Hvað gerir ljósnemi?

Hvernig ljósnemar knýja ósýnilega heiminn okkar

Hefurðu einhvern tíma velt því fyrir þér hvernig snjallsíminn þinn stillir birtu sjálfkrafa, verksmiðjuvélar „sjá“ vörur fljúga framhjá eða öryggiskerfi vita að einhver er að nálgast? Ónefndi hetjan á bak við þessi afrek er ljósneminn – tæki sem breytir ljósi í nothæfa greind.

Svo, hvaðNákvæmlegaVirkar ljósnemi?

Í kjarna sínum er ljósnemi tæki sembreytir ljósmerkjum (fótónum) í rafmerki (straum eða spennu)Hugsaðu um það sem lítinn þýðanda sem nemur breytingar á ljósi – hvort geislinn er lokaður, endurkastaður eða styrkleiki hans breytist – og breytir þessum upplýsingum samstundis í rafmagn sem vélar, tölvur eða stjórnkerfi geta skilið og brugðist við. Þessi grundvallarhæfileiki, aðallega byggður áljósvirkni(þar sem ljós sem lendir á ákveðnum efnum losar rafeindir), gerir þau að ótrúlega fjölhæfum „augum“ fyrir ótal notkunarmöguleika.

Hvernig virka þessir „ljósskynjarar“ í raun og veru?

Flestir ljósnemar hafa þrjá lykilhluta:

1. Ljósgjafinn (Emitter):Venjulega er það LED (sýnilegt rautt, grænt eða innrautt) eða leysirdíóða sem sendir frá sér einbeitta ljósgeisla.
2. Móttakandinn:Venjulega ljósdíóða eða ljóstransistor, vandlega hannaður til að greina ljósið sem losnar og breyta nærveru þess, fjarveru eða breytingu á styrkleika í rafstraum.
3. Greiningarrásin:Heilinn sem vinnur úr merki móttakarans, síar út hávaða og gefur frá sér hreina og áreiðanlega úttak (eins og að kveikja og slökkva á rofa eða senda gagnamerki).

Þeir greina hluti eða breytingar með því að nota mismunandi „sjónaraðferðir“:

• Geislasending (sending):Sendandi og móttakari snúa hvort að öðru. Hlutur er greindur þegar hannblokkirljósgeislinn. Býður upp á lengsta drægni (10+ metra) og mesta áreiðanleika.
• Endurskinsmerki:Sendandi og móttakari eru í sömu einingu, snúa að sérstökum endurskinspunkti. Hlutur greinist þegar hannhléEndurkastaði geislinn. Auðveldari stilling en í gegnumgeisli en mjög glansandi hlutir geta blekkt hann.
• Dreifð endurskinsljós:Sendandi og móttakari eru í sömu einingu og benda að skotmarkinu. Hluturinn er greindur þegar hannendurspeglarljósið sem losnar aftur til móttakarans. Þarfnast ekki sérstaks endurskins, en greiningin fer eftir yfirborði hlutarins.
• Bakgrunnsdeyfing (BGS):Snjallari dreifð gerð. Með þríhyrningi er þaðaðeinsGreinir hluti innan ákveðins, fyrirfram ákveðins fjarlægðarbils og hunsar allt handan þess eða of nálægt skotmarkinu.

Af hverju eru þau alls staðar? Helstu kostir:

Ljósnemar eru ráðandi í mörgum skynjunarverkefnum vegna þess að þeir bjóða upp á einstaka kosti:

• Snertilaus skynjun:Þeir þurfa ekki að snerta hlutinn, sem kemur í veg fyrir slit á bæði skynjaranum og viðkvæmum hlutum.
• Langt greiningarsvið:Sérstaklega geislaleiðarar, sem eru miklu betri en rafrýmdar eða inductive skynjarar.
• Eldingarhröð svörun:Rafeindabúnaður bregst við á míkrósekúndum, fullkomið fyrir háhraða framleiðslulínur.
• Efnisóháður:Greina sýndarlegahvað sem er– málmur, plast, gler, tré, vökvi, pappi – ólíkt spanskynjurum sem nema aðeins málm.
• Greining á litlum hlutum og mikil upplausn:Getur skynjað smáa hluti eða nákvæma staðsetningu.
• Lita- og andstæðugreining:Getur greint á milli hluta eftir því hvernig þeir endurkasta eða gleypa ákveðnar ljósbylgjulengdir.

Hvar þú finnur þá í aðgerð (áhrif í raunveruleikanum):

Notkunarsviðin eru fjölbreytt og ná yfir nánast allar atvinnugreinar:

• Iðnaðarsjálfvirkni (orkuverið):Að telja vörur á færiböndum, staðfesta að flöskutappar séu á, greina merkimiða, staðsetja vélmennaörma, tryggja að umbúðir séu fylltar, fylgjast með samsetningarlínum. Þetta er grundvallaratriði í skilvirkni nútíma framleiðslu.
• Öryggi og aðgangsstýring:Sjálfvirkir hurðaskynjarar, innbrotsgreiningargeislar, manntalningarkerfi.
• Neytendatækni:Ljósskynjarar fyrir snjallsíma, fjarstýringar fyrir sjónvarp, ljósmýs.
• Bílaiðnaður:Regnskynjarar fyrir sjálfvirkar rúðuþurrkur, hindrunargreining í öryggiskerfum, aðalljósastýring.
• Heilbrigðisþjónusta:Mikilvægir þættir íreykskynjararað greina loftsýni,púlsoxímetrarmælingar á súrefni í blóði, læknisfræðileg myndgreiningartæki eins og háþróaðir tölvusneiðmyndaskannar.
• Samskipti:Ljósleiðarakerfi treysta á ljósnema til að breyta ljóspúlsum aftur í rafmagns gagnamerki.
• Orka:Sólarsellur (tegund af ljósnema) sem breyta sólarljósi í rafmagn.

Framtíðin er björt: Hvað næst?

Ljósrafskynjaratækni stendur ekki kyrr. Nýjustu framfarir færa mörkin:

• Öfgakennd smávæðing:Þróun lítilla, litnæmra skynjara með nanóefnum eins og blendinga-nanótrefjum og kísil-nanóvírum.
• Bætt afköst:Tvívíddar/þrívíddar fjölþátta efni (eins og MoS2/GaAs, grafín/Si) gera kleift að nota afar hraðvirka og næma skynjara, jafnvel fyrir krefjandi útfjólublátt ljós.
• Snjallari virkni:Skynjarar með innbyggðri litrófsgreiningu (ofurlitrófsmyndgreining) eða pólunarnæmi fyrir ríkari upplýsingaöflun.
• Víðtækari notkun:Að gera nýja möguleika mögulega í læknisfræðilegri greiningu, umhverfisvöktun, skammtafræði og næstu kynslóð skjáa.

Markaðsuppsveifla: Endurspeglar eftirspurnina

Öflugur vöxtur í sjálfvirkni og snjalltækni er að knýja beint áfram markaðinn fyrir ljósnema. Metið á1,69 milljarðar Bandaríkjadala árið 2022, er spáð að það muni hækka í ótrúlegt magn4,47 milljarðar Bandaríkjadala fyrir árið 2032, sem er öflugur 10,2% árlegur vöxtur (CAGR).HinnAsíu-Kyrrahafssvæðið, knúið áfram af mikilli sjálfvirkni í framleiðslu og rafeindatækni, er leiðandi í þessari þróun. Stórir aðilar eins og Hamamatsu, OSRAM og LiteON eru stöðugt að þróa nýjungar til að mæta þessari vaxandi eftirspurn.