تحتوي مستشعرات الصور الدقيقة على مكبرات صوت مدمجة وهي متوفرة في مجموعة متنوعة من التكوينات، مع أشعة ضوئية معدلة وغير معدلة ومستقطبة. يتم استخدامها لتوفير استشعار دقيق ومستقر أو تحديد موضع المواد أو المكونات أو التجميعات. يتمتع بعضها باتصال متكامل، مثل التصنيف البيئي IO-Link وIP 67.
تشمل استخدامات أجهزة استشعار الصور الدقيقة معدات التصنيع الدقيقة في مصانع الصناعة 4.0، ومعالجة الرقاقات في أشباه الموصلات عمليات التصنيع، وتصوير التحجم الضوئي (PPG) والكشف عن أكسجة الدم (SpO2) في أجهزة قياس التأكسج النبضي.
تستعرض هذه الأسئلة الشائعة العديد من تصميمات مستشعرات الصور الدقيقة وكيفية تحسينها لتطبيقات محددة.
تكتشف مستشعرات الصور الدقيقة ذات الفتحة الناقلة وجود جسم أثناء مروره عبر الفتحة أو الفتحة، وتقاطع شعاع الضوء من الباعث. بالإضافة إلى التعرف على الأشياء، يمكن استخدام هذه المستشعرات لتحديد موضع الأشياء بدقة. المحور البصري للباعث والمستقبل ثابت، مما يسهل عملية التثبيت. تتوفر أجهزة الاستشعار هذه في مجموعة واسعة من التكوينات وأنواع الموصلات (الشكل 1).
تتكون أجهزة استشعار الصور الدقيقة عبر الشعاع من وحدات باعث وجهاز استقبال منفصلة. وهي تعمل على نفس مبدأ انقطاع الشعاع مثل أجهزة الاستشعار ذات الفتحات، ولكن يمكن وضع الباعث والمستقبل بعيدًا عن بعضهما، كما أنهما مناسبان للتطبيقات التي تتطلب فترات طويلة من الاستشعار. تعد المحاذاة الصحيحة للباعث والمستقبل أمرًا بالغ الأهمية عند استخدام هذه المستشعرات.
تشتمل أجهزة استشعار الصور الدقيقة العاكسة، التي تسمى أحيانًا أجهزة الاستشعار العاكسة المنتشرة، على الباعث والمستقبل في نفس الوقت وحدة. عندما يدخل جسم ما إلى منطقة الاستشعار، ينعكس الضوء إلى جهاز الاستقبال. تم تصميم بعض أجهزة استشعار الصور الدقيقة العاكسة مع القدرة على التعرف على العلامات المطبوعة على العبوة. أجهزة الاستشعار العاكسة المحدودة عبارة عن تصميمات خاصة مُحسّنة للعمل في وجود كائنات خلفية قد تتسبب في أداء استشعار غير مستقر.
تم تصميم مستشعرات الصور الدقيقة العاكسة للضوء للتطبيقات التي تحتاج إلى مسافات استشعار طويلة. يوجد الباعث والمستقبل في وحدات منفصلة ويتطلبان المحاذاة للتشغيل السليم. عندما يمر جسم ما عبر شعاع الضوء من الباعث، فإنه يمنع الضوء من الوصول إلى جهاز الاستقبال ويتم اكتشافه. إن الحاجة إلى المحاذاة الدقيقة للباعث والمستقبل تجعل من الصعب تحقيق دقة عالية باستخدام هذا النوع من أجهزة الاستشعار.
مقياس النبض
يستخدم مقياس التأكسج النبضي خصائص امتصاص الضوء المختلفة للهيموجلوبين المؤكسج (HbO2) والهيموجلوبين غير المؤكسج (RHb) عند أطوال موجية محددة من الضوء. تم تنفيذ مقياس التأكسج النبضي باستخدام اثنين من مصابيح LED، ومصباح LED أحمر بطول 660 نانومتر ومصباح LED بالأشعة تحت الحمراء بطول 940 نانومتر، وجهاز استقبال ثنائي ضوئي يعمل في تكوين عاكس في مستشعر صور دقيق متكامل للغاية.
يعمل المستشعر على ثلاث مراحل. أولاً، ينبض مؤشر LED الأحمر، ويتم قياس إشارة الإرجاع؛ بعد ذلك، يتم نبض مؤشر LED بالأشعة تحت الحمراء، ويتم قياس إشارة الإرجاع؛ وأخيرًا، يتم قياس إشارة الخلفية مع إيقاف تشغيل كلا مؤشري LED لاستبعاد التداخل من مصادر الضوء الدخيلة. يتم تقسيم وظيفة الاستشعار إلى أربعة ثنائيات ضوئية يمكن مضاعفة إرسالها إلى قناتين أو أربع قنوات بصرية منفصلة متصلة بكتلة معالجة الإشارات التناظرية، اعتمادًا على متطلبات التصميم (الشكل 3).
التعامل مع الرقاقة
في بعض الأحيان تكون أجهزة الاستشعار الصغيرة كبيرة جدًا. في مصنع رقائق أشباه الموصلات الآلي، يتم نقل الرقائق بين آلات المعالجة في كبسولات موحدة ذات فتحة أمامية متخصصة (FOUPS). عندما يتم وضع الرقاقات في FOUPS بواسطة معالج روبوت، فقد تكون محاذاتها بشكل غير صحيح، أو قد تكون بعض الفتحات فارغة، أو قد تحتوي بعض الفتحات على شرائح متعددة. يحتاج معالج الروبوت الذي يتلقى FOUPS إلى تحديد الرقائق المفقودة أو المنحرفة أو المتعددة. وبخلاف ذلك، يمكن أن تتلف الرقائق الباهظة الثمن، مما يؤدي إلى خسائر مالية كبيرة.
يبلغ سمك الرقاقات الموجودة في FOUPS بضعة ملليمترات فقط، ويجب أن يكون المستشعر الدقيق لصور تعريف الرقاقة رقيقًا للغاية. بالنسبة لهذا التطبيق، يكون مستشعر الصور الصغير التقليدي المزود بمضخم صوت مدمج كبيرًا جدًا. تم تطوير مستشعرات صور دقيقة متخصصة مع وحدة مكبر صوت خارجية. تتكون أجهزة الاستشعار عبر الشعاع هذه من وحدات إرسال واستقبال بسمك 1.5 مم متصلة بوحدة مكبر الصوت بكابلات مرنة (الشكل 4). عند تركيبها في المستجيب النهائي لمعالج الرقاقات، يمكنها التعرف بسرعة وبشكل موثوق على الفتحات المملوءة بشكل صحيح، والرقائق المائلة، والرقائق المضاعفة.
نبذة عامة
تحتوي مستشعرات الصور الصغيرة على مكبرات صوت مدمجة وهي متاحة لمجموعة واسعة من التطبيقات. يتم استخدامها في الغالب لاستشعار الأشياء وتحديد موضعها، ولكن تتوفر تصميمات مخصصة للتطبيقات المتخصصة مثل أجهزة قياس التأكسج النبضي ومعدات مناولة المواد في مصانع أشباه الموصلات.
مراجع حسابات
تصميم وتصنيع مستشعر بصري رفيع ومصغر للنماذج الأولية السريعة، وأجهزة استشعار MDPI
أجهزة الاستشعار الكهروضوئية الدقيقة، باناسونيك
أجهزة استشعار الصور، أومرون
وحدة استشعار بصرية PPG مع بواعث حمراء/IR مدمجة وAFE، وأجهزة تناظرية
رسم خرائط موثوقة للرقاقة، يا بالوف