ההשפעה של אור Ambient Light Interference על ביצועים אופטיים של רמת החיישנים

הקדמה: התפקיד הקריטי של חיישנים ברמה אופטית

(FLT:0 חיישנים ברמה היקומית של קונסולת:1 הם הכרחיים על פני אוטומציה תעשייתית, בקרת תהליכים ויישומים צרכניים.מעקב אחר רמות מגניבות במכונות CNC כדי לזהות רמות מלא בקווי בוטלינג של משקאות, חיישנים אלה מספקים מדידה מהירה, ללא מגע של נוזלים, אבקות, ובסיס התפעול שלהם הוא פשוט מטעה: מקור אור (בדרך כלל LED או זרם לייזר), כדי לתקן את רמת הראייה לאחור, או לכדי שינוי רמת הראייה.

עם זאת, ההסתמכות על האור גורמת לחיישנים אלה להיות פגיעים לגורם סביבתי מורחב: התערבות אור הסביבה. תאורה חיצונית – בין אם אור השמש הטבעי זורם דרך אור שמש במפעל או ה-Flicker של מנורות פלואורנטות מעל פני השטח – יכול להשחית את האות המיועד, המוביל לקריאה כוזבת, דיוק מופחת, או אפילו כשלון חיישן חיצוני.

הבנה של אור אחווה

מקורות אור Ambient Light

אור Ambient מקורו ממקורות רבים, כל אחד עם חתימה ייחודית והתנהגויות זמניות:

• (FLT:0 אור השמש: ⁇ FLT:1) רחב-ספקטרום (UV ל IR), עם אינטנסיביות משתנה לאורך זמן של יום, מזג אוויר, מיקום גיאוגרפי.שמש ישירה יכול לספק אי-דיפדרציה מעל 1000 W / m2, בקלות ריצוף photodetecators לא מיועד לרמות כאלה.
• (FLT:0) תאורה אינפראנד: 10 עשיר בפליטות כמעט בלתי מאוגדות (IR) מה שהופך אותו בעייתי במיוחד עבור חיישנים אופטיים מבוססי IR שפועלים באורכי גל דומים.
• (FLT:0) פלואורות LED תאורה:ראה ספקטרום 1 (התצוגה) אלה מציג שיאים ספקטרליים באורכי גל ספציפיים ולעתים קרובות מכילים רכיב מודולציה חזק בשל תדירות קו כוח AC (50/60 הרץ) או אלקטרוניקה נהיגה. . . . . . -100-120 flicker יכול לחקות אותות חיישן מודולים.
• (FLT:0) תנורי חום ורדינרים: ראטאלף:1 ( Common in Industrialייבושing or חימום תהליכים, הם פולטים קרינה רציפה IR שיכול להפריע לחיישנים המכוינים ללהקה זו.

סוגים של Interference

התערבות אור שאפתנית יכולה להיות מסווגת על ידי המאפיינים הזמניים שלה:

• (FLT:0)DC (מצב יציב) התערבות: ההרחבה 1 של אור קונסטנטין אשר מוסיפה אות בסיס לגלאי, צמצום טווח דינמי וייתכן שישתמר את המגבר.
• (FLT:0) התערבות (מתמדורגת): תנודות תקופתיות של תאורה מלאכותית (למשל, רצף 100-120 הרץ של מנורות פלואורות) שיכולה לקשורות ללהקת זיהוי החיישן.
• (FLT:0) הפרעות טרנספורמטיביות: 1FLT 1 קצר-דור דופקים אור מברק, ריתוך קשתות, או פנסי רכב שגורמים לטריגרים כוזבים רגעיים.

כיצד אור Ambient משפיע על ביצועי החיישנים

מכניזם של השמדה

כאשר אור מתחרה תמונה של photodetector, כמה אפקטים הקשורים להורדת ביצועי חיישן:

• (FLT:0) פוטודקטור משכן: ⁇ 1 (הדרגה הראשונה) רמות אור גבוהות מייצרות צילומי תמונה גדולים הדוחקים את הגלאי או את המגבר הטרנססרמנטי שלו לפעולה לא ליניארית.
• (FLT:0) יחס אות-ל-אין (SNR): גם מתחת לשחיטה, אור מאוזן מוסיף רעש לסלע הריבועי של photocurrent.זה מקטין את SNR, מה שמקשה על זיהוי נוכחות חומרית באופן אמין.
• (FLT:0) גורם טריפלזה: FLT:1ir אור חיצוני יכול להיות מפרש בטעות כאות משתקף או משודר.לדוגמה, חיישן רטרוreflective עשוי "לראות" אור שמש קופץ משטח מבריק ובאופן שגוי מעיד על היעדר אובייקט.conversely, צל פתאומי (למשל, אדם צועד בעבר) יכול לדמות את נוכחות החומר.
• (FLT:0) ניכוי וסחף: חיישנים עם שליטה אוטומטית (AGC) עשויים להפחית את הרווחים בתגובה לאור מרתיע גבוה, באופן בלתי נמנע, את הרגישות לסימן היעד.

השפעה על סוגים שונים של חיישנים

חומרת התערבות אור מכוננת משתנה עם טופולוגיה חיישן:

באמצעות חיישנים

שימוש זה פולט נפרד וקולט.אור Ambient נופל על המקלט יכול להסוות את היעדר הדבורה (הנוכח הבוץ) או לגרום אותות "בורים" כוזבים.הם בדרך כלל פחות מושפעים מטיפוסים רפלקטיביים כי המקלט הוא הרחק מן הפולט, אבל אור בצד-עין הוא עדיין דאגה.

חיישנים רטרו-אקטיביים

עם פולטים ומקבל באותו דיור, אלה מסתמכים על אור רפלקטיבי שמשתקף משטחים מבריקים יכולים לחקות את המשקף, המוביל לקריאות "לא אובייקט" כוזבות. , באופן הפוך, אור חזק יכול להציף את המקלט, גרימת תפוקות "נוכחיות" רציף ללא קשר לחומר בפועל.

Diffuse (פרוקסימיות) חיישנים

אור זה משתקף ישירות מההמטרה.הם רגישים ביותר לאור מזווית כי המקלט מכוון לאותו כיוון כמו הנפלט.כל אור חיצוני שגורם לאזור היעד להוסיף לאות החזרה, מה שהופך את ההבדל בין מטרה אמיתית לבין משטח בצבע בהיר כמעט בלתי אפשרי תחת אור מגושם גבוה.

השפעות אסטרטגיות

תקני התעשייה (למשל, IEC 60947-5-2) מגדירים רמות חסינות עבור חיישנים פוטואלקטריים, בדרך כלל מציין עוצמת אור מקסימלית (lux או W/m2) שבו החיישן חייב לפעול כראוי. חיישן תעשייתי סטנדרטי יכול להיות מדורג עבור 10,000 lux (יום מוסט), בעוד יישומים חיצוניים של 100,000 lux (שמש עקיף) יכול להפחית את הפחתת החישה על ידי מרחק של עד 30-5 גרם נכון עבור חיישן לא רק עבור חיישן חד-2, אם לא יכול להשיג רק 2.

אסטרטגיות ל- Mitigate Ambient Light Interference

פילטר

סינון אורך הגלים הסלקטיבי הוא אחת הטכניקות היעילות והנפוצות ביותר.על ידי הצבת מסנן אופטי מול המקלט שרק משדר את אורך הגל של פולטר (או להקה צרה סביבו), הרבה אור רחב פס רחב נדחה.

• (FLT:0) פילטרים:FLT:1hil בשימוש כאשר לפלט יש שיא מובהק (למשל, 850 nm IR LED). מסננים בין ניתוק יכול להשיג רוחב פס של 20-50 nm, דוחה 90-99% מאור מחוץ לפס.
• (FLT:0) פילטרים קצרים או קצרים: FIRLT:1 שימושי עבור דחיית אורך גלי קצר (כחול / UV) או התערבות באורך גלי ארוך (Far-IR) לדוגמה, מסנן ארוך טווח עם חיתוך ב 700 nm בלוקים אור גלוי תוך מעבר ל-IR.
• (ב) ⁇ :0) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ מ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

עבור יישומים עם אור גבוה מאוד, FLT:0dichroic מסננים 1FreaLT 1 (כוס מכוס) מציעים חתך חדה ועמידות גבוהה.

אור וזיהוי סינכרוני

שינוי הפולוט של החיישן בתדר מסוים (בדרך כלל 1–500 kHz) ושימוש במקלט המכוון לאותו תדר הוא תקן הזהב עבור דחיית אור מתמשך ונמוך.

• המקלט כולל מסנן מפסת המתמקדת בתדר המודולציה, חסימת אור DC (אור, איקרוסנט) ו- AC קו ⁇ flicker (100–120 הרץ).
• גילוי סינכרוני (lock-in amplification) מכפיל את האות שהתקבל על ידי ההתייחסות המועברת, ומוציא רק את המרכיב המובנה.זה יכול לדחות 99.999% של רעש לא קשור.
• חיישנים מודרניים מעסיקים קודים פסאודו-random או מודולציה פרוצה כדי לדחות גם הפרעה מחיישנים אחרים אחרים ממודנים בקרבת מקום (אנטי-קרוס).

חיישנים ממונים הם סטנדרטיים בכל, אך היישומים הפשוטים ביותר לרמה גבוהה של אורגניזמים (למשל: 0KeyenceFLT:1 ו-FLT:2 הנדסת Banner הנדסהFLT:3 מציעים חיישנים עם תדרים מודולציה עד 400 kHz, המאפשר הפעלה באור שמש ישיר.

מגן מכונות והודים

מחסומים פיזיים נשארים שיטה זולה, אמינה מאוד להפחית אור מסובך:

• (ב) ⁇ :0 (ב) ו- hood: ⁇ 1) צורף סביב הפולט והמקבל כדי להגביל את שדה הראייה. צינור או מבנה דבש מאפשר אור רק מן הכיוון הרצוי להיכנס.
• (ב) ⁇ :0 ⁇ :0 ⁇ : 1 לחיישנים חיצוניים, גג פשוט או מולר יכול לחסום שמש ישירה, תוך כדי כך לאפשר החיישן "לראות" מטה לתוך מיכל.
• (ב) ⁇ :0) ⁇ : ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

חסימת היא חשובה במיוחד עבור חיישני דרךבים שבהם המקלט עשוי להיחשף אחרת לזווית רחבה של אור אירוע.בחישה ברמת הטנק, זכוכית מראה עם מטלית קלה יכול להפחית באופן דרמטי את ההתערבות.

מיקום חושי ואוריינטציה

מיקום אסטרטגי יכול להפחית באופן משמעותי את החשיפה לאור ללא שינויים בחומרה:

• להימנע מלהצביע ישירות על המקלט בחלונות, באורות שמים, או חומות רפלקטיביות מאוד.
• חיישנים אוריינטיים כך שהמקלט עומד בפני מקור האור הדומיננטי.לדוגמה, הרים אותם בצד הצפוני של הציוד בחצי הכדור הצפוני.
• במתקנים חיצוניים, לשקול שינויים בזמן של יום: חיישן שעובד בצהריים עלול להיכשל במהלך השקיעה כאשר זווית השמש תואמת עם המקלט.
• השתמש בחיישנים מרובים במיקומים שונים ולהשוות קריאה (התמדה) כדי לדחות אותות כוזבים.

עיבוד אלקטרוני ותהליכים דיגיטליים

אלקטרוניקה מתקדמת יכולה להתאים באופן דינמי לתנאי הסביבה:

• (FLT:0) Automatic win control (AGC): ההרחבה 1 (AGC): מכוונן רווח מגבר מבוסס על photocurrent הכולל.בעוד זה מונע ריצוף, יש לנקוט זהירות כדי להימנע מהפחתה של יותר מדי. חלק מהחיישנים ליישם נתיבי רווח נפרדים עבור אות ו ambient, תוך כדי מינוף המרכיב המבלבל באופן דיגיטלי.
• (FLT:0) דיכוי אחורי: 1FLT (באמצעות גלאי רגיש לעמדה (PSD) או triangulation, חיישנים אלה מודדים את המרחק ליעד ולא רק אינטנסיביות.הם הרבה פחות מושפעים לאור ממין, כי המדידה מסתמכת על גיאומטריה, לא בהירות מוחלטת.
• (FLT:0)Digital filtering:FLT:1eur Microcontrollers ליישם ממוצעים נעים, מסננים מדיה, או סף הסתגלות כדי לדחות שינויים קלים טרנספורמטיביים.

יישומים אמיתיים ואתגרים

המונחים: Tank Level Measurement

בחיות מחמד, טיפול במים, יישומים חקלאיים, טנקים נחשפים לעתים קרובות לשמש מלאה.חיישנים ברמה אופטית חייבים להתמודד עם השמש הישירה, השתקפות של משטח הנוזל, ורמות אור שונות לאורך כל היום. פתרון משותף הוא להשתמש חיישן IR מתואם עם זווית קאם צרה ושמשהדה, בשילוב עם לבן או מתכתי שמש מצמצם את הקליטה.

המונחים: food processing

(ברוב) לקווים מבולחים יש תאורה מורכבת: נוריות LED גבוהות, סטרבים לסירוגין, וציוד פלדה רפלקטיבי של אל-חלד (Altical Fill-level) חייבים לדחות flicker מה LEDs המונעים על ידי AC-oriented ולמנוע אותות "נוכחיים" כוזבים מן האור קופץ מן הבירות המבריקות יותר של יצרנים משלבים לעתים קרובות את ה-FLT:0time-of-of-of-of-of-of-of-of-F (To) חיישנים fLTs (To) או 1FLT2;

מערכות רכב ושמש-Powered

בכלי רכב חשמליים, חיישני רמה אופטיים צריכים לפעול תחת תאורה לוחית ואור השמש החיצוני הנכנס דרך גרילת הרדיטור השמש המופעלת על ידי השמש (למשל, עבור ניטור של חבית גשם) פגיעים במיוחד משום שהם חייבים לצרוך כוח מינימלי, הגבלת עוצמת עוצמת הפולוט שלהם.מערכות אלה לעתים קרובות מסתמכות על שילוב של סינון אופטי ותפקוד ממונע: פולטים שריפות קצרות, בהירות תוך כדי מיצוי של זמן, רק כדי שמירה על הדופק, ומנוחה, ומנוחה, אך ורק על מנת למנוע את הדופק.

התקדמות ב-Aibaent Light Resistance

חיישן לייזר מבוסס וזמן-of-Flight

חיישני מרחק לייזר מודרניים (למשל, באמצעות VCSELs או דיודות לייזר) מציעים כוח אופטי גבוה ב a צר, מתואם עם זמן של מדידה, הם כמעט חסינים לאור מחמצן כי הגילוי מבוסס על זמן עגול של דופק קצר, לא את אינטנסיביות מוחלטת.

חיישן אור Ambient עבור הסתגלות דינמי

כמה מודולים של חיישן תעשייתי כוללים תמונה ייעודית אור photodiode (למשל, סי photodiode עם מסנן IR חסום גלוי) כדי לפקח באופן רציף על תנאי רקע. המיקרובקר של החיישן ואז מאמת את הכוח פולט, תדירות מודולציה, וגורם סף בזמן אמת. גישה סגורה זו יכולה לפצות על שינויים פתאומיים כמו ענן עובר מעל פני או פלאש קרוב welding.

Multi-Element Photodetectors

במקום פיקסל יחיד, מערך של photodetectors (למשל, diodes quadrant או מערך ליניארי) מאפשר אפליה מרחבית. חיישן diffuse עם מערך 2-pixel יכול למדוד את זווית האור החוזר; אור מזווית בדרך כלל מגיע בכיוון שונה מאשר ההשתקפות של חיישן עצמו, המאפשר דחייה טכניקה זו היא עכשיו נפוצה ב-FLT: חיישנים LT-Ferifericeriferiferated photo.

מסקנה

התערבות אור Ambient נשאר אתגר מרכזי בעיצוב ויישום של חיישני רמה אופטית.מהסחף המעודן הנגרמת על ידי שמים מצופים אל תוך הכישוף הקטסטרופלי על ידי קשת מתפתלת, אור חיצוני יכול לערער דיוק מדידה ואמינות מערכתית. למרבה המזל, גישה רב-התווית – שילוב סינון אופטי, מאמת, מאמת פליטה, מחוסמת, מחוסמת, מיקום מכני, וקידום דיגיטלי מתקדם – יכול להפחית את הפחתת הפחתת ההפרעות אפשריות לרמות בלתי ניתנות ביותר.

ככל שטכנולוגיית חיישן מתפתחת, הפער בין ביצועי מעבדה לבין אינטנסיות בעולם האמיתי ממשיך לצריח.לכאורה מבוססי לייזר של חיישני טיסה, אלגוריתמים אדפטיים, וארכיטקטורה פוטודקטורית חדשנית מבטיחה אפילו חסינות גדולה יותר, ומאפשרת רמה אופטית חישה ביישומים הנשלטים בעבר על ידי טכנולוגיות קיבוליביות או קוליות. מהנדסים חייבים לשקול עלויות, מורכבות וגורמים סביבתיים בעת בחירת אסטרטגיות מיגציה, אבל הכלי הוא עשיר יותר מאי פעם על ידי תהליכים מדויקים ומשתנים.

(ב) ◄ קריאה כללית:

• המגזין "FLT:0Sensors": שיפור ביצועי החיישנים של Photoelectric ב-A Ambient LightFLT 1
• (ב) ⁇ :0) מכשירים: טכניקות של אור אחווה עבור חיישנים אופטיים
• (ב) ויקרא יא"ד: ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (צילום:0) צילום: עיצוב רובוסט אופטי חיישנים אופטיים מערכות 1FLT