광학 센서 유형, 작업 작동, 응용 프로그램 가이드
2025-08-18 16985

광학 센서는 광범위한 응용 분야의 광을 감지하고 측정하는 데 유용합니다.이 안내서는 작업 원리, 공통 유형, 거리 측정 방법 및 LED 및 레이저와 같은 광원을 탐색합니다.또한 실제 사용을 설명하기 위해 예제 회로 다이어그램을 통해 주요 기능, 장점 및 단점, 올바른 센서를 선택하기위한 실질적인 팁에 대해서도 배웁니다.

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그림 1. 광학 센서

광학 센서 란 무엇입니까?

광학 센서는 조명을 감지하고 측정 또는 처리를 위해 전기 신호로 변환하는 장치입니다.LED 또는 레이저와 같은 소스에서 빛을 방출하고 반사, 흡수, 전송 또는 산란이든 대상과 어떻게 상호 작용하는지 분석하여 작동합니다.포토 다이오드 또는 광 변수와 같은 광 검출기는 이들 variat 이온을 캡처하여 분석 할 수있는 신호로 변환합니다.

광강, 파장, 위상 또는 편광의 변화를 감지함으로써 광학 센서는 대상의 거리, 위치 또는 기타 특성을 결정할 수 있습니다.응용 프로그램에 따라 정확한 비접촉식 감지 및 모니터링을 달성하기 위해 빔 또는 반사 설정과 같은 다른 구성을 사용할 수 있습니다.

광학 센서 회로 다이어그램

아래 회로는 연기 경보에 적용된 광학 센서의 예입니다.TCST2103 Transmissive 광학 센서와 LM393 비교기를 사용하여 연기를 감지하고 경보를 트리거합니다.

그림 2. 광학 센서의 회로도

TCST2103에는 적외선 LED가 포함되어 있고 광선 전환기는 얼굴을 마주 보게됩니다.깨끗한 공기에서, IR 빔은 광 열에 도달하여 안정적인 전압을 생성합니다.연기가 들어 오면 입자가 빔을 차단하거나 산란하여 광 열이 저항력을 줄입니다.LM393 은이 신호를 트림 팟에 의해 설정된 기준 전압과 비교합니다.신호가 임계 값 아래로 떨어지면 비교기가 출력을 켜고 빨간색 LED를 조명하고 경보를 활성화합니다.

주요 구성 요소는 전류를 제어하고 신호를 안정화하며 신뢰할 수있는 감지를 보장합니다. R1은 IR LED에 전류를 제한하고, R2는 광 열 이하로드를 설정하고, R3은 비교기 출력에 대한 풀업 저항으로 작용하고, R4 한계 LED 전류로 작용합니다.100 NF 커패시터는 노이즈를 필터링하는 반면 트림 팟은 원하는 연기 감지 수준의 감도를 조정합니다.

정상 작동에서 IR 빔은 중단되지 않은 상태로 유지되어 경보를 끄십시오.연기가 빔을 방해하면 비교기가 즉시 트리거되어 LED 표시기와 외부 경보를 활성화합니다.

광학 센서의 유형

광학 센서는 작동 원리 및 응용 프로그램에 따라 범주로 그룹화 할 수 있습니다.

그림 3. 광전 센서

광전 센서

광전자 센서는 광도의 변화를 감지하고 세 가지 주요 구성을 포함합니다.

• 빔 중심 센서 : 이미 터와 수신기는 서로 반대쪽에 배치됩니다.광선을 방해 할 때 물체가 감지됩니다.이 설계는 가장 긴 감지 범위와 환경 간섭에 대한 높은 면역력을 제공합니다.

• 후형 센서 : 이미 터와 수신기는 반복자와 동일한 하우징을 공유합니다.반사 된 빔을 차단하면 물체가 감지됩니다.설치가 쉽지만 반짝이거나 반사적 인 대상을위한 필터가 필요할 수 있습니다.

• 반사 센서 확산 : 이미 터와 수신기는 동일한 하우징에 있으며 대상에서 직접 튀어 나오는 조명을 감지합니다.빠른 설치, 단거리에서 중간 범위에 적합하지만 성능은 대상의 색상과 질감에 따라 다릅니다.

특수 광학 센서

이 센서는 특정 목적이나 환경을 위해 설계되었습니다.

그림 4. 광섬유 센서

• 광섬유 센서 : 유연한 섬유를 사용하여 조명을 전송하고 수신하여 단단하거나 뜨겁거나 가혹한 환경에서 감지 할 수 있습니다.감지 팁은 전자 제품에서 원격으로 위치 할 수 있습니다.

그림 5. 레이저 센서

• 레이저 센서 : 고정밀 감지 및 거리 측정을 위해 집중 레이저 빔을 사용하십시오.위치 검증, 에지 감지 및 품질 검사와 같은 정확한 정확도가 필요한 응용 프로그램에 이상적입니다.

그림 6. 근접 광학 센서

• 근접 광학 센서 : 반사 또는 중단 된 빛을 측정하여 인근 물체를 감지하십시오.빠른 비접촉식 감지를 위해 로봇 공학, 자동화 및 모바일 장치에서 일반적입니다.

• 광학 인코더 : 광원과 센서가있는 패턴 디스크를 사용하여 회전, 위치, 속도 또는 방향을 측정하십시오.CNC 기계, 로봇 공학 및 모션 제어를위한 산업 드라이브에 널리 사용됩니다.

광학 센서 거리 측정 방법

두 가지 주요 광학 센서 거리 측정 방법은 빔과 반사성이며 반사 센서는 4 가지 공통 유형으로 나뉩니다.

그림 7. 빔을 통한 방법

빔 유형을 통해

통행 시스템에서 이미 터와 수신기는 서로 마주칩니다.물체가 그들 사이의 광선을 방해 할 때 객체가 감지됩니다.이 방법은 몇 센티미터에서 몇 미터까지의 높은 정밀도의 긴 감지 범위와 투명한 재료를 사용하더라도 신뢰할 수있는 성능을 제공합니다.정확한 정렬이 필요하고 직선을 따라 작동합니다.

이 방법은 일반적으로 조립 라인에서 제품을 감지하고 엘리베이터 도어 안전을 보장하며 자동 도어 활성화에 적용됩니다.

반사 유형

반사 광학 센서에는 동일한쪽에 이미 터와 수신기가 모두 있습니다.대상이나 반사기에서 반사 된 빛을 분석하여 물체를 감지합니다.한쪽 만 장착이 필요하기 때문에 설치가 더 쉽습니다.설계에 따라 표면 특성에 대한 다양한 공차와 함께 단기에서 장거리 감지를 제공 할 수 있습니다.

그림 8. 확산 반사 방법

a) 확산 반사

이 방법은 대상 표면에서 직접 반사 된 빛을 감지합니다.작고 설치하기 쉽고 많은 모양과 재료와 호환됩니다.감지 범위는 짧고 성능은 대상의 색상 또는 질감에 따라 다를 수 있습니다.

이 방법은 종종 생산 라인의 부품을 식별하고, 포장 라인의 제품을 감지하며, 간단한 포지셔닝 작업을 수행하는 데 사용됩니다.

그림 9. 거리 설정 방법

b) 거리 설정 (삼각 측량)

이 센서는 삼각 측량을 사용하여 대상과의 정확한 거리를 계산합니다.이미 터는 고정 각도로 빛을 보냅니다. 수신기는 반사가 거리를 정확하게 계산하기 위해 착륙하는 위치를 측정합니다.이 방법은 세트 범위 내에서 색상 또는 모양의 V ariat 이온에 대해 안정적입니다.

일반적으로 정밀 포지셔닝, 범위 제한 존재감 감지 및 품질 관리 측정에 사용됩니다.

그림 10. 복고풍 반사 방법

c) 복고풍 반사

반사기는 센서 반대쪽에 배치됩니다.센서는 반사 된 빛을 차단할 때 물체를 감지합니다.이 방법은 작거나 먼 물체의 긴 감지 범위와 안정적인 성능을 지원합니다.반사기를 모방하는 반짝이는 표면의 간섭을 피하기 위해주의가 필요합니다.

이 유형은 대형 기계 포지셔닝, 팔레트 또는화물 추적 및 철도 건널목 탐지에 적합합니다.

그림 11. 제한적 반사 방법

d) 제한적 반사

방출기와 수신기는 각도가있어 광학 축이 특정 지점에서 교차합니다.이 좁은 영역 트리거 감지의 반사 만 배경 물체의 간섭을 줄입니다.이 접근법은 일반적으로 컨베이어 벨트의 항목을 감지하고, 혼란스러운 환경에서 선택적 객체 감지를 수행하며, 배경 간섭을 억제하는 데 사용됩니다.

올바른 방법을 선택합니다

Throw-Beam 메소드는 투명한 물체를 포함하여 장거리 고정밀 감지에 가장 적합합니다.확산 반사 방법은 쉽게 설치 해야하는 단거리 작업에 더 적합합니다.거리 설정 방법은 정의 된 범위 내에서 정확한 측정에 이상적입니다.복고풍 반사 방법은 반사기를 설치할 수있을 때 장거리 감지에 효과적입니다.제한된 반사 방법은 복잡한 환경에서 배경 억제에 적합합니다.

광학 센서의 다른 광원

초기 연구는 햇빛과 화염에 의존했지만 현대 응용 분야에는 단색, 작고 오래 지속되는 빛이 필요합니다.가장 널리 사용되는 옵션 중 두 가지는 LED와 레이저입니다.

그림 12. LED (광 방출 다이오드)

LED (Light Emitting Diode)

LED는 전자와 구멍이 N- 타입과 P- 타입 반도체 사이의 접합부에서 재조합 할 때 빛을 생성한다.순방향 전압을 적용하면 충전 캐리어가 흥분하여 에너지를 광자로 방출합니다.이 방출은 자발적으로 발생하거나 들어오는 광자에 의해 트리거 될 수 있으므로 광학 장치와 LED 조명을 쉽게 결합 할 수 있습니다.LED는 효율적이고 오래 지속되며 다양한 파장으로 제공되므로 많은 감지 응용 분야에 적합합니다.

그림 13. 레이저 (방사선의 자극 된 방출에 의한 광 증폭)

원자 램프

레이저는 도핑 된 결정, 유리 또는 가스와 같은 게인 매체가 전류 또는 다른 공급원으로부터 에너지를 흡수 할 때 빛을 생성합니다.전자는 더 높은 에너지 수준으로 이동하고 더 낮은 수준으로 돌아올 때 광자를 방출합니다.자극 된 방출 및 광장을 통해,이 광자는 파장 및 위상으로 정렬되어 고도로 초점을 맞춘 단색 빔을 만듭니다.이 일관성은 정확한 측정, 장거리 전송 및 정확한 타겟팅을 가능하게합니다.그림 13을 참조하십시오.

LED는 적당한 정밀 요구 사항을 가진 비용 효율적이고 다재다능한 감지에 이상적입니다.응용 프로그램이 높은 강도, 좁은 스펙트럼 출력 및 뛰어난 정확도를 요구할 때 레이저가 선호됩니다.올바른 소스를 선택하는 것은 센서의 범위, 해상도 및 통합 요구에 따라 다릅니다.

광학 센서 기능 및 특성

• 비접촉 측정 - 마모 및 손상을 방지하지 않고 감지합니다.섬세하거나 위생 적 애플리케이션에 이상적입니다.

• 빠른 응답-고속 생산, 로봇 공학 및 실시간 제어를 위해 마이크로 초의 반응.

• 넓은 탐지 범위 - 장거리에서 장거리로 덮여 있습니다.렌즈 또는 거울은 범위 또는 정밀도를 향상시킵니다.

• 다목적 감지 - 색상, 투명성, 반사율, 모양을 식별하고 바코드 또는 QR 코드를 읽습니다.

• 환경 감도 - 빛, 먼지 및 진동의 영향을받습니다.적절한 장착 및 필터링으로 완화.

• 파장 유연성 - 특정 응용 분야에 가시, 적외선 또는 자외선을 사용합니다.

• Smart Connectivity- 시스템 통합을위한 진단, 교육 기능 및 디지털 커뮤니케이션을 제공합니다.

광학 센서는 이점과 단점이 있습니다

광학 센서 이점	광학 센서 단점
비접촉 측정을 활성화하고 마모를 줄이고 물체 손상을 피합니다	환경에 민감합니다 먼지, 먼지, 안개 등의 상태 주변 광 간섭
높은 정확도와 해상도를 제공합니다 정확한 탐지 및 측정을 위해	제한된 범위 설계 및 응용 프로그램에 따라 다른 센서 유형에 비해
빠른 응답 시간을 제공합니다 고속 응용 분야에 적합합니다	더 높은 비용 기본 센서 기술과 비교하여 고급 모델의 경우
섬세하거나 움직이는 데 적합합니다 물체 및 위생적인 환경에서	신중한 정렬이 필요합니다 정확한 성능을위한 설치
광범위한 범위에서 작동 할 수 있습니다 재료 및 표면	일부 유형은 어려움을 겪을 수 있습니다 반사 또는 투명한 표면
유지 보수가 적습니다 물리적 접촉이 없기 때문에	전력 소비 연속 고속 감지에서 더 높을 수 있습니다

광학 센서 애플리케이션

• 산업 자동화 : 제조 라인에서 광학 센서는 제품 위치를 감지하고 품목을 계산하여 정확한 프로세스 제어를 보장합니다.

• 의료 장비 : 맥박 산소 측정기와 같은 장치는 광학 센서를 사용하여 침습적 절차없이 혈액 산소 수준을 측정합니다.

• 보안 시스템 : 광학 센서는 모니터링 영역의 움직임 또는 빛 변화를 감지하여 경보 또는 기록 활동을 트리거합니다.

• 로봇 공학 : 로봇은 자동화 된 작업의 내비게이션, 장애물 감지 및 정렬을 위해 광학 센서에 의존합니다.

• 소비자 전자 장치 : 스마트 폰은 얼굴 인식, 디스플레이 밝기 조정 및 제스처 제어와 같은 기능을 위해 광학 센서를 통합합니다.

• 환경 모니터링 : 광학 센서는 과학 및 날씨 연구를위한 광도 또는 물 선명도와 같은 매개 변수를 측정합니다.

• 자동차 안전 : 차량에서 광학 센서는 차선 탐지, 주차 지원 및 충돌 예방 시스템을 지원합니다.

• 통신 : 광섬유 통신 시스템은 광 신호를 전기 데이터로 변환하기 위해 광학 센서에 의존합니다.

광학 센서와 초음파 센서의 비교

특징	광학 센서	초음파 센서
탐지 원리	빛을 사용하십시오 (가시, 적외선 또는 레이저) 반사, 중단 또는 산란에 의해 물체를 감지합니다.	고주파 사운드 파도를 사용하십시오 에코 시간을 기준으로 거리를 측정하거나 물체를 감지하십시오.
가장 좋습니다	고정밀 감지, 색상 명확한 환경에서 인식 및 빠른 응답.	먼지가 많고 어두운 곳에서의 거리 측정 조명 센서가 고장날 수있는 안개가 자욱한 조건.
범위	단거리에서 중간 범위 (몇 cm까지 광원과 유형에 따라 여러 미터).	중간에서 장거리 (최대 몇 개 미터), 그러나 거리에 따라 해상도가 감소합니다.
정확성	매우 높고 작은 것을 감지 할 수 있습니다 물체와 미세한 세부 사항.	더 큰 물체에 좋습니다.덜 효과적입니다 매우 작거나 얇은 대상의 경우.
환경 민감도	먼지, 연기, 안개, 주변의 영향을받습니다 빛과 투명한 물체.	조명에 영향을받지 않습니다.성능은 5 월입니다 강한 바람, 온도 이동 또는 부드러운 재료를 떨어 뜨립니다.
응답 시간	매우 빠르게 (마이크로 초 밀리 초).	음파로 인해 느린 (밀리 초) 여행 시간.
비용	넓은 범위;고급 레이저 유형 일 수 있습니다 값비싼.	일반적으로 저렴한 가격;비용은마다 다릅니다 범위 및 정밀 요구.
일반적인 응용 프로그램	산업 자동화, 로봇 공학, 품질 검사, 의료 기기.	탱크 레벨 측정, 차량 주차 센서, 로봇 공학, 액체 감지.

결론

광학 센서는 빛을 유용한 데이터로 바꿉니다.최선의 선택은 탐지해야 할 사항, 얼마나 멀리, 주변 조건에 따라 다릅니다.애플리케이션 요구와 함께 기능, 혜택 및 단점의 균형을 유지합니다.광원, 응답 시간 및 센서가 시스템에 어떻게 연결되는지 확인하십시오.가능할 때 실제 조건에서 테스트하십시오.이러한 간단한 단계를 통해 신뢰할 수 있고 정확하며 통합하기 쉬운 광학 센서를 선택할 수 있습니다.