مستشعر كهروضوئي

المستشعر الكهروضوئي هو جهاز يُستخدم لتحديد بُعد جسم ما، أو وجوده، أو عدم وجوده، وذلك باستخدام مُرسِل ضوئي، غالبًا ما يكون يعمل بالأشعة تحت الحمراء ، ومُستقبِل كهروضوئي . ويُستخدم على نطاق واسع في الصناعات التحويلية. وهناك ثلاثة أنواع مفيدة: المستشعرات المتقابلة (التي تُمرر الضوء مباشرةً)، والمستشعرات العاكسة، ومستشعرات القرب (التي تُمرر الضوء منتشرًا).

يحتوي المستشعر الكهروضوئي المتكامل على البصريات والإلكترونيات، ولا يحتاج إلا إلى مصدر طاقة. يقوم المستشعر بعمليات التضمين ، وإزالة التضمين ، والتضخيم ، وتبديل الإخراج بنفسه. توفر بعض المستشعرات المتكاملة خيارات إضافية مثل مؤقتات أو عدادات تحكم مدمجة. وبفضل التقدم التكنولوجي، أصبحت المستشعرات الكهروضوئية المتكاملة أصغر حجمًا بشكل ملحوظ.

تحتوي أجهزة الاستشعار الكهروضوئية عن بُعد، المستخدمة في الاستشعار عن بُعد، على المكونات البصرية فقط. أما دوائر إدخال الطاقة والتضخيم والتحويل، فتوجد في مكان آخر، عادةً في لوحة تحكم. وهذا ما يسمح بتصغير حجم جهاز الاستشعار نفسه. كما يسهل الوصول إلى أدوات التحكم فيه، نظرًا لكبر حجمها.

عندما تكون المساحة محدودة أو البيئة قاسية للغاية حتى بالنسبة لأجهزة الاستشعار عن بُعد، يمكن استخدام الألياف الضوئية . الألياف الضوئية هي مكونات استشعار ميكانيكية سلبية. يمكن استخدامها مع أجهزة الاستشعار عن بُعد أو أجهزة الاستشعار المستقلة. لا تحتوي على دوائر كهربائية أو أجزاء متحركة، ويمكنها نقل الضوء بأمان من وإلى البيئات القاسية. ^{[ 1 ]}

يتكون نظام الإرسال المباشر من جهاز استقبال يقع ضمن خط رؤية جهاز الإرسال. في هذا الوضع، يتم الكشف عن الجسم عندما يحجب جهاز الإرسال شعاع الضوء عن الوصول إلى جهاز الاستقبال.

يعتمد نظام الانعكاس العكسي على وضع جهاز الإرسال وجهاز الاستقبال في نفس الموقع، ويستخدم عاكساً لعكس شعاع الضوء المقلوب من جهاز الإرسال إلى جهاز الاستقبال. ويتم استشعار وجود جسم ما عندما ينقطع الشعاع ولا يصل إلى جهاز الاستقبال.

في نظام الاستشعار القريب (المنتشر)، يجب أن ينعكس الإشعاع المرسل عن الجسم ليصل إلى جهاز الاستقبال. في هذا النظام، يُكتشف الجسم عندما يرى جهاز الاستقبال مصدر الإشعاع المرسل، وليس عندما لا يراه. وكما هو الحال في أجهزة الاستشعار العاكسة، توجد باعثات ومستقبلات الاستشعار المنتشر في نفس الغلاف. لكن الهدف يعمل كعاكس، بحيث ينعكس الضوء عن الجسم المُسبب للتشويش. يُصدر الباعث شعاعًا ضوئيًا (غالبًا ما يكون نبضيًا بالأشعة تحت الحمراء، أو ضوءًا أحمر مرئيًا، أو ليزرًا) ينتشر في جميع الاتجاهات، ليملأ منطقة الكشف. ثم يدخل الهدف هذه المنطقة، فيُعيد جزءًا من الشعاع إلى جهاز الاستقبال. ويحدث الكشف، ويتم تشغيل أو إيقاف الإخراج عندما يسقط ضوء كافٍ على جهاز الاستقبال.

تحتوي بعض الخلايا الكهروضوئية على نوعين تشغيليين مختلفين: خلايا تعمل بالضوء وخلايا تعمل بالظلام. تعمل الخلايا الكهروضوئية التي تعمل بالضوء عندما يستقبل جهاز الاستقبال إشارة جهاز الإرسال. أما الخلايا الكهروضوئية التي تعمل بالظلام، فتعمل عندما لا يستقبل جهاز الاستقبال إشارة جهاز الإرسال.

يُعرَّف نطاق الكشف للمستشعر الكهروضوئي بأنه "مجال رؤيته"، أي أقصى مسافة يمكن للمستشعر من خلالها الحصول على المعلومات، مطروحًا منها أدنى مسافة. أما أصغر جسم يمكن للمستشعر كشفه فهو أصغر جسم يستطيع المستشعر رصده. وغالبًا ما تتميز المستشعرات الأكثر دقة بإمكانية كشف أجسام متناهية الصغر.

تتمتع أجهزة الاستشعار الكهروضوئية بمزايا مثل: ^{[ 3 ]}

• حجم صغير
• تنوع المواد المراد الكشف عنها
• نطاق كشف واسع، وتفاوت في النطاق
• عملية سريعة بدون تلامس

لكن القيود هي: ^{[ 3 ]}

• لتمكين وضع التشغيل، يجب استيفاء شروط معينة يحددها المصنع؛ فالإضاءة المفرطة مثل ضوء الشمس قد تتداخل مع وضع التشغيل، مما يتطلب حماية وترشيحًا مناسبين.
• يمكن أن تؤثر انعكاسية الجسم المراد اكتشافه على أداء المستشعر، خاصة في أوضاع الانعكاس الرجعي والانعكاس المنتشر.
• يكون نطاق الكشف لأجهزة الاستشعار الكهروضوئية محدودًا ما لم يتم استخدام زوج من الباعث والمستقبل
• تتطلب بعض أجهزة الاستشعار الكهروضوئية، وخاصة الأنواع التي تعمل عبر الشعاع، محاذاة دقيقة للتشغيل الموثوق.
• يمكن أن تؤثر البيئة القاسية (مثل درجات الحرارة المرتفعة، والحموضة، والأبخرة، والأوساخ) على الأداء

• قائمة أجهزة الاستشعار
• كاشف ضوئي
• مستشعر التقارب
• مستشعر
• العين الكهربائية
• ثنائي ضوئي

• دليل الاستشعار ، 2002، شركة بانر للهندسة، رقم القطعة 120236. مؤرشف بتاريخ 21 ديسمبر 2021 في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine).
• دليل الاستشعار