскость поляризации — луч становиться горизонтально поляризованным. Поэтому он без проблем проходит через горизонтальный поляризационный фильтр приемника. Если же луч отражается от блестящего объекта, то его вертикальная поляризация не меняется и он блокируется горизонтальным поляризационным фильтром приемника и датчик обнаруживает этот объект.

При работе с поляризованными рефлекторными датчиками положения не рекомендуется использовать в качестве рефлектора отражающие наклейки – необходимо использовать специальные угловые кубические рефлекторы.

Некоторые модели рефлекторных датчиков способны обнаруживать стеклянные предметы, так как очень чувствительны даже к небольшой разнице между излученным и принятым световым сигналом.

Датчики D-типа по конструкции и принципу действия схожи с датчиками R-типа, но отражателем в данном случае является сам контролируемый объект. Еще одним отличием от датчиков R-типа является то, что при отсутствии объекта оптический тракт оказывается разомкнутым — луч от излучателя попадает в приемник лишь при наличии объекта перед датчиком. Так как приемник датчика принимает рассеяно отраженный от объекта луч, то интенсивность этого луча сильно зависит от характеристик поверхности объекта и расстояния до объекта. Для разных материалов будут разные нормированные расстояния срабатывания. Для грубой корректировки расстояний срабатывания в зависимости от материала объекта нужно использовать корректирующие коэффициенты, указанные в руководстве по эксплуатации датчика, например:

Матовая белая поверхность — 1,0;
Серый ПВХ – 0,57;
Белый пластик – 0,7;
Черный пластик – 0,22;
Матовый алюминий — 1,2;
Полированная нержавеющая сталь – 2,3.

При выборе конкретной модели датчика D-типа особое внимание нужно уделить цвету и шероховатости поверхности объектов контроля. Если предполагается контролировать объекты темного цвета с шероховатой поверхностью необходимо выбирать датчики с возможностью регулировки чувствительности.

Разновидностью датчиков D-типа являются датчики с подавлением переднего фона, заднего фона и переднего и заднего фона одновременно. Датчики с подавлением фона предназначены для обнаружения предметов на строго определенном расстоянии. Оптические датчики с подавлением фона применяются, например, для обнаружение тонких объектов лежащих на конвейерной ленте, контроля наличия продукции в упаковке, небольшого отклонения уровня или плоскостности поверхности объекта, обнаружения объектов движущихся в несколько рядов – датчики с подавлением фона позволяют «разглядеть» объекты во втором ряду не реагируя на объекты в первом, ближнем к датчику ряду и наоборот.

Регулировка расстояния обнаружения в датчиках с подавлением фона осуществляется не путем изменения его чувствительности, а методом оптической триангуляции. В конструкции датчиков данного типа имеется внутренний датчик положения (PSD – position sensor detector), который определяет угол падения отраженного от объекта луча, а значит расстояние до него. Благодаря измерению угла отражения датчики D-типа с подавлением фона могут обнаруживать все объекты на заданном расстоянии не зависимо от их цвета.

Максимальное расстояние срабатывание датчиков D-типа редко превышает 4 м. Вблизи датчика существует некоторая «слепая» зона, размер которой зависит от конструкции датчика. Эффективный пучок света диффузионных датчиков равен размеру объекта контроля. Диффузионные датчики намного проще монтировать по сравнению с датчиками Т и R-типа так как при этом не требуется совмещения оптических осей излучатели и приемника или датчика и мишени. По этой же причине датчики D-типа наиболее устойчивое к вибрациям решение из числа оптических датчиков положения.

В сравнении с широко применяемыми в промышленности бесконтактными емкостными, индуктивными и ультразвуковыми датчиками положения, а также механическими концевыми выключателями оптические датчики положения имеют ряд преимуществ:

Бесконтактный метод контроля положения и перемещения объекта. Как следствие отсутствует механический износ, дребезг контактов и ложные срабатывания;
Зона срабатывания и обнаружения объекта от нескольких миллиметров до нескольких сотен метров в зависимости от типа датчика;
Высокая скорость отклика. Датчики положения оптического типа с успехом применяются на конвейерных лентах, где объекты движутся с высокой скоростью и плотностью размещения на ленте. Датчики данного типа могут применятся не только для контроля объектов, но и для счета этих объектов. Частота переключений может достигать 30 кГц;
Возможность обнаружения объектов очень малых размеров. Так как оптический луч оптических датчиков положения с помощью системы линз, диафрагм и оптоволоконных кабелей можно сфокусировать в очень тонкий пучок это позволяет контролировать наличие объектов очень небольших размеров;
Возможность обнаружения объектов из различных материалов. Если индуктивные и емкостные датчики накладывают определенные ограничения на такие характеристики контролируемого объекта как магнитные свойства и диэлектрическая проницаемость, то оптические датчики, при соответствующей настройке, с успехом обнаруживают объекты практически из любого материала. Оптические датчики положения используются в том числе и для обнаружения тонких и прозрачных объектов, таких как полиэтиленовая пленка. Обычно для этих целей используют датчики с видимым излучением красного цвета;
Возможность настройки расстояния срабатывания для выборочного контроля и счета объектов, движущихся перед датчиков в несколько рядов;
Наличие таймера срабатывания для подавления случайных оптических помех;
Возможность обнаружения объектов с очень высокой температурой, например, литья, поковок, проката и т.п;
Нечувствительность к магнитным полям, электростатическим помехам;
Нечувствительность к ионизирующему излучению и возможность установки в крайне стесненном пространстве (для оптоволоконных оптических датчиков положения).

К недостаткам оптических датчиков положения можно отнести:

Возможность ложных срабатываний при работе в условиях высокой запыленности, тумана, интенсивной внешней засветки, низких температур, сильной вибрации;

Невозможность обнаружения объекта через непрозрачную преграду или стенку резервуара или контейнера;
Трудоемкую процедуру совмещения оптических осей излучателя и приемника у датчиков T-типа при их монтаже, особенно если расстояние между ними превышает несколько десятков метров;
Необходимость настройки чувствительности датчика у датчиков D-типа, в зависимости от отражающей способности поверхности контролируемых объектов;
Постепенная деградация излучателя (светодиода) датчика из-за чего интенсивность его излучения постепенно падает и со временем может потребоваться подстройка чувствительности датчика;
Наличие слепых зон у датчиков D и R-типа. Слепой называется зона от активной поверхности оптического датчика до минимального расстояния его срабатывания. В слепой зоне объект не обнаруживается датчиком.

С помощью оптических датчиков положения можно не только контролировать положение объектов и вести их счет на высокой скорости, но и оценивать их геометрические размеры в одном или даже двух измерениях. Такая возможность осуществляется с помощью световых барьеров и световых решеток – множества фотоэлектрических датчиков объединенных в линейки с определенным шагом размещения датчиков в ней.

Благодаря своим высоким потребительским качествам, точности и высокой скорости обнаружения объектов, разнообразным конструктивным исполнениям и относительно невысокой стоимости, оптические датчики нашли широкое применение. Обилие различных аксессуаров и опций, таких как, подогрев оптики, оптоволоконные удлинительные кабели, поляризационные фильтры, аналоговые, цифровые и дискретные выходные сигналы, лазерный излучатель вместо светодиодного существенно расширяют сферу применения данных датчиков как по условиям эксплуатации так и по возможности их интеграции в существующую систему автоматизированного управления.

При подготовке публикации использованы информационные материалы компании Русавтоматизация.

Категория: Элементы автоматики | Просмотров: 9387

Оптические датчики | это… Что такое Оптические датчики?

Содержание

1 Определение
2 Строение оптических датчиков
3 Типы устройства и принцип действия оптических датчиков
4 Схема подключения оптических датчиков
5 Сфера применения
6 См. также
7 Примечания
8 Литература
9 Ссылки

Определение

Оптические датчики — небольшие по размерам электронные устройства, способные под воздействием электромагнитного излучения в видимом, инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах подавать единичный или совокупность сигналов на вход регистрирующей или управляющей системы. Оптические датчики реагируют на непрозрачные и полупрозрачные предметы, водяной пар, дым, аэрозоли.

Оптические датчики являются разновидностью бесконтактных датчиков, так как механический контакт между чувствительной областью датчика (сенсором) и воздействующим объектом отсутствует. Данное свойство оптических датчиков обуславливает их широкое применение в автоматических системах управления. Дальность действия оптических датчиков намного больше, чем у других типов бесконтактных датчиков.

Оптические датчики называют ещё оптическими бесконтактными выключателями, фотодатчиками, фотоэлектрическими датчиками.

Строение оптических датчиков

Излучатель датчика состоит из:

Корпус
Излучатель
Подстроечный элемент
Генератор
Индикатор

приёмник оптического датчика

Приёмник датчика состоит из:

Корпус
Фотодиод
Подстроечный элемент
Электронный ключ
Триггер
Демодулятор
Индикатор

Типы устройства и принцип действия оптических датчиков

По типу устройства оптические датчики делятся на моноблочные и двухблочные. В моноблочных излучатель и приёмник находятся в одном корпусе. У двухблочных датчиков источник излучения и приёмник оптического сигнала расположены в отдельных корпусах.

По принципу работы выделяют три группы оптических датчиков:

тип T — датчики барьерного типа (приём луча от отдельно стоящего излучателя)
тип R — датчики рефлекторного типа (приём луча, отражённого катафотом)
тип D — датчики диффузионного типа (приём луча, рассеянно отражённого объектом)

У датчиков барьерного типа излучатель и приёмник находятся в отдельных корпусах, которые устанавливаются друг напротив друга на одной оси. Дальность разнесения корпусов может достигать 100 метров. Предмет, попавший в активную зону оптического датчика, прерывает прохождение луча. Изменение фиксируется приёмником, появившийся сигнал после обработки подаётся на управляемое устройство.

Датчики рефлекторного типа содержат в одном корпусе и передатчик оптического сигнала, и его приёмник . Для отражения луча используется рефлектор (катафот). Датчики такого типа активно используются на конвейере для подсчёта количества продукции. Для обнаружения объектов с зеркальной, отражающей металлической поверхностью в датчиках рефлекторного типа используют поляризационный фильтр. Дальность действия датчиков рефлекторного типа может достигать 8 метров.

В датчиках диффузионного отражения источник оптического сигнала и его приёмник находятся в одном корпусе. Приёмник учитывает интенсивность луча, отражённого контролируемым объектом. Для точности срабатывания в датчиках данного типа может включаться функция подавления фона. Дальность действия зависит от отражательных свойств объекта, может быть определена с помощью поправочного коэффициента, и при использовании стандартной мишени может достигать 2 метров.

Оптические датчики имеют индикатор рабочего состояния и, как правило, регулятор чувствительности, который даёт возможность настроить срабатывание на объект, находящийся на неблагоприятном фоне.

Источником излучения в современных оптических датчиках являются светодиоды.

Схема подключения оптических датчиков

На выходе оптического датчика стоит транзистор PNP- или NPN-типа с открытым коллектором. Нагрузка подключается между выходом и, в зависимости от типа транзистора, общим минусовым или плюсовым проводом. Если в исходном состоянии нагрузка подключена, то выполняется функция размыкающего контакта и наоборот.

Сфера применения

Оптические датчики как составная часть автоматизированных систем управления широко применяются для определения наличия и количества предметов, присутствия на их поверхности наклеек, надписей, этикеток или меток, позиционирования и сортировки предметов. С помощью оптических датчиков можно контролировать расстояние, габариты, уровень, цвет и степень прозрачности. Их устанавливают в системы автоматического управления освещением, приборы дистанционного управления, используют в охранных системах.

См. также

Датчик
Оптика
Катафот

Примечания

Литература

Виглеб Г. Датчики. Устройство и применение. Москва. Издательство «Мир», 1989
Катыс Г. П. Библиотека по автоматике, вып. 6. Оптические датчики температуры. «Госэнергоиздат», 1959
Окоси Т. Волоконно-оптические датчики, 1990

Ссылки

Система опроса точечных датчиков

Точечные волоконно-оптические датчики на основе волоконных брэгговских решеток (FBG sensors — Fiber Bragg Grating sensors) предназначены для измерения различных физических величин, например, таких как температура, деформация, давление, угол наклона и других.

Принцип работы таких датчиков основан на регистрации сдвига центральной длины волны, записанной внутриволоконной периодической структуры показателя преломления, называемой волоконной брэгговской решеткой (ВБР). Отраженное излучение регистрируется анализатором сигналов волоконно-оптических датчиков, который является одновременно источником и приемником излучения.

Наиболее распространенным методом производства ВБР является метод индуцирования решеток с помощью фазовой маски и эксимерного ультрафиолетового лазера. Такое решение является наиболее простым и эффективным, так как позволяет исключить из схемы записи дорогостоящие виброизолирующие столы, развязанные фундаменты и основания, необходимые при многоимпульсной записи, и при этом получать решетки с требуемыми характеристиками.

Цилиндрическая линза фокусирует излучение по одной из осей для достижения требуемой плотности энергии. Излучение, проходя через фазовую маску, дифрагирует на +1 и -1 порядки. Интерференционная картина +1 и -1 порядков осуществляет запись решетки показателя преломления в сердцевине оптического волокна, закрепленного на расстоянии нескольких микрон от фазовой маски.

Несмотря на преимущества метода, он не лишен недостатков, и самые основные из них это:

Центральная длина волны отраженного компонента удовлетворяет соотношению Брэгга: λ_b = 2n_eff * Λ,

где n_eff — эффективный показатель преломления, а Λ — период решетки. Из-за зависимости параметров n_eff и Λ от температуры и деформации длина волны отраженной компоненты также будет изменяться в зависимости от температуры и деформации. Эта зависимость хорошо известна, что позволяет определить температуру или деформацию по отраженная длина волны ВБР.

Как упомянуто выше, для регистрации сдвига отраженной длины волны от волоконной брэгговской решетки требуется специальный прибор, называемый анализатором сигналов волоконно-оптических датчиков.

Анализатор сигналов волоконных датчиков представляет собой оптоэлектронный прибор, который позволяет считывать показания волоконно-оптических датчиков на основе ВБР в приложениях статического и динамического мониторинга.

Анализатор может измерять большую сеть датчиков, состоящую из различных типов датчиков (таких как датчики деформации, температуры, смещения, ускорения, наклона и т. д.), подключенных по нескольким волокнам, путем одновременного сбора данных и с разной частотой дискретизации.

Во время сбора данных опросчик измеряет длину волны, отраженную оптическими датчиками, а затем преобразует ее в инженерные единицы.

Реализовать такое устройство можно двумя методами:

Методом физического разделения поступающего излучения на спектральные составляющие;
Методом временного сканирования заданного диапазона длин волн.

При реализации средства опроса первым методом в качестве источника излучения используются широкополосные источники излучения (SLED или ASE), а в роли диспергирующих элементов выступают пропускающие дифракционные решетки, которые пространственно разделяют спектр. Спектры, отраженные от ВБР, фокусируются на диодной матрице, а электронные компоненты считывают сигналы диодной матрицы и выполняют преобразования для определения длины волны отражений от ВБР.

В качестве примера реализации устройства опроса первым методом, можно рассмотреть интеррогатор компании Ibsen Photonics, который выполняет функцию анализатора сигналов без источника излучения.

К методу временного сканирования заданного диапазона длин волн относятся способы обработки, основанные на перестройке центральной длины волны источника оптического излучения, а также средства, использующие дополнительную внешнюю фильтрацию излучения с помощью фильтра Фабри-Перо. В качестве косвенного информационного параметра, связывающего измеряемую величину со спектральными параметрами, используется оптическая мощность регистрируемого сигнала.

Далее будет рассмотрен второй принцип построения анализатора сигналов волоконно-оптических датчиков на перестраиваемом лазере и комбинации широкополосного источника с перестраиваемым фильтром.

К основным компонентам анализатора сигналов волокнно-оптических датчиков можно отнести:

Источник излучения (ITLA, SLED, ASE)
Полупроводниковый усилитель для реализации протяженных волоконных линий квазираспределенных датчиков (SOA)
Оптический переключатель для реализации многоканальности прибора опроса (Switch)
Фотодиод для приема отраженного излучения (PD)
Оптический циркулятор

Источник излучения

Полупроводниковые усилители

Фотоприемники

Компактные переключатели

Перестраиваемый волоконный фильтр

Прочие необходимые компоненты

+ Еще 3

Источник излучения

Источник излучения является неотъемлемой частью системы опроса волоконно-оптических датчиков. От выбора источника излучения зависит скорость опроса датчиков, спектральный диапазон и точность измерений. Метод опроса на основе перестраиваемого источника излучения позволяет получить высокое разрешение и отношение сигнал/шум.

На что обращать внимание при выборе источника излучения? В первую очередь на это:

Длина волны излучения
Выходная мощность
Корпусное исполнение

Подходящие решения

Перестраиваемые лазерные сборки Суперлюминесцентные диоды Широкополосные источники излучения

Микро-ITLA резонатор	Длина волны излучения 1530-1625 нм	Выходная мощность 15,5 дБм
Суперлюминесцентный диод	Длина волны излучения 1520-1580 нм	Выходная мощность 2-30 мВт
ASE истоник излучения	Длина волны излучения	Выходная мощность 10 мВт

Вам также понадобятся:
Драйверы для лазерных диодов

Полупроводниковые усилители

Полупроводниковые усилители подойдут для проектирования системы опроса с большой протяженностью линий квазираспеределенных волоконных датчиков, которые могут располагаться в нескольких километрах от системы опроса.

Подходящие решения

Полупроводниковые усилители

Полупроводниковый усилитель IPSAD1511

Рабочие длины волн 1500-1570 нм

Выходная мощность насыщения 13-15 дБм

Фотоприемники

Фотоприемник – одна из наиболее важных частей системы, от которой напрямую зависит пространственное разрешение прибора. При проектировании система опроса необходимо подбирать фотоприемники с достаточной чувствительностью и низким уровнем темнового шума.

На что обращать внимание при выборе фотоприемников? В первую очередь это:

Спектральный диапазон
Темновой уровень шума
Полоса пропускания
Коэффициент усиления

Подходящие решения

InGaAs/GaAs фотодетекторы

	Балансный фотоприемник	Спектральный диапазон 950-1650 нм	Коэффициент усиления 2х10^6	Полоса пропускания 3 dB 0-200 МГц
	Высокоскоростной балансный фотоприемник	Спектральный диапазон 1100-1700 нм	Насыщение входной мощности 150 мкВт	Полоса пропускания 3 dB 0-350 МГц

Компактные переключатели

Переключатели на основе MEMS-технологий необходимы для реализации функции многоканальности прибора. Такой компонент перенаправляет входное излучение с помощью микрозеркала на один из N портов, что позволяет проводить опрос сразу нескольких волоконных линий в зависимости от количества портов переключателя.

На что обращать внимание при выборе MEMS-переключателя? В первую очередь это:

Максимальные вносимые потери
Повторяемость

Подходящие решения

Компактные MEMS переключатели

	Оптический MEMS переключатель сигнала 1х3..1х32	Максимальные вносимые потери 1,6 дБ	Повторяемость 0,01 дБ
	Высокоскоростной оптический MEMS переключатель сигнала 1х3..1х32	Максимальные вносимые потери 2,0 дБ	Повторяемость 0,002 дБ

Перестраиваемый волоконный фильтр

Основан на технологии волоконного интерферометра Фабри-Перо. Приводимое в действие пьезоэлектрическим приводом, устройство может настраиваться в широком диапазоне частот. Управляя напряжением пьезоэлектрического преобразователя, фильтр регулируется для сканирования длины волны, а затем записывается соответствующий спектр. С помощью специального алгоритма поиска пиков можно определить длину волны отражения ВБР и, таким образом, получить информацию об измеряемой величине.

Перестраиваемый фильтр

Диапазон длин волн C+L

Пропускная способность 100-200 нм

Прочие необходимые компоненты

Подходящие решения

Пассивные волоконные компоненты

Трехпортовый оптический циркулятор 1550 нм	Максимальная мощность 300/500 мВт	Изоляция 23-45 дБ
Уплотнитель сигнала WDM 980/1550	Полоса пропускания 5-20 нм	Максимальные вносимые потери 0,35 дБ
Оптический изолятор 1550 нм	Минимальная изоляция >45 дБ	Максимальные вносимые потери 0,5 дБ
Волоконная брэгговская решетка 1550 нм	FWHM от 1,0 до 1,3 нм	Коэффициент отражения от 2 до 99%

Датчики оптические барьерные — на пересечение луча ВИКО-Б, ВИКО-05Б

ВИКО-Б-33-М12	ВИКО-Б-51-М18 ВИКО-Б-54-М18 ВИКО-Б-57-М18	ВИКО-Б-33-П5	ВИКО-Б-109-П3

Визуальный контроль срабатывания Широкий диапазон питающего напряжения Защита от переполюсовки питающего напряжения Два выхода: Выход 1 Выход 2 Самовосстанавливающаяся защита выхода от КЗ долговременного действия

БАРЬЕРНЫЙ ОПТИЧЕСКИЙ ДАТЧИК. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Предназначен для обнаружения объектов попадающих в зону действия датчика между передатчиком и приемником.

ПРИНЦИП РАБОТЫ БАРЬЕРНОГО ОПТИЧЕСКОГО ДАТЧИКА

Приемник и излучатель оптического датчика размещаются в разных корпусах и устанавливаются друг против друга. Излучатель посылает световой луч (инфракрасный) в сторону приемника. Объект контроля при своем движении пересекает этот луч, вызывая срабатывание оптического датчика. Точность контроля положения объекта барьерных датчиков составляет 3-10 мм, в зависимости от используемой диафрагмы.

Эффективная зона контроля оптического барьерного датчика определяется диаметром линз излучателя и приемника.

Использование диафрагмы для уменьшения действующей ширины луча.

Технические характеристики барьерных датчиков ВИКО-Б>

Тип датчика	ВИКО-Б-33-М12	ВИКО-Б-51-М18 ВИКО-Б-54-М18 ВИКО-Б-57-М18	ВИКО-Б-33-П5	ВИКО-Б-109-П3
Рабочее расстояние	до 3м	до 5м	до 3м	до 10м
Выход	NPN dark on*	NPN или PNP или AC-HP**	NPN dark on	Реле 1п
Регулировка чувствительности	—	—	—	—
Номинальный ток нагрузки, ма	150	200	200	3A 250В
Ток потребления, ма	<15+<15	<15+<15	<15+<15	<15+<15
Напряжение питания	DC10-30	DC10-30 АС 90-240В** по исполнениям	DC10-30	АСDC 24-240В
Время реакции, мс (при работе на активную нагрузку)	<2	DC<2, AC<20	<2	<20
Посторонняя засветка, лк	5000	5000	5000	5000
Световая индикация	срабатывания	срабатывания	срабатывания	питание, срабатывания
Защита от переполюсовки	да	да	да	да
Способ подключения	кабель 2м	кабель 2м	кабель 2м	кабель 2м
Материал корпуса	латунь, никель	полиамид	АБС	АБС
Материал линз	акрил	акрил	акрил	акрил
Габаритные размеры, мм (масса не более, кг)	М12, L-65	М18, L-75	40х21х16	50х50х18
Степень защиты	IP54	IP54	IP54	IP54
Диапазон рабочих температур	-25…+55°С	-25…+55°С	-25…+55°С	-25…+55°С

*NPN dark on — выход NPN «открыт» при отсутствии сигнала от излучателя.

** двухпр. АС-НР- нагрузка включается последовательно (в разрыв провода), AC90-240B, выход открыт при отсутствии сигнала от излучателя

Как работает оптический пульсометр в часах POLAR, GARMIN, SUUNTO

В этой статье мы хотим рассказать Вам, как работает оптический датчик пульса, который устанавливается на все спортивные часы и фитнес браслеты.

Принцип работы оптического датчика очень прост!

Сам датчик состоит из светодиода и фотодиода.

Светодиод импульсами подает свет, который проходит сквозь кожу. При этом часть света поглощается кровью и тканями. Остатки света доходят до кости отражаются от нее и возвращаются обратно, остатки света улавливает фотодиод (он своего рода миниатюрная фотокамера).

И на основе того сколько света вернется на фотодиод, зависит частота пульса. Ведь чем больше крови в сосудах на данный момент – тем больше света будет поглощено. Соответственно меньше света вернется на сенсор датчика.

Количество крови в сосудах постоянно меняется. При сокращении, сердце перекачивает кровь, повышая давление в сосудах и расширяя их. А когда сердечная мышца расслабляется, давление снижается и сосуды сужаются. Таким образом, появляются пульсовые волны.

И, подавая световые импульсы с высокой частотой, а затем анализируя отраженный свет, мы можем, по сути, регистрировать объем крови в сосудах каждую долю секунды. И соответственно, рисовать пульсовые волны.

Этот метод называется PPG (ФОТО ПЛЕТИЗМО ГРАММА) и в идеале он может определять:
не только пульс но и:

✔ Вариабельность сердечного ритма

✔ Уровень кислорода в крови

✔ Максимальное потребление кислорода(VO2max)

✔ Частоту дыхания

✔ И артериальное давление.

Среди прочих данных скорей всего вы заметили артериальное давление, и как мы знаем никакие часы не определяют этот показатель. Но почему, ведь возможности датчика позволяют это делать. А это самое интересное. Мы рассмотрели лишь теорию, идеальные условия.

На практике вместо линий пульсовой волны датчик улавливает крайне зашумленный сигнал. Найти среди этого шума нужную информацию — невероятно сложная задача.

Шум может дать внешнее освещение, солнце или лампы накаливания. Помехи, связанные с движением часов по коже, цвет кожи татуировки волосы загар. Все это также оказывает определенное влияние на поглощение и отражение света, излучаемого светодиодами.

Среди всего этого шума и помех, очень тяжело выделить пульсовую волну. Само движение может внести столько шума, что лишь одна тысячная доля света, собранная сенсором, будет содержать фактические данные о пульсе, а все остальное — бесполезный сигнал.

Тем неменее современные датчики сегодня выдают очень неплохой результат. Да они по-прежнему могут ошибаться в интервальных тренировках. Но с аэробными нагрузками они вполне справляються. Это также подтверждается в исследовании опубликованном в 2017 году в журнале Journal of Personalized Medicine (джорнаоал оф персоналс медисон) В котором говорится о том, что фитнес-браслеты и смарт-часы определяют пульс во время занятий на велотренажере с погрешностью от 0.9 до 2.7%! Примерно такая же ситуация обстоит и с бегом, ходьбой или просто в состоянии покоя.

И это напоминаем исследования 2017 года.

Эксперты заявляют, что в последнее время точность определения пульса заметно выросла. Обусловлено это не только большим количеством датчиков, установленных на самом устройстве, но и заметно улучшилось качество алгоритмов. Также большую роль сегодня играют внедрение в производство нейросетей и программного обучения. Что прямым образом влияет на отсеивание шума при обработке света.

Также часы активно стали использовать гироскоп и акселерометр, дополнительные элементы определяющие контакт с кожей. Все это значительно улучшило точность.

Учитывая все это, мы предполагаем, что в скором времени функция (определения артериального давления) должна в скором времени появится и в спортивных часах.

Возвращаясь к точности, не можем не коснуться темы с якобы разоблачениями оптических датчиков, которые появлялись в сети пару лет назад. Люди одевали фитнес трекеры на колбасу и мерили пульс говоря, что все это обман.

Но как мы с вами уже успели разобраться, датчик не работает с пульсом как с таковым, он анализирует свет излучаемый светодиодом. Поэтому это никак не противоречит принципу его работы.

Вот пример:

Свет, проходит сквозь колбасу, часть его рассеивается, часть отражается и возвращается на датчик. В зависимости от предмета, уровень поглощения или отражения света может отличаться. Это не имеет большого значения. Важно лишь то, что в итоге определенное количество света все же вернется и попадет на фотодиод.

Затем устройство попытается среди всего шума (а по сути, весь свет в этом случае и будет шумом) найти хоть какой-то циклический ритмичный сигнал, напоминающий пульсацию крови. Здесь во внимание берется всё, начиная от мерцающей в комнате лампочки и заканчивая микро-вибрациями от бытовой техники или рук. Буквально всё, что может хоть отдаленно напоминать ритмичный сигнал, будет многократно усилен и интерпретирован, как пульс.

Но это не говорит о том, что такому датчику нельзя доверять. Можно, как только вы оденете часы на руку, он моментально поймает реальную пульсовую волну и начнет определять пульс.

Хочется отметить, что говоря про спортивные часы. Эта проблема (измерения пульса у неживых предметов) встречалась до 18 года.

Это не применимо к современным датчикам гармин и полар, которые уже не имеют данной проблемы. У Суунто она присутствует и сегодня, но сама философия этой компании никогда не делала большой упор на оптику, предпочитая использование нагрудные датчики. К этому выводу мы можем придти, если начнем анализировать рынок, не зря ко всем флагманам и новинкам в подарок идет нагрудный датчик.

Удачи Вам и спортивных побед, друзья!

Выбрать или купить часы или пульсометр, отвечающий любым запросам по надежности и точности измерений из ключевых брендов POLAR, GARMIN, SUUNTO Вы можете в Нашем магазине СПОРТ ЛАЙФ, перейдя по ссылке >>>

Если необходима консультация звоните, мы ответим на все интересующие Вас вопросы:

8-800-333-5782 (бесплатно по России), +7 (812) 951-57-82 (СПб), +7 (499) 705-28-56 (Москва), +7(343)226-18-57 (Екатеринбург)

Просмотров 15.8K

Поделиться с друзьями

| Типы оптических датчиков

Функция оптического датчика заключается в преобразовании луча света в электронный сигнал. Основное назначение оптического датчика — измерять физическое количество света и, в зависимости от типа датчика, переводить его в форму, которую может считывать встроенное измерительное устройство.

Оптические датчики используются для обнаружения, подсчета или обнаружения деталей контактных линз. Оптические датчики могут быть внутренними или внешними. Внешний датчик собирает необходимое количество света и передает его. В то время как внутренние датчики в основном используются для измерения кривых и других небольших изменений направления.

Возможными параметрами различных оптических датчиков являются температура, уровень скорости жидкости, давление, массовое излучение, значение pH, смещение (состояние), вибрация, химические вещества, напряжение, акустическое поле и электрическое поле. В сегодняшней статье мы увидим, какие бывают типы оптических датчиков и каковы области применения этих датчиков.

Читайте также: Различные типы датчиков, используемых в автомобилях

Краткое введение

Типы оптических датчиков:

Ниже приведены различные типы оптических датчиков. Наиболее распространенные типы, которые мы используем в нашем реальном приложении.

Фотопроводящее устройство используется для измерения сопротивления путем преобразования изменения падающего света в изменение сопротивления.
Фотогальванический элемент преобразует количество падающего света в выходное напряжение.
Явление фотодиода преобразует количество света в выходной ток.

Фототранзистор представляет собой тип биполярного транзистора, в котором переход база-коллектор освещается. Это приводит к такому же поведению фотодиода, но с внутренним преимуществом.

Принцип действия заключается в передаче и приеме света оптическим датчиком. Обнаруживаемый объект отражает или блокирует световой луч, посылаемый излучающим диодом. Отклонение или отражение светового луча оценивается в зависимости от типа устройства.

Это позволяет найти предмет независимо от материала, из которого он сделан: дерева, металла, пластика или другого. Специальное устройство также позволяет обнаруживать прозрачный объект, различные цвета или контрастные вариации.

Существуют следующие типы оптических датчиков:

Серийный номер	Типы оптических датчиков
#1.	Датчики на пересечение луча
#2.	Датчики обратного отражения
#3.	Датчики диффузного отражения

#1. Датчики на пересечение луча:

Эта система состоит из различных компонентов. В котором и передатчик, и приемник расположены в противоположных направлениях друг к другу. Луч света проецируется на приемник передатчиком. Прерывание светового луча определяется приемником как сигнал переключения. Неважно, где происходит нарушение.

Преимущество:

Могут быть достигнуты большие рабочие расстояния, а состав поверхности распознаваемого объекта не зависит от цвета или отражения.
Чтобы гарантировать высокую зависимость от работы, необходимо убедиться, что объект достаточно велик, чтобы полностью перекрыть световой луч.

Читайте также: Что такое датчик движения | Типы датчиков движения

#2. Датчики обратного отражения:

В этой системе и передатчик, и приемник находятся в одном доме. Луч света, испускаемый через отражатель, направляется обратно к приемнику. Прерывание светового луча инициирует операцию переключения. Неважно, где происходит сбой.

Преимущество:

Этот датчик обеспечивает большие рабочие расстояния с точками переключения. Которые в точности воспроизведены, что требует небольших усилий при монтаже. Все, что мешает световому лучу, обнаруживается точно, независимо от текстуры или цвета их поверхности.

#3. Датчики диффузного отражения:

В этой системе передатчик и приемник находятся в одном доме. Проходящий свет отражается обнаруживаемым объектом.

Преимущество:

Интенсивность света, излучаемого приемником, действует как режим переключения. Несмотря на настройку чувствительности, задняя часть всегда отражает лучше, чем передняя. Это приводит к ошибочной операции переключения.

Читайте также: Что такое электродвигатель? | Различные типы электродвигателей

Различные источники света для оптических датчиков:

У нас есть много типов источников света. Солнце и свет, исходящий от горящего пламени, где первые источники света использовались для изучения оптики. На самом деле свет, исходящий от определенного вещества (например, йода, хлора и ионов ртути), по-прежнему служит ориентиром в оптическом спектре.

Одним из основных компонентов оптической связи является монохроматический источник света. Источники света в оптической связи должны быть монохромными, компактными и долговечными. Существует два различных типа источников света.

#1. LED (Light Emitting Diode):

Энергия выделяется в виде света в процессе восстановления электронов с дырками на стыке полупроводников, легированных N и P. Стимуляция и реорганизация могут происходить при подаче внешнего напряжения. Или он может быть возбужден как другой фотон. Это позволяет подключить светодиод к оптическому устройству.

#2. ЛАЗЕР (усиление света за счет стимулированного излучения):

При изготовлении лазера электроны в особых молекулах, кристаллах или атомах в газах поглощают энергию электрического тока. Вот когда он возбуждается. Возбужденный электрон перемещается с орбиты с более низкой энергией на орбиту с более высокой энергией вокруг атомной структуры.

Когда они возвращаются в исходное состояние или в нормальное состояние, этот электрон приводит к испускаемому фотону. Все эти фотоны имеют одинаковую длину волны и постоянны. Обычный видимый свет включает в себя множество длин волн и непостоянен.

Применение оптических датчиков:

Применение оптических датчиков варьируется от компьютеров до детекторов движения. Чтобы оптические датчики работали эффективно, они не должны быть подходящего типа для приложения. Чтобы они могли измерять богатство и сохранять чувствительность к нему.

Оптические датчики являются неотъемлемой частью многих распространенных устройств. К ним относятся компьютеры, ксероксы и осветительные приборы, которые автоматически включаются в темноте. И некоторые распространенные приложения включают систему сигнализации, асинхронную систему для фотовспышек и систему, которая может обнаруживать присутствие объекта.

Датчики внешней освещенности:

Этот датчик используется в мобильных устройствах. Это продлит срок службы батареи мобильного телефона и обеспечит более плавное отображение с точки зрения оптимизации для окружающей среды.

Биомедицинское применение:

Оптические датчики широко используются в биомедицинской сфере. Некоторые примеры анализа дыхания с использованием перестраиваемого диодного лазера контролируют оптическую частоту сердечных сокращений. Оптический монитор сердечного ритма измеряет частоту сердечных сокращений с помощью света.

Светодиод светится сквозь кожу, а оптический датчик улавливает свет. Что отражается в прошлом. Кровь поглощает больше света. Следовательно, снижение уровня легкости можно перевести в частоту сердечных сокращений. Эта процедура известна как фотоплазмосмография.

Индикатор уровня жидкости на основе оптического датчика:

Индикатор уровня жидкости на основе оптического датчика состоит из двух основных частей. Инфракрасный свет подключен к светодиоду, который имеет световой транзистор и прозрачный наконечник призмы спереди. Светодиод проецирует инфракрасный свет наружу. Когда наконечник датчика окружен воздухом, транзистор реагирует на свет отскакиванием наконечника перед возвратом.

Когда датчик погружен в воду, свет распространяется и возвращается к нижнему транзистору. Количество света, отраженного в транзисторе, влияет на выходной уровень, что делает возможным определение точечного уровня.

Часто задаваемые вопросы (FAQ):

1. Какие бывают типы оптических датчиков?
Типы оптических датчиков следующие:
Точечный датчик.
Распределенные датчики.
Экстразвуковой датчик.
Встроенный датчик.
Датчик луча.
Датчик диффузного отражения.
Датчик обратного отражения.
2. Подходит ли оптический сенсор для игр?
Игровая мышь с лазерным датчиком позволяет нам работать на любой поверхности. Тогда почему бы и не стекло. И чаще всего оптическая мышь имеет более высокий показатель DPI. Улучшенная оптическая мышь для соревновательных игр, будь то FPS или MMO.
3. Каков принцип работы оптического датчика?
Принцип действия заключается в передаче и приеме света оптическим датчиком. Обнаруживаемый объект отражает или блокирует световой луч, посылаемый излучающим диодом. Отклонение или отражение светового луча оценивается в зависимости от типа устройства.
4. Каково назначение оптического датчика?
Функция оптического датчика заключается в преобразовании луча света в электронный сигнал. Основное назначение оптического датчика — измерять физическое количество света и, в зависимости от типа датчика, переводить его в форму, которую может считывать встроенное измерительное устройство.
Нравится этот пост? Не могли бы вы поделиться им с друзьями?
Рекомендуем прочитать –
Что такое трансформатор CT PT
Различные типы отказов и последствий в электроэнергетических системах
Разница между генератором переменного и постоянного тока | Генератор переменного и постоянного тока
Что такое соленоидная катушка | Принцип работы соленоидной катушки | Типы соленоидных катушек | Применение соленоидной катушки
Что такое гальванометр | Строительство гальванометра | Принцип работы гальванометра | Применение гальванометра
Поставщики беспроводных радиочастот и ресурсы
Веб-сайт RF Wireless World является домом для поставщиков и ресурсов RF и Wireless. На сайте представлены статьи, учебные пособия, поставщики, терминология, исходный код (VHDL, Verilog, MATLAB, Labview), тесты и измерения, калькуляторы, новости, книги, загрузки и многое другое.
Сайт RF Wireless World охватывает ресурсы по различным темам, таким как RF, беспроводная связь, vsat, спутник, радар, оптоволокно, микроволновая печь, wimax, wlan, zigbee, LTE, 5G NR, GSM, GPRS, GPS, WCDMA, UMTS, TDSCDMA, Bluetooth, Lightwave RF, z-wave, Интернет вещей (IoT), M2M, Ethernet и т. д. Эти ресурсы основаны на стандартах IEEE и 3GPP. Он также имеет академический раздел, который охватывает колледжи и университеты по инженерным дисциплинам и дисциплинам MBA.
Статьи о системах на основе IoT
Система обнаружения падения для пожилых людей на основе IoT : В статье рассматривается архитектура системы обнаружения падения для пожилых людей. В нем упоминаются преимущества или преимущества системы обнаружения падения IoT. Подробнее➤
См. также другие статьи о системах на основе IoT:
• Система очистки туалетов AirCraft. • Система измерения удара при столкновении • Система отслеживания скоропортящихся продуктов и овощей • Система помощи водителю • Система умной розничной торговли • Система мониторинга качества воды • Система интеллектуальной сети • Умная система освещения на основе Zigbee • Умная система парковки на базе Zigbee • Умная система парковки на базе LoRaWAN.
Радиочастотные беспроводные изделия
Этот раздел статей охватывает статьи о физическом уровне (PHY), уровне MAC, стеке протоколов и сетевой архитектуре на основе WLAN, WiMAX, zigbee, GSM, GPRS, TD-SCDMA, LTE, 5G NR, VSAT, Gigabit Ethernet на основе IEEE/3GPP и т. д. , стандарты. Он также охватывает статьи, связанные с испытаниями и измерениями, посвященные испытаниям на соответствие, используемым для испытаний устройств на соответствие RF/PHY. СМ. УКАЗАТЕЛЬ СТАТЕЙ >>.
Физический уровень 5G NR : Обработка физического уровня для канала 5G NR PDSCH и канала 5G NR PUSCH была рассмотрена поэтапно. Это описание физического уровня 5G соответствует спецификациям физического уровня 3GPP. Подробнее➤
Основные сведения о повторителях и типы повторителей : В нем объясняются функции различных типов повторителей, используемых в беспроводных технологиях. Подробнее➤
Основы и типы замираний : В этой статье рассматриваются мелкомасштабные замирания, крупномасштабные замирания, медленные замирания, быстрые замирания и т. д., используемые в беспроводной связи. Подробнее➤
Архитектура сотового телефона 5G : В этой статье рассматривается блок-схема сотового телефона 5G с внутренними модулями 5G. Архитектура сотового телефона. Подробнее➤
Основы интерференции и типы интерференции: В этой статье рассматриваются интерференция по соседнему каналу, Электромагнитные помехи, ICI, ISI, световые помехи, звуковые помехи и т. д. Подробнее➤
Раздел 5G NR
В этом разделе рассматриваются функции 5G NR (новое радио), нумерология, диапазоны, архитектура, развертывание, стек протоколов (PHY, MAC, RLC, PDCP, RRC) и т. д. 5G NR Краткий справочный указатель >>
• Мини-слот 5G NR • Часть полосы пропускания 5G NR • БАЗОВЫЙ НАБОР 5G NR • Форматы 5G NR DCI • 5G NR UCI • Форматы слотов 5G NR • IE 5G NR RRC • 5G NR SSB, SS, PBCH • 5G NR PRACH • 5G NR PDCCH • 5G NR PUCCH • Опорные сигналы 5G NR • 5G NR m-Sequence • Золотая последовательность 5G NR • 5G NR Zadoff Chu Sequence • Физический уровень 5G NR • MAC-уровень 5G NR • Уровень 5G NR RLC • Уровень PDCP 5G NR
Руководства по беспроводным технологиям
В этом разделе рассматриваются учебные пособия по радиочастотам и беспроводным сетям. Он охватывает учебные пособия по таким темам, как сотовая связь, WLAN (11ac, 11ad), wimax, bluetooth, zigbee, zwave, LTE, DSP, GSM, GPRS, GPS, UMTS, CDMA, UWB, RFID, радар, VSAT, спутник, беспроводная сеть, волновод, антенна, фемтосота, тестирование и измерения, IoT и т. д. См. ИНДЕКС УЧЕБНЫХ ПОСОБИЙ >>
Учебное пособие по 5G — В этом учебном пособии по 5G также рассматриваются следующие подтемы, посвященные технологии 5G:
Учебник по основам 5G Диапазоны частот учебник по миллиметровым волнам Рамка волны 5G мм Зондирование канала миллиметровых волн 5G 4G против 5G Испытательное оборудование 5G Архитектура сети 5G Сетевые интерфейсы 5G NR звучание канала Типы каналов 5G FDD против TDD Нарезка сети 5G NR Что такое 5G NR Режимы развертывания 5G NR Что такое 5G ТФ
В этом учебнике GSM рассматриваются основы GSM, сетевая архитектура, сетевые элементы, системные спецификации, приложения, Типы пакетов GSM, структура кадров GSM или иерархия кадров, логические каналы, физические каналы, Физический уровень GSM или обработка речи, вход в сеть мобильного телефона GSM или настройка вызова или процедура включения питания, Вызов MO, вызов MT, модуляция VAMOS, AMR, MSK, GMSK, физический уровень, стек протоколов, основы мобильного телефона, Планирование RF, нисходящая линия связи PS и восходящая линия связи PS.
➤Читать дальше.
LTE Tutorial , описывающий архитектуру системы LTE, включая основы LTE EUTRAN и LTE Evolved Packet Core (EPC). Он предоставляет ссылку на обзор системы LTE, радиоинтерфейс LTE, терминологию LTE, категории LTE UE, структуру кадра LTE, физический уровень LTE, Стек протоколов LTE, каналы LTE (логические, транспортные, физические), пропускная способность LTE, агрегация несущих LTE, Voice Over LTE, расширенный LTE, Поставщики LTE и LTE vs LTE advanced.➤Подробнее.
Радиочастотные технологии Материалы
На этой странице мира беспроводных радиочастот описывается пошаговое проектирование преобразователя частоты на примере повышающего преобразователя частоты 70 МГц в диапазон C. для микрополосковой платы с использованием дискретных радиочастотных компонентов, а именно. Смесители, гетеродин, MMIC, синтезатор, опорный генератор OCXO, амортизирующие прокладки. ➤Читать дальше.
➤ Проектирование и разработка радиочастотного приемопередатчика ➤Дизайн радиочастотного фильтра ➤Система VSAT ➤Типы и основы микрополосковых ➤Основы волновода
Секция испытаний и измерений
В этом разделе рассматриваются ресурсы по контролю и измерению, контрольно-измерительное оборудование для тестирования тестируемых устройств на основе Стандарты WLAN, WiMAX, Zigbee, Bluetooth, GSM, UMTS, LTE. ИНДЕКС испытаний и измерений >>
➤Система PXI для контрольно-измерительных приборов. ➤ Генерация и анализ сигналов ➤ Измерения физического уровня ➤ Тестирование устройства WiMAX на соответствие ➤ Тест на соответствие Zigbee ➤ Тест на соответствие LTE UE ➤ Тест на соответствие TD-SCDMA
Волоконно-оптические технологии
Волоконно-оптический компонент основы, включая детектор, оптический соединитель, изолятор, циркулятор, переключатели, усилитель, фильтр, эквалайзер, мультиплексор, разъемы, демультиплексор и т. д. Эти компоненты используются в оптоволоконной связи. ИНДЕКС оптических компонентов >>
➤Руководство по оптоволоконной связи ➤APS в SDH ➤Основы SONET ➤ Структура кадра SDH ➤ SONET против SDH
Поставщики беспроводных радиочастот, производители
Сайт RF Wireless World охватывает производителей и поставщиков различных радиочастотных компонентов, систем и подсистем для ярких приложений, см. ИНДЕКС поставщиков >>.
Поставщики ВЧ-компонентов, включая ВЧ-изолятор, ВЧ-циркулятор, ВЧ-смеситель, ВЧ-усилитель, ВЧ-адаптер, ВЧ-разъем, ВЧ-модулятор, ВЧ-трансивер, PLL, VCO, синтезатор, антенну, осциллятор, делитель мощности, сумматор мощности, фильтр, аттенюатор, диплексер, дуплексер, чип-резистор, чип-конденсатор, чип-индуктор, ответвитель, ЭМС, программное обеспечение RF Design, диэлектрический материал, диод и т. д. Поставщики радиочастотных компонентов >>
➤Базовая станция LTE ➤ РЧ-циркулятор ➤РЧ-изолятор ➤Кристаллический осциллятор
MATLAB, Labview, Embedded Исходные коды
Раздел исходного кода RF Wireless World охватывает коды, связанные с языками программирования MATLAB, VHDL, VERILOG и LABVIEW. Эти коды полезны для новичков в этих языках. СМ. ИНДЕКС ИСТОЧНИКОВ >>
➤ 3–8 код VHDL декодера ➤Скремблер-дескремблер Код MATLAB ➤32-битный код ALU Verilog ➤ T, D, JK, SR коды лабораторного просмотра триггеров

*Общая медицинская информация*
Сделайте эти пять простых вещей, чтобы помочь остановить коронавирус (COVID-19).
СДЕЛАЙТЕ ПЯТЬ
1. РУКИ: Мойте их часто
2. ЛОКТ: кашляйте в него
3. ЛИЦО: Не прикасайтесь к нему
4. НОГИ: Держитесь на расстоянии более 3 футов (1 м) друг от друга
5. ЧУВСТВУЙТЕ: Болен? Оставайтесь дома
Используйте технологию отслеживания контактов >> , следуйте рекомендациям по социальному дистанцированию >> и установить систему наблюдения за данными >> спасти сотни жизней. Использование концепции телемедицины стало очень популярным в таких стран, как США и Китай, чтобы остановить распространение COVID-19так как это заразное заболевание.
Радиочастотные калькуляторы и преобразователи
Раздел «Калькуляторы и преобразователи» охватывает ВЧ-калькуляторы, беспроводные калькуляторы, а также преобразователи единиц измерения. Они охватывают беспроводные технологии, такие как GSM, UMTS, LTE, 5G NR и т. д. СМ. КАЛЬКУЛЯТОРЫ Указатель >>.
➤ Калькулятор пропускной способности 5G NR ➤ 5G NR ARFCN и преобразование частоты ➤ Калькулятор скорости передачи данных LoRa ➤ LTE EARFCN для преобразования частоты ➤ Калькулятор антенны Yagi ➤ Калькулятор времени выборки 5G NR
IoT-Интернет вещей Беспроводные технологии
В разделе, посвященном IoT, рассматриваются беспроводные технологии Интернета вещей, такие как WLAN, WiMAX, Zigbee, Z-wave, UMTS, LTE, GSM, GPRS, THREAD, EnOcean, LoRa, SIGFOX, WHDI, Ethernet, 6LoWPAN, RF4CE, Bluetooth, Bluetooth с низким энергопотреблением (BLE), NFC, RFID, INSTEON, X10, KNX, ANT+, Wavenis, Dash7, HomePlug и другие. Он также охватывает датчики IoT, компоненты IoT и компании IoT.
См. главную страницу IoT>> и следующие ссылки.
➤РЕЗЬБА ➤EnOcean ➤ Учебник LoRa ➤ Учебник по SIGFOX ➤ WHDI ➤6LoWPAN ➤Зигби RF4CE ➤NFC ➤Лонворкс ➤CEBus ➤УПБ

СВЯЗАННЫЕ ПОСТЫ

Учебники по беспроводным радиочастотам
GSM ТД-СКДМА ваймакс LTE UMTS GPRS CDMA SCADA беспроводная сеть 802.11ac 802.11ad GPS Зигби z-волна Bluetooth СШП Интернет вещей Т&М спутник Антенна РАДАР RFID

Различные типы датчиков
Датчик приближения Датчик присутствия против датчика движения Датчик LVDT и RVDT Датчик положения, смещения и уровня датчик силы и датчик деформации Датчик температуры датчик давления Датчик влажности датчик МЭМС Сенсорный датчик Тактильный датчик Беспроводной датчик Датчик движения Датчик LoRaWAN Световой датчик Ультразвуковой датчик Датчик массового расхода воздуха Инфразвуковой датчик Датчик скорости Датчик дыма Инфракрасный датчик Датчик ЭДС Датчик уровня Активный датчик движения против пассивного датчика движения

Поделиться этой страницей

Перевести эту страницу
СТАТЬИ Раздел T&M ТЕРМИНОЛОГИИ Учебники Работа и карьера ПОСТАВЩИКИ Интернет вещей Онлайн калькуляторы исходные коды ПРИЛОЖЕНИЕ. ЗАМЕТКИ Всемирный веб-сайт T&M
#04 Принцип и преимущества оптического энкодера | Учебники | Датчики угла поворота | Продукты
#04
Принцип действия и преимущества оптического энкодера
Основные сведения о энкодере
Это четвертая часть серии, в которой систематизированы и представлены знания, которые мы приобрели. Тем, кто хочет изучать энкодеры, тем, кто не имеет дела с энкодерами, но хочет знать, в чем заключается работа. Мы хотим помочь этим людям.
В этой части мы представим принцип и преимущества оптического энкодера.
Содержание
4-1. Структура оптического энкодера
4-2. Принцип действия оптического энкодера
4-3. Преимущества и области применения оптического энкодера
Резюме
Оптический энкодер улавливает импульсные оптические сигналы, прошедшие через щель, преобразует их в электрические сигналы и выдает на выход.
Оптический энкодер легче повысить точность и разрешение, чем магнитный энкодер, и его можно использовать в приложениях, где создается сильное магнитное поле.
Оптический энкодер с отражателем можно легко уменьшить и уменьшить. Кроме того, процесс сборки может быть упрощен, поскольку энкодер изготавливается штабелированием.
4-1. Структура оптического энкодера
Оптический энкодер состоит из светоизлучающего устройства (СИД), фотодатчиков и диска, называемого кодовым колесом, с прорезями (отверстиями) в радиальном направлении и обнаруживает информацию о положении вращения в виде оптического импульсного сигнала. .
Когда кодовое колесо, прикрепленное к вращающемуся валу, такому как двигатель, вращается, генерируется оптический импульс в зависимости от того, проходит ли свет, излучаемый фиксированным светоизлучающим элементом, через прорезь кодового колеса или нет.
Фотодатчик улавливает оптический импульс, преобразует его в электрический сигнал и выдает.
Рисунок 4-1. Схема оптического энкодера
Светоизлучающие устройства (СИД)
Светоизлучающие устройства, используемые в оптических энкодерах, как правило, представляют собой недорогие инфракрасные светодиоды, но иногда для подавления рассеяния света используются цветные светодиоды с более короткими длинами волн.
Кроме того, дорогие лазерные диоды используются в приложениях, требующих высокой производительности и высокого разрешения.
Свет, излучаемый светодиодом, представляет собой рассеянный свет с небольшой направленностью, поэтому он делается параллельным с помощью выпуклой линзы.
Кодовое колесо (подвижная прорезь)
Кодовое колесо представляет собой диск с прорезями (отверстиями) для прохождения/блокирования света, излучаемого светодиодом.
Кодовое колесо изготовлено из металла, смолы и стекла. Металл обладает высокой устойчивостью к вибрации, температуре и влажности и используется в промышленной сфере. Смола
дешева и подходит для массового производства и используется в потребительских целях. 9Стекло 0274 используется там, где требуется высокая точность и высокое разрешение. Кроме того, в месте, обращенном к кодовому колесу, может быть размещена фиксированная щель, чтобы уточнить прохождение/блокирование света, проходящего через кодовое колесо и попадающего в светоприемный элемент.
Фотодатчик
Фотодатчик обычно представляет собой фотодиод или фототранзистор, изготовленный из полупроводникового материала, такого как кремний (Si), германий (Ge) и фосфид индия-галлия (InGaP).
4-2. Принцип действия оптического энкодера
Классификация по структуре
Оптические энкодеры подразделяются на два типа в зависимости от их конструкции.
Они бывают «пропускающего типа», в которых светоизлучающее устройство (СИД) и фотодатчик находятся между кодовым колесом, и «отражательного типа», в котором светодиод и фотодатчик размещаются на одной стороне, а кодовое колесо отражает свет. .
Рисунок 4-2-1. Схема оптического энкодера, пропускающий (слева) и отражающий (справа)
Тип пропускания
Фотодатчик определяет, проходит ли свет, излучаемый светодиодом, через прорезь кодового колеса или нет.
Преимущества:
Простота повышения точности сигнала
Простота разработки благодаря относительно простому оптическому пути
Отражающий тип
Фотодатчик определяет, отражается ли свет, излучаемый светодиодом, кодовым колесом или нет.
Преимущества:
Простота миниатюризации и тонкости
Так как он может быть изготовлен методом штабелирования, процесс сборки может быть упрощен.
Классификация по формату выходного электрического сигнала
Оптические энкодеры подразделяются на два типа в зависимости от формата выходного электрического сигнала.
Существует инкрементный метод, который выводит изменение угла (величину перемещения) вращающегося диска, и абсолютный метод, который выводит абсолютный угол вращающегося диска.
Инкрементный метод и абсолютный метод подробно описаны в части 3.
Более высокое разрешение и более высокая точность
Разрешение оптического энкодера в основном определяется количеством щелей в кодовом колесе. Следовательно, необходимо увеличить количество щелей в кодовом колесе для достижения высокого разрешения, но необходимо уменьшить площадь каждой щели, чтобы соответствовать миниатюризации кодера.
В результате для сборки компонентов требуется высокая точность, и где-то достигаются физические пределы.
Для дальнейшего улучшения разрешения существует метод «электрической интерполяции» фазы A и фазы B выходного сигнала с использованием псевдосинусоидального сигнала вместо импульсного сигнала.
Таким образом, оптический кодировщик может реализовать высокое разрешение и высокую точность за счет оптимизации структуры светодиода, кодового колеса, фотодатчика и т. д. и уменьшения искажения псевдосинусоидальной волны.
Рисунок 4-2-2. Сигнал псевдосинусоидальной волны (вверху), импульсный сигнал (внизу)
4-3. Преимущества и области применения оптического энкодера
Преимущество оптического энкодера состоит в том, что легко повысить точность и разрешение путем изменения формы щели, поскольку он имеет механизм, определяющий, проходит ли свет через щель или нет.
Поэтому он используется для сервоуправления и управления двигателем с полым валом, которые требуют высокой точности.
Кроме того, поскольку на него не влияет окружающее магнитное поле, его можно использовать в приложениях, где создается сильное магнитное поле.
Поэтому он используется в устройствах, в которых используются двигатели большого диаметра.
Сводка
Оптический энкодер обнаруживает оптические импульсные сигналы, прошедшие через щель, преобразует их в электрические сигналы и выводит.
Оптический энкодер легче повысить точность и разрешение, чем магнитный энкодер, и его можно использовать в приложениях, где создается сильное магнитное поле.
Оптический энкодер с отражателем можно легко уменьшить и уменьшить. Кроме того, процесс сборки может быть упрощен, поскольку энкодер изготавливается штабелированием.
Как это было?
В этой части мы представили принцип и преимущества оптического энкодера. Надеюсь, вы понимаете принцип и преимущества, а также приложения, в которых используются оптические энкодеры.
В следующей части мы объясним принцип и преимущества магнитного энкодера.
Базовые знания кодировщика
#04
СВИТОК
Как работают оптоволоконные датчики

Волоконно-оптические датчики

1. ВВЕДЕНИЕ
В последнее время большую популярность приобрели волоконно-оптические датчики (ВОС)
и принятие рынком. По сравнению с обычными датчиками они
предлагают ряд явных преимуществ, которые делают их уникальными для
определенные типы приложений, в основном там, где обычные датчики
трудно или невозможно развернуть или не может обеспечить то же самое богатство
информации.
2. ТИПЫ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ
По пространственному распределению измеряемой величины (величина до
измеряться), FOS можно классифицировать как…
Точечные датчики: измерение осуществляется в одной точке
в пространстве, но, возможно, несколько каналов для адресации нескольких точки.
Примерами являются датчики Фабри-Перо и одиночная волоконная решетка Брэгга. (ВБГ)
датчики.
Встроенные датчики: измерение усредняет физические
параметра над определенным пространственным сечением и обеспечивает единое ценность.
Примером может служить датчик деформации, измеряющий деформацию в течение длительного времени. база
длина.
Квазираспределенная или мультиплексная датчики: измеряемая величина
определяется в ряде фиксированных дискретных точек вдоль одной волокно
оптический кабель. Наиболее распространенным примером являются мультиплексированные ВБР.
Распределенный датчик: интересующий параметр измеряется с помощью
определенное пространственное разрешение в любой точке вдоль одного оптического кабель.
Примеры включают системы на основе Рэлея, Рамана и Бриллюэна
. рассеяние.
3. ОБЩИЕ ПРЕИМУЩЕСТВА ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ

Полностью пассивный: можно использовать во взрывоопасной среде.
Невосприимчивость к электромагнитным помехам: идеально подходит для микроволновой печи
Окружающая среда.
Устойчив к высоким температурам и химически реактивная среда:
идеально подходит для суровых и враждебных условий.
Небольшой размер: идеален для встраивания и поверхностный монтаж.
Высокая степень биосовместимости, ненавязчивый характер и
невосприимчивость к электромагнитному излучению: идеально подходит для медицинских применений, таких как
внутриаортальная баллонная контрпульсация.
Может контролировать широкий спектр физических и химические параметры.
Возможность очень высокой чувствительности, диапазон и разрешение.
Полная электрическая изоляция от высокого электростатического потенциала.
Дистанционное управление несколькими км длин без свинца
чувствительность: идеально подходит для использования в скважинах или измерениях
в опасной среде.
Мультиплексированные и распределенные датчики уникальны тем, что они
обеспечивать измерения в большом количестве точек вдоль одного
оптический кабель: идеально подходит для минимального развертывания кабеля и кабеля
вес или для мониторинга протяженных конструкций, таких как трубопроводы, плотины
и т.д.
В дальнейшем даем краткое объяснение принципов работы
оптических волокон и каждого типа датчиков.
4. ОПТИЧЕСКИЙ ВОЛОКНА
Оптическое волокно представляет собой тонкую стеклянную проволоку с малыми потерями.
центральная или основная область, имеющая немного более высокий показатель преломления
чем окружающая его область или оболочка.
Рисунок 1 — Схема оптоволокна со ступенчатым показателем преломления

На рис. 1 показана схема оптического волокна со ступенчатым показателем преломления. Легкий это
направляется внутри области ядра за счет полного внутреннего отражения при
интерфейс сердцевина-оболочка. В зависимости от размера основной области
один или несколько световых путей (режимов) разрешены до
распространяться, называемое одномодовым или многомодовым волокном. Обычно
голое оптическое волокно имеет внешний диаметр 125 мкм с
диаметр сердцевины 9 мкм в случае одномодового волокна и 50 мкм
или 62,5 мкм для многомодовых волокон.
Для защиты волокна наносят различные защитные покрытия
от возможных механических повреждений.
5. ТОЧКА ДАТЧИКИ НА ОСНОВЕ ПОЛОСТИ ФАБРИ-ПЕРО
Рассмотрим схему оптического датчика давления, показанную
. на рис. 2.
Рисунок 2 — Схема датчика давления на основе Фабри-Перо
полость

По сути, он состоит из пары параллельных зеркал, разделенных по
воздушный зазор Ls. Эта компоновка называется Фабри-Перо
. (FP) резонатор или чувствительный интерферометр. Полуотражающее зеркало 1
образуется путем нанесения диэлектрического слоя на конце оптический
волокно. Зеркало 2 образовано диафрагмой, установленной перед
оптоволокно. Воздействие на диафрагму давлением р по
измеренные изменения зазора Ls. Следовательно, при измерении Ls примененное
можно определить давление р. Могут быть разные диапазоны давления. приспосабливаются путем соответствующего выбора толщины и диаметра
диафрагмы, чтобы сохранить максимальное отклонение аналогичного значения
и поддерживать линейную зависимость между давлением и прогибом.
Предпочтительный источник света, используемый для измерения зазора Ls
оптически является так называемым источником белого света или широкополосным источником света.
Он излучает свет различных цветов (эквивалентно широкой полосе из
длины волны) одновременно. Полученный свет поэтому
кажется, что не имеет определенного цвета, т. е. выглядит белым. В
в отличие от лазера, свет генерируется как большое число
коротких импульсов. Эти импульсы испускаются случайным образом 90 274 без фиксированного фазового соотношения между ними. В результате они
не взаимодействуют и не мешают друг другу и для следующих
достаточно рассмотреть только один импульс.
Далее рассмотрим что произойдет, если полость FP осветить
источник белого света. Падающий свет направляется в оптический
волокно к резонатору FP частично отражается на первом
зеркало. Оставшийся свет передается и впоследствии
отражается вторым зеркалом. Следовательно, исходный световой импульс
делится на два обратных импульса, второй импульс равен
запаздывает на t = 2Ls/c по отношению к первому, c
обозначающая скорость света.
Помехи (и, следовательно, сигнал, содержащий информацию о
Ls) возникает только в том случае, если два импульса генерируются одним и тем же
первоначальный импульс может снова вернуться к перекрытию. Это
достигается за счет использования второго (или считывающего) интерферометра.
Рисунок 3 — Схема системы датчиков белого света

Здесь, например, интерферометр состоит из двух непараллельных
зеркала, работающие в трансмиссии. Как видно, воздушный зазор
Lr(x) зависит от положения x вдоль зеркал и максимум
интерференционный сигнал генерируется в позиции x0, где Lr(x0)
точно соответствует зазору Ls измерительного интерферометра.
Это положение x0 легко определяется ПЗС-матрицей, установленной на
. за зеркалами.
На практике выгодно заменить два непараллельных зеркала, составляющих считывающий интерферометр с двулучепреломляющим клином, подробности о которых можно найти в загружаемых
информация — нажмите здесь.
Использование тот же основной принцип, целый ряд преобразователей
для измерения различных величин могут быть построены. Примеры
включают температуру, смещение, деформацию, силу и преломление
индекс, как показано ниже. Чтобы загрузить эту информацию, нажмите здесь.

Схема датчика положения на основе поляризации
интерферометр

Схема датчика деформации/силы на основе Fabry-Perot
интерферометр

Схема преобразователя температуры на основе поляризации
интерферометр
6. ВСТРОЕННЫЙ ДАТЧИК
Примером встроенного датчика является датчик деформации,
схема которого показана на рисунке 4.
Рисунок 4 — Схема встроенного тензодатчика

Он основан на том же основном принципе интерферометрии белого света
. как описано в разделе о точечном датчике выше.
Свет от источника белого света передается по оптоволокну. до
оптический датчик. Здесь датчик состоит из оптоволокна. ответвитель, разветвляющийся на два волокна разной длины и имея
миниатюрное зеркало, прикрепленное к каждому концу. Эта конфигурация упомянутый
в качестве интерферометра Маха-Цендера или сенсорного интерферометра. Инцидент свет
импульс разделяется на два импульса ответвителем и по возвращении два
импульсы разделены во времени на t = 2nLs / c, где n обозначает
показатель преломления стекловолокна, Ls разность длин из
волокон и c скоростью света. Одно волокно подключено к
тестируемая структура, в то время как другое волокно находится в непосредственной близости
но не привязан.
Деформация конструкции приводит к изменению разности хода
2nLs. В этом случае он измеряется с помощью сканирующего мобильного устройства
. зеркало во втором (приемном) интерферометре, расположенном в чтение
Ед. изм. Как и прежде, максимальный сигнал помех возникает только в том случае, если
разность хода измерительного интерферометра 2nLs точно соответствует
приемного интерферометра 2Lr. Датчик температуры не зависит, так как любое изменение температуры имеет одинаковый эффект на
оба волокна, оставляя фактически неизменной разность хода.
расстояние между точками крепления, к которым крепится волокно
к структуре называется базовой длиной. Его можно установить между
10 см и 10 м, в результате чего средняя деформация по базовой длине
измеряется.
7. КВАЗИСРАСПРЕДЕЛЕННЫЙ или МУЛЬТИПЛЕКСНЫЙ ДАТЧИК
Один из самых распространенных квазираспределенных оптических датчиков основан на
. на волоконных брэгговских решетках (ВБР). ВБР формируется на коротком раздел
оптического волокна путем введения периодической модуляции шаг L
на показатель преломления.
В каждый период крошечная доля света отражается обратно, что приводит к до
сильное отражение на определенной длине волны, называемой длиной волны Брэгга.
Длина волны Брэгга lB определяется выражением lB = 2nL, где n равно
показатель преломления волокна. Только на этой длине волны все дроби
складываются в фазе, что приводит к сильному сигналу отражения.
Рисунок 5 — Схема мультиплексного датчика, использующего оптоволокно Брэгга
Решетки.
Когда ВБР деформируется или подвергается воздействию тепла, оба шага решетки Л
и показатель преломления n и длина волны Брэгга это
соответственно сдвинуты. Это обеспечивает меру деформации и
температура. Поскольку оба эффекта возникают одновременно, дополнительные 90 274 необходимо принять меры для их разграничения. Для
например, при измерении деформации вторая ВБР не присоединена к
тестируемая структура может быть развернута рядом с первой ВБР
обеспечить температурную компенсацию.
Большим преимуществом ВБР является то, что несколько ВБР, каждая с
различные длины волн Брэгга l1, l2, lN могут быть развернуты вдоль
волокно. Это обеспечивает N точек измерения в одном
кабель. Для освещения массива используется настраиваемый лазерный источник. из
датчики. Во время сканирования каждый раз длина волны лазера
соответствует одной из длин волн Брэгга li сильного обратного отражения 90 274 сигнал записывается, предоставляя информацию о температуре и
деформация в месте i.
8. РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЙ ДАТЧИК
В распределенном датчике измеряется интересующий параметр
с определенным пространственным разрешением в любой точке вдоль одной
оптический кабель. Основные лежащие в основе физические процессы для
реализации распределенного датчика обеспечиваются различными рассеиваниями
процессы. Когда лазерный луч распространяется по оптическому каналу
волокно, небольшое количество света непрерывно рассеивается обратно
в каждом месте вдоль волокна. Три основных россыпи
В кварцевом волокне важны процессы:
Рэлеевское рассеяние из-за отражений наугад
неоднородности показателя преломления, вмороженные в течение
изготовление волокна.
Комбинационное рассеяние света вследствие взаимодействия с молекулярным
вибрации и вращения в стекле.
Бриллюэновское рассеяние вследствие взаимодействия с неоднородностями
создаваемые звуковыми волнами в волокне (акустические фононы).
При анализе обратного рассеяния в области длин волн
обнаруживается, что компонента рэлеевского рассеяния имеет ту же
длина волны l0 как падающий свет. Есть два Рамана
компоненты, сдвинутые на ту же величину, что и выше (компонент Стокса)
и ниже l0 (антистоксова компонента). Точно так же Бриллюэн
обратное рассеяние состоит из двух компонент, смещенных ниже и выше
l0.
Рисунок 6 — Процессы рассеяния в оптическом волокне
Чем интересны эти процессы рассеяния для
оптическое зондирование заключается в том, что свойство обратно рассеянного света
зависит от деформации и/или температуры в волокне. Как указано
на рисунке 6 интенсивность рамановской антистоксовой составляющей
увеличивается с ростом температуры T, тогда как стоксова
компонент можно считать не зависящим от температуры. Следовательно,
взяв соотношение между ними, одно исключает другое (общее
как для стоксовых, так и для антистоксовых компонентов) возможные причины
изменений интенсивности, таких как потери на изгибе волокна и
температуру можно определить однозначно. В случае
бриллюэновского рассеяния это сдвиг длины волны рассеянного
компонентов по отношению к длине волны Рэлея, что
изменяется как с температурой T, так и с деформацией e. Следовательно, к
г. извлечение этого сдвига длины волны из обратно рассеянного света
можно реализовать датчик деформации и температуры.
Должны быть приняты дополнительные меры для разделения штамма и
температурная зависимость, как при установке референса
кабель, жестко не связанный с конструкцией и, следовательно, измеряющий только температура.
Наиболее распространенным способом извлечения пространственного распределения является
использование импульсного света и регистрация отраженного света
зависимости характеристик от времени (оптическая рефлектометрия во временной области
или рефлектометр). Таким образом можно извлечь температуру 90 274 и/или профиль деформации в пространстве.
Рисунок 7 — Схема распределенного датчика Бриллюэна

9. ССЫЛКИ
[1] JM Lopez-Higuera, «Введение в оптоволоконное зондирование технологии’,
в Справочнике по технологии измерения оптических волокон, JM Lopez-Higuera Ed, Wiley, 2002.
Статья представлена…
Dr Ralf Pechstedt
Менеджер, Волоконно-оптические приборы
Accurate Controls Ltd.
25 Cowley Road, Nuffield Industrial Estate, Poole, Dorset Bh27 0UJ Великобритания
Тел. : +44 (0) 1202 678108
Факс: +44 (0) 1202 670161
Электронная почта: rpechstedt@accurate-controls.ltd.uk
Интернет: www.accurate-controls.ltd.uk
Датчики перемещения / датчики измерения
Что такое датчик смещения?
Датчик смещения — это устройство, которое измеряет расстояние между датчиком и объектом, определяя величину смещения различных элементов и преобразовывая ее в расстояние. В зависимости от того, какой элемент используется, существует несколько типов датчиков, таких как оптические датчики смещения, линейные датчики приближения и ультразвуковые датчики смещения.
Верх страницы
Что такое измерительный датчик?
Измерительный датчик — это устройство, которое измеряет размеры объекта путем преобразования изменений количества света в электрические сигналы, когда объект прерывает широкий лазерный луч.
Верх страницы
Характеристики
1. Физическую величину объекта можно измерить.
Датчик смещения измеряет и обнаруживает изменения (смещение) физической величины.
Датчик может измерять высоту, ширину и толщину объекта, определяя величину смещения этого объекта.
Датчик измерения измеряет положение и размеры объекта.
2. Помимо вывода сигнала ВКЛ/ВЫКЛ также возможен вывод физической величины.
Также может быть выполнен аналоговый вывод физических величин (токовый выход или выход напряжения) (за исключением некоторых моделей).
Некоторые модели также поддерживают цифровую (последовательную) связь.
Верх страницы
Принципы работы и классификация
Датчики смещения
1. Оптические датчики перемещения
Метод измерения триангуляции
Эти датчики используют триангуляционную систему измерения.
Некоторые датчики используют PSD, а другие используют устройство формирования изображения (CCD и CMOS) в качестве светоприемного элемента.
• Метод PSD
Свет от источника света конденсируется линзой и направляется на объект.
Свет, отраженный от объекта, конденсируется на одномерном датчике положения (PSD)* принимающей линзой. Если положение объекта (расстояние до измерительного устройства) изменится, позиции формирования изображения на PSD будут другими, и изменится баланс двух выходов PSD.
Если двумя выходами являются A и B, рассчитайте A/(A + B) и используйте соответствующие значения для коэффициента диапазона «k» и смещения «C», как показано ниже.
* PSD: позиционно-чувствительный прибор
• Метод устройства формирования изображения (метод ПЗС и метод КМОП)
По сравнению с датчиком, использующим метод PSD, датчик, использующий КМОП (ПЗС) в качестве светоприемного элемента, обеспечивает более точное измерение смещения без влияния цвета поверхности и текстуры объектов.
Датчик определяет количество света на отдельных пикселях в КМОП (ПЗС) и преобразует их в расстояние, когда точечный луч, отражающийся от поверхности объекта, проецируется на светоприемный элемент.
Различия между CMOS и CCD
CCD означает устройство с зарядовой связью, а CMOS означает Complementary Metal Oxide Semiconductor.
• Модель регулярного отражения и модель диффузного отражения
Обычное отражение
Создается зеркальное отражение, например, от зеркального или глянцевого объекта.
Рассеянное отражение
Луч отражается во всех направлениях от объекта со стандартной поверхностью.
Модель регулярного отражения
Свет от объекта принимается путем регулярного отражения, и возможно стабильное измерение металлических и других объектов с глянцевой поверхностью.
Модель диффузного отражения
Луч света проецируется перпендикулярно на поверхность объекта, а рассеянный свет, отраженный назад, принимается для широкой области измерения.
Сенсорные головки с регулярным отражением получают прямой свет от регулярных отражений от объекта. Стабильные измерения могут быть достигнуты для объектов из металла или других материалов с глянцевой поверхностью, но диапазон измерения более узкий, чем у датчиков диффузного отражения.
Датчики диффузного отражения используют головку датчика, наклоненную под углом для приема света с правильным отражением. Это позволяет размещать головку датчика на расстоянии от объекта.
• Линейные и точечные лучи
Линейная балка Модель
Эта модель измеряет среднее смещение в линейной балке. В зависимости от условий измерения эта модель обеспечивает стабильные измерения, на которые не влияют бугры или неровности на поверхности объекта.
Точечный луч Модель
Данная модель более чувствительна к влиянию неровностей или неровностей поверхности объекта.
Принцип конфокальности
На основе принципа конфокальности излучаемый и принимаемый свет располагаются вдоль одной и той же оси. Свет принимается только тогда, когда он сфокусирован на объекте измерения, что позволяет рассчитать высоту.
Форма полученной световой волны не нарушена материалом или наклоном объекта измерения. Полученная форма светового сигнала всегда стабильна, что позволяет выполнять измерения с высоким разрешением.
• Принцип конфокальности белого света
Белый свет светодиода фокусируется в разных точках для каждого цвета (т. е. длины волны) благодаря специальному набору линз в модуле OCFL в сенсорной головке. В результате возвращается только цвет света, сфокусированного на объекте измерения, что позволяет рассчитать расстояние от головки датчика до объекта измерения на основе цвета отраженного света. Сенсорная головка содержит специальный набор линз, который разделяет белый свет на разные цвета, а контроллер содержит белый светодиодный источник света, а также спектроскоп и процессор, которые преобразуют цвет отраженного света в расстояние. В сенсорной головке нет необходимости в механизме привода линзы или электронных компонентах, даже если они считались стандартными в предыдущих конфокальных моделях. Это обеспечивает гораздо более компактную конструкцию и гораздо большую устойчивость к шуму, чем модели триангуляции и/или предыдущие конфокальные модели.
Высота определяется на основе длины волны.
Отраженный свет той длины волны, которая была сфокусирована на поверхности объекта измерения, проходит через волокно, и спектроскоп в контроллере преобразует длину волны в расстояние.
Модуль OCFL содержит специальный набор линз, разработанный OMRON, который изменяет точку фокусировки для каждого цвета (т. е. длины волны) белого света. Диаметр пятна одинаков в любом положении в пределах диапазона измерения. Это не меняет того, как это делается для триангуляции. Высокоточная технология изготовления линз позволила нам создать очень маленькую конструкцию линзы, для которой также не требуется приводной механизм.
Примечание: OCFL: линза с хроматической фокусировкой Omron
Метод световой резки
Широко распространенный лазерный луч проецируется на объект измерения для измерения формы его поперечного сечения.
Лазерный луч в виде полосы проецируется на объект измерения, и отражение от объекта принимается ПЗС. Профиль формы объекта измерения формируется по принципу треугольного измерения расстояния.
Поскольку 2D-данные по осям X и Z измеряются одновременно, нет необходимости перемещать ни датчик, ни объект измерения.
2. Линейные датчики приближения
Когда переменный ток проходит через катушку, в катушке возникает магнитный поток. Когда магнитный поток проходит через металлический предмет, он создает вихревые токи, которые генерируют магнитное поле, противодействующее изменениям тока. В результате изменяется индуктивность катушки. Функция между расстоянием от катушки до объекта определяется с точки зрения изменения индуктивности, и можно рассчитать расстояние смещения.
По мере уменьшения расстояния между металлическим объектом и головкой датчика вихревые токи увеличиваются, а амплитуда колебаний колебательного контура уменьшается.
И наоборот, по мере увеличения расстояния между металлическим объектом и головкой датчика вихревые токи уменьшаются, а амплитуда колебаний колебательного контура увеличивается.
Амплитуда колебаний колебательного контура изменяется при изменении положения металлического предмета, поэтому измерения проводятся путем обнаружения этих изменений амплитуды колебаний.
3. Ультразвуковые датчики перемещения
Передатчик посылает ультразвуковые волны к объекту, а приемник принимает обратно от него отраженные волны. Этот тип датчика определяет расстояние, вычисляя соотношение между временем, необходимым для отправки и приема ультразвуковых волн, и скоростью звука.
4. Датчики смещения контактов
Датчик этого типа измеряет смещение посредством прямого контакта измеряемого объекта с датчиком.
Обеспечивает превосходную точность измерения по сравнению с бесконтактными датчиками.
Метод дифференциального трансформатора
Когда головка датчика касается объекта, она давит на движущийся сердечник, и центр сердечника отдаляется от центра катушки, создавая зазор. Когда оба конца соединенных двух катушек возбуждаются переменным током, полное сопротивление обеих катушек изменяется в зависимости от зазора между центром катушки и центром сердечника. Этот зазор (смещение) выводится линейно как дифференциальное напряжение катушек, и, следовательно, смещение объекта может быть определено путем обнаружения этого дифференциального напряжения.
Типовая модель: ZX-T
Метод магнитного зондирования
Когда головка датчика касается объекта, магнитная шкала с северным и южным полюсами, расположенными попеременно с мелким шагом внутри датчика, перемещается.
Изменение магнитного потока, происходящее в это время, определяется датчиком магнитного сопротивления для определения смещения.
Типовая модель: E9NC-T
Датчики измерения
Оптические измерительные датчики
Измерительные датчики, которые измеряют ширину или положение объектов, используют один из следующих трех методов: определение интенсивности света, устройство формирования изображения или лазерное сканирование.
Все типы измерительных датчиков состоят из излучателя и приемника.
Скачать PDF (2509 КБ)
Что такое оптоволоконный датчик?| Основы датчиков: вводное руководство по датчикам
Датчики
бывают самые разные, и у каждого типа есть сильные и слабые стороны. В этом разделе подробно рассматриваются оптоволоконные датчики.
Контур
Волоконно-оптический датчик имеет оптическое волокно, подключенное к источнику света, чтобы обеспечить обнаружение в ограниченном пространстве или там, где выгоден небольшой профиль.
Основные и основные типы
Оптическое волокно состоит из сердцевины и оболочки, которые имеют разные показатели преломления. Луч света проходит через сердцевину, многократно отражаясь от стенки оболочки. Световой пучок, прошедший через волокно без потери количества света, рассеивается под углом примерно 60° и излучается в цель.
Сердечники делятся на следующие типы:
Пластиковые тип
Сердцевина пластикового волокна состоит из одного или нескольких волокон акриловой смолы диаметром от 0,25 до 1 мм и от 0,01 до 0,04 дюйма, заключенных в полиэтиленовую оболочку. Пластиковые волокна легкие, экономичные и гибкие, поэтому они являются наиболее распространенным типом волоконных датчиков.
Тип стекла
Стекловолокно состоит из стеклянных волокон диаметром от 10 до 100 мкм и диаметром от 0,39 до 3,94 мил, заключенных в трубку из нержавеющей стали. Это позволяет использовать его при высоких рабочих температурах (макс. 350°C 662°F).
Волоконно-оптические датчики делятся на две категории: лучевые и отражающие. Тип thrubeam состоит из передатчика и приемника. Отражающий тип, представляющий собой единое целое, доступен в 3 типах: параллельный, коаксиальный и раздельный. 3 основаны на форме поперечного сечения оптического волокна.
Тип Описание
Параллельный
Обычно используется для пластиковых волокон.
Коаксиальный
Высокоточный тип, состоящий из сердечника (передатчика) и окружающей области (приемника). Рабочее положение может оставаться одним и тем же независимо от направления, с которого цель входит в зону обнаружения.
Отдельный
Этот тип, содержащий несколько 10 мкм стеклянных волокон диаметром 0,39 мил, имеет отдельные области для передатчика и приемника.

Categories Разное

alexxlab
Добавить комментарий Отменить ответ
Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *
Комментарий *
Имя *
Email *
Сайт

Навигация по записям
Previous ReadingHtc дизаер еуе: Обзор смартфона HTC Desire Eye
Next ReadingОбозначение выводов транзистора: Обозначение выводов биполярных и полевых транзисторов

Рубрики
Прост
Радио
Разное
Своими руками
Советы
Схем
Схемы
Транзист
Транзисторы
Электрон
Электроника

Внимание! Внешний вид товара, комплектация и характеристики могут изменяться производителем без предварительных уведомлений. Данный интернет-сайт носит исключительно информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, определяемой положениями Статьи 437 (2) Гражданского кодекса Российской Федерации. 2025 © Все права защищены.

Тип	Описание
Параллельный	Обычно используется для пластиковых волокон.
Коаксиальный	Высокоточный тип, состоящий из сердечника (передатчика) и окружающей области (приемника). Рабочее положение может оставаться одним и тем же независимо от направления, с которого цель входит в зону обнаружения.
Отдельный	Этот тип, содержащий несколько 10 мкм стеклянных волокон диаметром 0,39 мил, имеет отдельные области для передатчика и приемника. Categories Разное alexxlab Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт Навигация по записям Previous ReadingHtc дизаер еуе: Обзор смартфона HTC Desire Eye Next ReadingОбозначение выводов транзистора: Обозначение выводов биполярных и полевых транзисторов Рубрики Прост Радио Разное Своими руками Советы Схем Схемы Транзист Транзисторы Электрон Электроника Внимание! Внешний вид товара, комплектация и характеристики могут изменяться производителем без предварительных уведомлений. Данный интернет-сайт носит исключительно информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, определяемой положениями Статьи 437 (2) Гражданского кодекса Российской Федерации. 2025 © Все права защищены.