Микрофотодатчики имеют встроенные усилители и доступны в различных конфигурациях с модулированными, немодулированными и поляризованными световыми лучами. Они используются для обеспечения точного и стабильного измерения или позиционирования материалов, компонентов или сборок. Некоторые из них имеют встроенные возможности подключения, например IO-Link и экологический рейтинг IP 67.
Использование микрофотосенсоров включает в себя прецизионное производственное оборудование на заводах Индустрии 4.0, обработку пластин в полупроводник производственные операции и фотоплетизмография (PPG) для определения оксигенации крови (SpO2) в пульсоксиметрах.
В этом разделе часто задаваемых вопросов рассматриваются различные конструкции микрофотосенсоров и способы их оптимизации для конкретных приложений.
Пропускающие щелевые микрофотодатчики обнаруживают присутствие объекта, когда он проходит через щель или апертуру, и прерывают световой луч от излучателя. Помимо распознавания объектов, эти датчики можно использовать для точного позиционирования объектов. Оптические оси излучателя и приемника фиксированы, что упрощает установку. Эти датчики доступны в широком диапазоне конфигураций и типов разъемов (Рисунок 1).
Микрофотодатчики на пересечение луча состоят из отдельных блоков излучателя и приемника. Они работают по тому же принципу прерывания луча, что и щелевые датчики, но излучатель и приемник могут быть размещены далеко друг от друга и подходят для приложений, требующих большого расстояния между датчиками. Правильное выравнивание излучателя и приемника имеет решающее значение при использовании этих датчиков.
Отражательные микрофотодатчики, иногда называемые датчиками диффузного отражения, включают в себя излучатель и приемник в одном и том же месте. модуль. Когда объект попадает в зону чувствительности, свет отражается на приемник. Некоторые отражающие микрофотосенсоры разработаны с возможностью распознавать напечатанную маркировку на упаковке. Датчики с ограниченным отражением представляют собой специальные конструкции, оптимизированные для работы при наличии фоновых объектов, которые в противном случае могли бы привести к нестабильной работе датчика.
Микрофотодатчики со световозвращающим эффектом предназначены для применений, требующих больших расстояний срабатывания. Излучатель и приемник находятся в отдельных модулях и для правильной работы требуют выравнивания. Когда объект проходит через луч света от излучателя, он блокирует попадание света в приемник и обнаруживается. Необходимость точного выравнивания излучателя и приемника затрудняет достижение высокой точности с помощью датчика этого типа.
Пульсоксиметр
Пульсовый оксиметр использует различные характеристики светопоглощения оксигенированного гемоглобина (HbO2) и дезоксигенированного гемоглобина (RHb) при определенных длинах волн света. Пульсоксиметр реализован с использованием двух светодиодов: красного светодиода с длиной волны 660 нм и ИК-светодиода с длиной волны 940 нм, а также фотодиодного приемника, который работает в отражающей конфигурации в высокоинтегрированном фотомикродатчике.
Датчик работает в три этапа. Сначала красный светодиод мигает и измеряется обратный сигнал; затем ИК-светодиод подает импульс и измеряется обратный сигнал; наконец, фоновый сигнал измеряется при выключенных обоих светодиодах, чтобы исключить помехи от посторонних источников света. Функция считывания разделена на четыре фотодиода, которые могут быть мультиплексированы в два или четыре отдельных оптических канала, подключенных к блоку обработки аналогового сигнала, в зависимости от требований конструкции (фигура 3).
Обработка пластин
Иногда даже микросенсоры слишком велики. На автоматизированном заводе по производству полупроводниковых пластин пластины перемещаются между обрабатывающими станками в специализированных унифицированных контейнерах с передним открытием (FOUPS). Когда пластины помещаются в FOUPS обработчиком робота, они могут быть смещены, некоторые слоты могут быть пустыми или некоторые слоты могут содержать несколько пластин. Обработчику робота, получающему FOUPS, необходимо выявить отсутствующие, смещенные или множественные пластины. В противном случае очень дорогие пластины могут быть повреждены, что приведет к значительным финансовым потерям.
Пластины в FOUPS имеют толщину всего несколько миллиметров, а фотомикродатчик идентификации пластины должен быть чрезвычайно тонким. Для этого применения обычный микрофотодатчик со встроенным усилителем слишком велик. Разработаны специализированные микрофотодатчики с модулем внешнего усилителя. Эти датчики переходящего луча состоят из блоков передатчика и приемника толщиной 1.5 мм, подключенных к модулю усилителя гибкими кабелями (Рисунок 4). При установке в концевой эффектор устройства обработки пластин они могут быстро и надежно идентифицировать правильно заполненные слоты, наклонные пластины и двойные пластины.
Обзор
Микрофотодатчики имеют встроенные усилители и доступны для широкого спектра применений. В основном они используются для обнаружения и позиционирования объектов, но доступны специальные конструкции для специализированных приложений, таких как пульсоксиметры и погрузочно-разгрузочное оборудование на заводах по производству полупроводников.
Рекомендации
Проектирование и изготовление тонкого микрооптического датчика для быстрого прототипирования, датчиков MDPI
Микрофотоэлектрические датчики Panasonic
Фотомикросенсоры, Omron
Модуль оптических датчиков PPG со встроенными красными/ИК-излучателями и AFE, Analog Devices
Надежное картографирование пластин, Balluff