Capteurs et Émetteurs Optiques

Capteurs Optiques

• Ces capteurs convertissent la lumière en signaux électriques.
• La réponse des récepteurs dépend des longueurs d'onde.
• Les composants photoélectriques d'émission créent le faisceau lumineux, tandis que les composants de réception reçoivent la lumière.

Émetteurs

• Les diodes électroluminescentes (LED) sont les émetteurs les plus courants.
• Pour des applications spéciales, des diodes laser peuvent être utilisées.
• Les LED émettent de la lumière lorsqu'un courant électrique les traverse.
• Le matériau semi-conducteur utilisé détermine la longueur d'onde de la lumière émise.

Tableau des Émetteurs semi-conducteurs et leurs longueurs d'onde correspondantes

Circuit Récepteur Optique

• Le circuit récepteur est composé d'un phototransistor, d'un amplificateur, d'un démodulateur et d'une logique de temporisation.
• Des photodiodes ou des phototransistors sont utilisés pour le récepteur.
• Les photos-résistances sont aussi importantes, par exemple, l'effet photoélectrique.

Récepteurs

• Des photodiodes et phototransistors sont utilisés pour recevoir les signaux.
• Les photos-résistances, telles que l'effet photoélectrique, sont aussi importantes.

Photodiodes PN

• Une photodiode est un composant semi-conducteur qui convertit la lumière en signal électrique.
• Elle est constituée de 3 régions distinctes: une zone de charge d'espace (ZCE), une région de type N, et une région de type P.

Fonctionnement des récepteurs: Photodiodes

• L'absorption de photons par le semi-conducteur crée des paires électron-trou.
• L'énergie du photon doit être supérieure à la largeur de la bande interdite.
• L'existence de la bande interdite crée un seuil d'absorption.

Types de Photodiodes

• Photodiodes PN
• Photodiodes PIN
• Photodiodes Schottky
• Photodiode avalanche

Phototransistors

• Les phototransistors sont des transistors bipolaires avec une base accessible au rayonnement lumineux.
• Ils produisent un photo-courant (Iph) lorsqu'ils sont éclairés.

Méthodes de détection possibles

• Barrière de transmission
• Barrière de réflexion
• Barrière diffuse
• Capteurs de proximité optiques avec câbles à fibres optiques

Barrière de transmission

• La portée peut aller jusqu'à 200 mètres.
• L'objet doit être opaque à la lumière.

Barrières de réflexion

• La portée peut atteindre 23 mètres pour des capteurs conventionnels, et jusqu'à 70 mètres avec des capteurs laser.
• L'objet doit être opaque ou réfléchissant à la lumière.

Barrières Diffuses

• La portée de détection est jusqu'à 1,8 mètres.
• L'objet doit avoir une surface réfléchissante.

Capteurs de proximité optiques avec câbles à fibres optiques

• Ils sont utilisés lorsque l'espace d'installation est limité ou les conditions environnementales sont difficiles.
• Ces capteurs offrent une haute précision dans la détection de petits objets.

Types de fibres optiques

• Polymère
• Verre

Avantages des câbles à fibres optiques de polymère

• Mécaniquement plus flexible que les fibres en verre.
• Facilité de raccourcissement des câbles.

Avantages des câbles à fibres optiques de verre

• Adapté aux hautes températures.
• Longue durée de vie.
• Faible atténuation pour les longues distances.

Gammes spectrales d'émission électromagnétique

• Les récepteurs ont une réponse qui varie selon les longueurs d'onde.
• Les gammes spectrales d'émission électromagnétique sont: les rayons X, rayons gamma, ultraviolet, visible, infrarouge et radio.

Lois fondamentales de la réflexion et réfraction

• La relation entre l'angle d'incidence et l'angle de réfraction est donnée par la loi de Snell-Descartes.
• n1 sin i1 = n2 sin i2

Marge d'opération

• Elle dépend de la distance entre l'émetteur et le récepteur, l'émetteur et le réflecteur et le capteur et l'objet.
• Plus le risque de contamination est élevé, plus le facteur de marge de fonctionnement est élevé.
• Divers facteurs, autres que la contamination, peuvent affecter la marge de fonctionnement, comme le réglage de potentiomètre, les changements des surfaces et le vieillissement des éléments.

Applications

• Transmission d'images (médecine, chirurgie laser, télécopie)
• Détection (de différents appareillages)
• Télécommunications (télécommunications longue distance).