فئات: مقالات مميزة » إلكترونيات عملية
مرات المشاهدة: 127164
تعليقات على المقال: 5
أجهزة استشعار ضوئي وتطبيقاتها
ما هي محولات الضوء
في مختلف الأجهزة الإلكترونية وأجهزة أتمتة المنزل والصناعية ، والتصاميم المختلفة للهواة الراديو photosensors تستخدم على نطاق واسع جدا. يجب على أي شخص قام بتفكيك فأرة الكمبيوتر القديمة ، كما كان يطلق عليه "komovskaya" ، مع كرة في الداخل ، أن يرى عجلات ذات فتحات تدور في فتحات جهاز استشعار الضوء.
وتسمى هذه الضواغط مقاطعات الصورة - يقطع تدفق الضوء. على جانب واحد من هذا الاستشعار هو مصدر - الاديةكقاعدة عامة ، تحت الحمراء (IR) ، مع الترانزستور الضوئي آخر (على نحو أكثر دقة ، واثنين من الترانزستورات الضوئية ، في بعض نماذج من الثنائي الضوئي ، لتحديد أيضا اتجاه دوران). عندما يتم تدوير العجلة بفتحات عند مخرج المستشعر الضوئي ، يتم الحصول على نبضات كهربائية ، وهي معلومات حول الموضع الزاوي لهذه العجلة نفسها. وتسمى هذه الأجهزة الترميز. وعلاوة على ذلك ، يمكن أن يكون التشفير مجرد اتصال ، وتذكر عجلة الماوس الحديثة!
لا تستخدم مقاطعات الصور في "الفئران" فحسب ، بل أيضًا في الأجهزة الأخرى ، على سبيل المثال ، أجهزة استشعار السرعة لبعض الآليات. في هذه الحالة ، يتم استخدام جهاز استشعار ضوئي واحد ، لأنه لا يلزم تحديد اتجاه الدوران.
إذا ، لسبب ما ، وغالبًا ما يتم إصلاحه ، صعد إلى الأجهزة الإلكترونية الأخرى ، يمكن العثور على مستشعرات الصور في الطابعات والماسحات الضوئية والناسخات ، في محركات الأقراص المضغوطة ، ومشغلات أقراص DVD ، ومسجلات أشرطة الفيديو ، وكاميرات الفيديو وغيرها من المعدات.
فما هي محولات الضوء وما هي؟ انظر فقط ، دون الخوض في فيزياء أشباه الموصلات ، وعدم فهم الصيغ وعدم النطق بكلمات غير مفهومة (إعادة التركيب ، وإعادة امتصاص ناقلات الأقليات) ، والتي تسمى "على الأصابع" ، وكيف تعمل هذه المجسات الضوئية.
الشكل 1. صورة قاطع
مقاومة ضوئية
كل شيء واضح معه. بما أن المقاوم الثابت العادي لديه مقاومة أومية ، فإن اتجاه الاتصال في الدائرة لا يلعب دورًا. فقط ، على عكس المقاوم الثابت ، يغير المقاومة تحت تأثير الضوء: عندما ينير ، يتناقص عدة مرات. يعتمد عدد هذه "الأوقات" على نموذج مقاوم الضوء ، في المقام الأول على مقاومته المظلمة.
من الناحية الهيكلية ، فإن مقاومات الضوء هي علبة معدنية بها نافذة زجاجية يمكن من خلالها رؤية لوحة بلون رمادي مع مسار متعرج. ونفذت في وقت لاحق من النماذج في حالة من البلاستيك مع قمة شفافة.
تكون سرعة مقاومات الضوء منخفضة ، بحيث لا يمكنها العمل إلا على ترددات منخفضة جدًا. لذلك ، في التطورات الجديدة ، لا يتم استخدامها مطلقًا. لكن يحدث أنه أثناء عملية إصلاح المعدات القديمة سيتعين عليهم مقابلتها.
للتحقق من صحة المقاوم للضوء ، وهو ما يكفي للتحقق من مقاومته مع المتر. في حالة عدم وجود إضاءة ، يجب أن تكون المقاومة كبيرة ، على سبيل المثال ، يكون لمقاومة الضوء SF3-1 مقاومة داكنة وفقًا للبيانات المرجعية لـ 30MOhm. إذا كانت مضاءة ، فإن المقاومة ستنخفض إلى عدد قليل من KOhms. يظهر مظهر مقاوم الضوء في الشكل 2.
الشكل 2. مقاومة للضوء SF3-1
فوتوديوديس
تشبه إلى حد كبير الصمام الثنائي المعدل التقليدي ، إن لم يكن لخاصية التفاعل مع الضوء. إذا "رنّتها" بأداة اختبار ، فمن الأفضل استخدام مفتاح مُحدث ، في حالة عدم وجود إضاءة ، ستكون النتائج كما هي في حالة الصمام الثنائي التقليدي: في الاتجاه الأمامي ، سيظهر الجهاز مقاومة قليلة ، وفي الاتجاه المعاكس ، لن يتحرك سهم الجهاز في الاتجاه المعاكس.
يقولون أن الصمام الثنائي قيد التشغيل في الاتجاه المعاكس (يجب أن نتذكر هذه النقطة) ، وبالتالي فإن التيار لا يمر به. ولكن إذا كان هذا الثنائي مضيئًا في هذا التضمين بمصباح كهربائي ، فسوف يندفع السهم فجأة إلى علامة الصفر.هذا النمط من تشغيل الثنائي الضوئي يسمى الثنائي الضوئي.
يحتوي الثنائي الضوئي أيضًا على وضع تشغيل كهروضوئي: عندما يضربه الضوء ، مثله البطارية الشمسية، ينتج جهدًا ضعيفًا ، إذا تم تعزيزه ، يمكن استخدامه كإشارة مفيدة. ولكن ، في كثير من الأحيان يتم استخدام الثنائي الضوئي في وضع الثنائي الضوئي.
الثنائيات الضوئية للتصميم القديم في المظهر هي اسطوانة معدنية مع اثنين من الخيوط. من ناحية أخرى هي عدسة زجاجية. تحتوي الثنائيات الضوئية الحديثة على غلاف مصنوع من البلاستيك الشفاف ، تمامًا مثل مصابيح LED.
التين. 2. الثنائيات الضوئية
phototransistors
في المظهر ، لا يمكن تمييزها ببساطة عن المصابيح ، نفس الحالة مصنوعة من البلاستيك الشفاف أو اسطوانة مع كوب في النهاية ، ومنه هناك مخرجات - جامع وباعث. لا يبدو أن الترانزستور الضوئي يحتاج إلى ناتج أساسي ، لأن إشارة الدخل الخاصة به هي تدفق الضوء.
على الرغم من أن بعض الترانزستورات الضوئية لا يزال لديها ناتج أساسي ، والذي يسمح ، بالإضافة إلى الضوء ، بالتحكم في الترانزستور كهربائياً. يمكن العثور على هذا في بعض optocouplers الترانزستور ، على سبيل المثال ، AOT128 و 4 N35 المستوردة ، والتي هي النظير وظيفية أساسا. يتم توصيل المقاوم بين القاعدة وباعث الترانزستور الضوئي لتغطية قليلا من الترانزستور الضوئي ، كما هو مبين في الشكل 4.
الشكل 3. الترانزستور الضوئي
عادةً ما "يعلق" optocoupler 10-100KΩ ، بينما يحتوي "التناظرية" المستورد على حوالي 1MΩ. إذا وضعت حتى 100 كيلو بايت ، فلن تعمل ، فسيتم إغلاق الترانزستور بإحكام.
كيفية التحقق من الترانزستور الضوئي
يمكن ببساطة اختبار الترانزستور الضوئي بواسطة جهاز اختبار ، حتى لو لم يكن له ناتج أساسي. عندما يكون مقياس التيار الكهربائي متصلاً بأي قطبية ، تكون مقاومة مقطع الباعث جامعًا إلى حد كبير ، نظرًا لأن الترانزستور مغلق. عندما يحصل الضوء على كثافة وطيف كافيين على العدسة ، فإن مقياس الأومومتر سوف يظهر مقاومة قليلة - فتح الترانزستور ، إذا كان ، بالطبع ، كان من الممكن تخمين قطبية اتصال المختبر. في الواقع ، يشبه هذا السلوك ترانزستور تقليدي ، فقط يتم فتحه بإشارة كهربائية ، وهذا بتيار ضوئي. بالإضافة إلى كثافة تدفق الضوء ، يلعب تركيبه الطيفي دورًا مهمًا. لميزات اختبار الترانزستور ، انظر هنا.
طيف الضوء
عادةً ما يتم ضبط حساس الضوء على طول موجي محدد من الإشعاع الضوئي. إذا كان هذا الإشعاع تحت الحمراء ، فإن هذا المستشعر لا يستجيب جيدًا لمصابيح LED الزرقاء والخضراء ، وهو جيد بما يكفي للأحمر ، ومصباح ساطع ، وبالطبع للأشعة تحت الحمراء. كما أنها لا تقبل الضوء من مصابيح الفلورسنت. لذلك ، قد يكون سبب سوء تشغيل جهاز الاستشعار الضوئي مجرد طيف غير مناسب لمصدر الضوء.
لقد كتب أعلاه كيفية رنين الثنائي الضوئي والترانزستور الضوئي. هنا يجب الانتباه إلى مثل هذا التافه على ما يبدو مثل نوع جهاز القياس. في مقياس رقمي متعدد ، في وضع استمرارية أشباه الموصلات ، توجد علامة زائد في نفس المكان كما هو الحال عند قياس جهد التيار المستمر ، أي على السلك الأحمر.
ستكون نتيجة القياس هي انخفاض الجهد بالميليفولت عند تقاطع p-n في الاتجاه الأمامي. وكقاعدة عامة ، هذه هي الأرقام في حدود 500 - 600 ، والتي لا تعتمد فقط على نوع جهاز أشباه الموصلات ، ولكن أيضا على درجة الحرارة. مع زيادة درجة الحرارة ، ينخفض هذا الرقم بمقدار 2 لكل درجة مئوية ، وهذا بسبب معامل درجة الحرارة لمقاومة TCS.
عند استخدام جهاز اختبار المؤشر ، يجب أن نتذكر أنه في وضع قياس المقاومة ، يكون الناتج الموجب على السالب في وضع قياس الجهد. مع مثل هذه الفحوصات ، من الأفضل إضاءة مستشعرات الصور باستخدام مصباح ساطع من مسافة قريبة.
الاقتران مع جهاز استشعار ضوئي
في الآونة الأخيرة ، اهتم العديد من عشاق الراديو بتصميم الروبوتات. في أغلب الأحيان ، إنه شيء بدائي على ما يبدو ، مثل صندوق به بطاريات على عجلات ، لكنه ذكي بشكل رهيب: يسمع كل شيء ، يرى كل شيء ، يدور حول العقبات.يرى كل شيء فقط بسبب ناقلات الصور الضوئية أو الثنائيات الضوئية ، وربما حتى مقاومات الضوء.
كل شيء بسيط جدا هنا. إذا كان هذا مقاومًا ضوئيًا ، يكفي توصيله ، كما هو موضح في الرسم البياني ، وفي حالة الترانزستور الضوئي أو الثنائي الضوئي ، حتى لا تخلط بين القطبية "يرنهم" أولاً ، كما هو موضح أعلاه. من المفيد بشكل خاص القيام بهذه العملية ، إذا لم تكن الأجزاء جديدة ، فتأكد من أنها مناسبة. توصيل أجهزة استشعار الصور المختلفة بـ متحكم هو مبين في الشكل 4.
الشكل 4. مخططات لتوصيل حساس ضوئي إلى متحكم
قياس الضوء
تتميز الديودات الضوئية والناقلات الضوئية بحساسية منخفضة وعالية اللاخطية وطيف ضيق للغاية. التطبيق الرئيسي لأجهزة الصور هذه هو العمل في وضع المفاتيح: on-off. لذلك ، فإن إنشاء عدادات ضوئية عليها يمثل مشكلة كبيرة ، على الرغم من أنه قبل استخدام عدادات الإضاءة التناظرية هذه بدقة أجهزة استشعار الضوء.
لكن لحسن الحظ ، فإن تكنولوجيا النانو لا تقف صامدة ، ولكنها تمضي قدمًا على قدم وساق. لقياس الإضاءة "هناك ،" قاموا بإنشاء شريحة متخصصة TSL230R ، وهي عبارة عن محول تردد ضوئي قابل للبرمجة.
خارجيا ، الجهاز عبارة عن شريحة في علبة DIP8 مصنوعة من البلاستيك الشفاف. جميع إشارات الإدخال والإخراج في المستوى متوافقة مع منطق TTL - CMOS ، مما يجعل من السهل إقران المحول بأي متحكم دقيق.
باستخدام الإشارات الخارجية ، يمكنك تغيير حساسية الثنائي الضوئي ومقياس إشارة الخرج ، على التوالي ، 1 ، 10 ، 100 و 2 ، 10 ، و 100 مرة. الاعتماد على تردد إشارة الخرج على الإضاءة خطي ، يتراوح من كسور هيرتز إلى 1 ميغاهيرتز. يتم تنفيذ إعدادات المقياس والحساسية من خلال توفير مستويات منطقية لـ 4 مدخلات فقط.
يمكن إدخال الدائرة الصغرية في وضع الاستهلاك الجزئي (5 μA) الذي يوجد استنتاج منفصل له ، على الرغم من أنه في وضع التشغيل ، لا يكون شرهًا بشكل خاص. بجهد إمداد يبلغ 2.7 ... 5.5 فولت ، لا يزيد الاستهلاك الحالي عن 2 مللي أمبير. لتشغيل رقاقة لا يتطلب أي الربط الخارجي ، إلا أن مكثف حجب للسلطة.
في الواقع ، يكفي توصيل عداد التردد بالدائرة الصغيرة والحصول على قراءات الإضاءة ، في ظاهر الأمر ، على ما يبدو ، في بعض وحدات التشغيل. في حالة استخدام متحكم دقيق ، مع التركيز على تردد إشارة الخرج ، يمكنك التحكم في الإضاءة في الغرفة ، أو ببساطة عن طريق مبدأ "إيقاف التشغيل".
TSL230R ليس هو مقياس الضوء الوحيد. أكثر تقدما هي أجهزة استشعار مكسيم MAX44007-MAX44009. أبعادها أصغر من TSL230R ، استهلاك الطاقة هو نفسه كما في أجهزة الاستشعار الأخرى في وضع السكون. الغرض الرئيسي من أجهزة استشعار الضوء هذه هو الاستخدام في الأجهزة التي تعمل بالبطارية.
جهاز استشعار الضوء يتحكم في الإضاءة
واحدة من المهام التي يتم تنفيذها بمساعدة من أجهزة الاستشعار الضوئي التحكم في الإضاءة. وتسمى هذه المخططات تتابع الصورة، في معظم الأحيان هذا هو إدراج بسيط للإضاءة في الظلام. تحقيقًا لهذه الغاية ، طور العديد من الهواة العديد من الدوائر ، والتي سننظر في بعضها في المقالة التالية.
استمرار المقال: مخططات ترحيل الصور للتحكم في الإضاءة
انظر أيضا في electro-ar.tomathouse.com
: