I sensori ottici

Un sensore ottico converte i raggi luminosi in un segnale elettronico. Il suo scopo è quello di misurare una quantità fisica di luce e, a seconda del tipo di sensore, tradurla in una forma leggibile da un dispositivo di misura integrato. I sensori ottici vengono utilizzati per la rilevazione, il conteggio o il posizionamento di oggetti. Mentre i sensori esterni raccolgono e trasmettono una quantità di luce richiesta, quelli interni vengono spesso utilizzati per misurare le curve e altri piccoli cambiamenti nella direzione.

Introduzione

Ci sono diversi tipi di sensori ottici, i tipi più comuni sono i dispositivi fotoconduttori utilizzati per misurare un cambiamento di luce incidente in termini di variazioni di resistenza. La cella fotovoltaica (celle solari) converte una quantità di luce incidente in una tensione di uscita. I fotodiodi che convertono una quantità di luce incidente in una corrente di uscita.  I fototransistori, invece, sono un tipo di transistor bipolare in cui la giunzione collettore-base è esposta alla luce. Ciò determina lo stesso comportamento di un fotodiodo, ma con un guadagno interno.  Il principio di funzionamento è la trasmissione e la ricezione di luce in un sensore ottico: l'oggetto da rilevare riflette o interrompe una quantità di luce emessa da un diodo emettitore. A seconda del tipo di dispositivo viene valutata l'interruzione o la riflessione del fascio luminoso. Ciò consente di rilevare oggetti indipendentemente dal materiale (legno, metallo, plastica o altro). I dispositivi speciali consentono anche di individuare oggetti trasparenti o quelli con differenti colori o varianti di contrasto.

Il sistema a raggi infrarossi è costituito da due componenti distinte, il trasmettitore e il ricevitore disposti in posizione opposta tra loro. Il trasmettitore proietta un fascio di luce sul ricevitore. L'interruzione del fascio luminoso viene interpretata dal ricevitore come un segnale di commutazione (figura 1).

Figura 1: sistema a raggi infrarossi

 

Esistono molti tipi di sorgenti luminose. Il sole e la luce sono state le prime fonti luminose utilizzate per studiare l'ottica. Infatti, la luce proveniente da determinate materie (ad esempio, iodio, cloro e ioni di mercurio) fornisce ancora punti di riferimento nello spettro ottico. Uno dei componenti chiave della comunicazione ottica è la sorgente luminosa. Nelle comunicazioni ottiche le sorgenti luminose devono essere monocromatiche, compatte e durature.

Parametri

I datasheet di ciascun sensore comprendono i valori massimi assoluti e le caratteristiche elettriche ed ottiche. Sono definiti i valori massimi per parametri quali la tensione inversa e diretta, la corrente del collettore, la dissipazione di potenza e le temperature di lavoro. I sensori ottici devono essere utilizzati entro questi limiti. In pratica, le applicazioni devono essere progettate in modo da avere un ampio margine tra le condizioni operative e quelle massime assolute. Questi valori sono garantiti e vengono testati durante la fabbricazione del sensore. I valori tipici devono essere utilizzati solo come guida nel processo di progettazione. La corrente di luce più bassa che può essere elaborata come un segnale utile determina la più debole riflessione utilizzabile e definisce la sensibilità del sensore. Questa corrente di luce è determinata da due parametri: cross talk e dark current. Se il sensore riflettente è a base di piombo o PCB, alcune delle lampade emesse saranno riflesse internamente o canalizzate all'interno del package al rilevatore. Questo è chiamato cross talk ottico. Viene misurata operando il sensore senza un mezzo riflettente. La riflessione della luce emessa da finestre o superfici che circondano il sensore è un'altra fonte di analisi da tenere conto nel design dell'applicazione. In molte applicazioni questo crosstalk ambientale sarà molto più elevato di quello interno dei componenti del sensore e determinerà il rapporto segnale/rumore o la distanza operativa.

Sensori UV

L'indice UV digitale è una misura internazionale standard della resistenza delle radiazioni ultraviolette dal sole. Sviluppato in Canada, poi adottato e standardizzato dall'Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS) e dall'Organizzazione Mondiale Meteorologica nel 1994. L'indice UV è legato linearmente all'intensità della luce solare e viene ponderato in base allo Erythemal Action Spectrum, sviluppata dalla CIE (International Commission on Illumination).  In pratica, maggiore è il valore dell'indice, maggiore rischio di scottature. Un valore di indice di 10 è stato originariamente stabilito per corrispondere approssimativamente al sole estivo di mezzogiorno con un cielo chiaro nell'emisfero settentrionale. Tuttavia, nei tropici, o ad alta quota, o in zone conosciute da uno strato di ozono esaurito, i valori dell'indice possono essere più elevati. Le previsioni sono fatte da un modello al computer che rappresenta gli effetti di elevazione del sole, ozono stratosferico, nuvola, inquinamento atmosferico e altitudine. Con questa scala lineare possiamo generalmente accettare che un'esposizione di un'ora di un valore di indice di 4 è circa equivalente a mezz'ora a un livello di indice di 8. [...]

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2 Commenti

  1. Maurizio Di Paolo Emilio Maurizio Di Paolo Emilio 1 novembre 2017
  2. Roberta Fiorucci Roberta Fiorucci 2 novembre 2017

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