Ką veikia fotoelektrinis detektorius?

Kaip fotoelektriniai detektoriai maitina mūsų nematomą pasaulį

Ar kada susimąstėte, kaip jūsų išmanusis telefonas automatiškai reguliuoja ryškumą, gamyklos įrenginiai „mato“ pro šalį lekiančius produktus ar apsaugos sistemos pastebi, kad kažkas artėja? Už šių triukų slypinti nežinoma herojė yra fotoelektrinis detektorius – įrenginys, šviesą paverčiantis veiksmingomis intelekto funkcijomis.

Taigi, kąTiksliaiAr veikia fotoelektrinis detektorius?

Iš esmės fotoelektrinis detektorius yra prietaisas, kurisŠviesos signalus (fotonus) paverčia elektriniais signalais (srove arba įtampa)Įsivaizduokite jį kaip mažytį vertėją, kuris jaučia šviesos pokyčius – ar spindulys blokuojamas, atsispindi, ar keičiasi jo intensyvumas – ir akimirksniu paverčia šią informaciją elektros signalu, kurį mašinos, kompiuteriai ar valdymo sistemos gali suprasti ir į kurį jos gali reaguoti. Šis esminis gebėjimas, daugiausia pagrįstas...fotoelektrinis efektas(kai šviesa, patekusi į tam tikras medžiagas, išmuša elektronus), jos tampa neįtikėtinai universaliomis „akimis“, kurias galima pritaikyti daugybei sričių.

Kaip iš tikrųjų veikia šie „šviesos jutikliai“?

Dauguma fotoelektrinių detektorių turi tris pagrindines dalis:

1. Šviesos šaltinis (spinduolis):Paprastai tai LED (matoma raudona, žalia arba infraraudonųjų spindulių) arba lazerinis diodas, skleidžiantis fokusuotą šviesos spindulį.
2. Gavėjas:Paprastai tai fotodiodas arba fototranzistorius, kruopščiai suprojektuotas taip, kad aptiktų skleidžiamą šviesą ir jos buvimą, nebuvimą ar intensyvumo pokytį paverstų elektros srove.
3. Aptikimo grandinė:Smegenys, kurios apdoroja imtuvo signalą, filtruoja triukšmą ir sukelia švarų, patikimą išvestį (pvz., įjungiant / išjungiant jungiklį arba siunčiant duomenų signalą).

Jie aptinka objektus ar pokyčius naudodami skirtingus „stebėjimo“ metodus:

• Tolinamasis spindulys (perdavimas):Siųstuvas ir imtuvas yra nukreipti vienas į kitą. Objektas aptinkamas, kai jisblokaiŠviesos spindulys. Užtikrina ilgiausią veikimo nuotolį (daugiau nei 10 metrų) ir didžiausią patikimumą.
• Atspindintis:Skleidėjas ir imtuvas yra tame pačiame įrenginyje, nukreipti į specialų reflektorių. Objektas aptinkamas, kai jispertraukosatspindėtas spindulys. Lengviau suderinti nei perėjimo spindulį, bet gali būti apgaulingas labai blizgančių objektų.
• Difuzinis atspindys:Siųstuvas ir imtuvas yra tame pačiame įrenginyje, nukreipti į taikinį. Objektas aptinkamas, kai jisatspindiskleidžiama šviesa grįžta į imtuvą. Nereikia atskiro atšvaito, tačiau aptikimas priklauso nuo objekto paviršiaus.
• Fono slopinimas (BGS):Protingesnis difuzinis tipas. Naudojant trianguliaciją, jistikaptinka objektus konkrečiame, iš anksto nustatytame atstumo diapazone, ignoruodamas viską, kas yra už jo ar per arti už taikinio.

Kodėl jie visur? Pagrindiniai privalumai:

Fotoelektriniai detektoriai dominuoja daugelyje jutimo užduočių, nes jie siūlo unikalių privalumų:

• Bekontaktis jutimas:Jiems nereikia liesti objekto, todėl jutiklis ir trapūs daiktai nesidėvi.
• Ilgi aptikimo diapazonai:Ypač transliacinių spindulių jutikliai, gerokai lenkiantys indukcinius ar talpinius jutiklius.
• Žaibiškai greitas atsakas:Elektroniniai komponentai reaguoja per mikrosekundes, puikiai tinka greitaeigėms gamybos linijoms.
• Medžiagos agnostikas:Aptikti virtualiaibet kas– metalui, plastikui, stiklui, medienai, skysčiams, kartonui – kitaip nei indukciniai jutikliai, kurie jaučia tik metalą.
• Mažų objektų aptikimas ir didelė raiška:Gali pajusti smulkias detales arba tikslias jų pozicijas.
• Spalvų ir kontrasto diskriminacija:Gali atskirti objektus pagal tai, kaip jie atspindi arba sugeria tam tikro ilgio šviesą.

Kur juos rasite veikiant (poveikis realiame pasaulyje):

Taikymo sritys yra labai plačios ir apima beveik kiekvieną pramonės šaką:

• Pramoninė automatika (The Powerhouse):Produktų skaičiavimas ant konvejerių, butelių kamštelių uždėjimo tikrinimas, etikečių aptikimas, robotinių rankų pozicionavimas, pakuočių užpildymo užtikrinimas, surinkimo linijų stebėjimas – tai esminiai šiuolaikinio gamybos efektyvumo elementai.
• Saugumas ir prieigos kontrolė:Automatiniai durų jutikliai, įsilaužimo aptikimo spinduliai, žmonių skaičiavimo sistemos.
• Vartotojų elektronika:Išmaniųjų telefonų aplinkos šviesos jutikliai, televizorių nuotolinio valdymo pultelių imtuvai, optinės pelės.
• Automobiliai:Automatinių valytuvų lietaus jutikliai, kliūčių aptikimas saugos sistemose, priekinių žibintų valdymas.
• Sveikatos priežiūra:Svarbiausi komponentaidūmų detektoriaianalizuojant oro mėginius,pulso oksimetraikraujo deguonies matavimas, medicininio vaizdo gavimo įranga, pavyzdžiui, pažangūs kompiuterinės tomografijos skaitytuvai.
• Ryšiai:Šviesolaidiniai tinklai naudoja fotodetektorius, kad šviesos impulsus paverstų atgal į elektrinius duomenų signalus.
• Energija:Saulės elementai (fotovoltinių detektorių tipas), saulės šviesą paverčiantys elektra.

Ateitis šviesi: kas toliau?

Fotoelektrinių detektorių technologija nestovi vietoje. Pažangiausi pasiekimai plečia ribas:

• Ekstremalus miniatiūrizavimas:Mažyčių, spalvoms jautrių detektorių kūrimas naudojant nanomedžiagas, tokias kaip hibridiniai nanopluoštai ir silicio nanolydžiai.
• Patobulintas našumas:2D/3D heterostruktūrinės medžiagos (pvz., MoS2/GaAs, grafenas/Si), leidžiančios naudoti itin didelės spartos ir itin jautrius detektorius net ir esant sudėtingai UV šviesai.
• Išmanesnis funkcionalumas:Detektoriai su integruota spektrine analize (hiperspektriniu vaizdavimu) arba poliarizacijos jautrumu, kad būtų galima užfiksuoti išsamesnę informaciją.
• Platesnės taikymo sritys:Suteikia naujų galimybių medicininės diagnostikos, aplinkos stebėsenos, kvantinių skaičiavimų ir naujos kartos ekranų srityse.

Rinkos bumas: atspindi paklausą

Sprogstamasis automatizavimo ir išmaniųjų technologijų augimas tiesiogiai skatina fotoelektrinių detektorių rinką. Vertinama1,69 mlrd. JAV dolerių 2022 m.prognozuojama, kad jis išaugs iki stulbinančio4,47 mlrd. JAV dolerių iki 2032 m., augant tvirtu 10,2 % metiniu augimo tempu. TheAzijos ir Ramiojo vandenyno regionas, kurią skatina didžiulė gamybos automatizacija ir elektronikos gamyba, pirmauja šiame tempe. Tokie dideli žaidėjai kaip „Hamamatsu“, „OSRAM“ ir „LiteON“ nuolat diegia inovacijas, kad patenkintų šią augančią paklausą.