Optik Transdüserler ve Sensörler

Giriş

Optik transdüserler ve sensörler, ışık enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren veya ışık yardımıyla cisimlerin varlığını algılayan elektronik elemanlardır. Endüstride otomasyon sistemlerinden güvenlik uygulamalarına, güneş enerjisi sistemlerinden haberleşmeye kadar birçok alanda kullanılmaktadır.

Foto Pil (Işık Pili – Güneş Pili)

Tanımı

Foto pil (fotovoltaik pil), üzerine düşen güneş ışığını doğrudan elektrik enerjisine dönüştüren yarı iletken bir devre elemanıdır. En yaygın olarak silisyum (Si) malzemeden üretilmektedir. Ayrıca galyum arsenit (GaAs) ve kadmiyum tellür (CdTe) gibi yarı iletkenler de kullanılmaktadır.

Güneş pilleri genellikle;

• Kare,
• Dikdörtgen,
• Daire

şeklinde üretilir.

Ortalama özellikleri;

• Alanı: 100 cm²
• Kalınlığı: 0,2–0,4 mm

arasındadır.

Çalışma Prensibi

Güneş pili, fotovoltaik etki prensibiyle çalışır.

• Güneş ışığındaki fotonlar PN birleşimine çarpar.
• Elektronlar serbest hale gelir.
• Elektron-hol çiftleri oluşur.
• PN birleşiminde elektrik alan meydana gelir.
• Uçlar arasında doğru gerilim oluşur.

Bir güneş hücresinin ürettiği gerilim yaklaşık;

0,15–0,5 Volt

arasındadır.

Daha yüksek gerilim elde etmek için hücreler seri, daha yüksek akım elde etmek için ise paralel bağlanır.

Kullanım Alanları

Foto piller günümüzde birçok alanda kullanılmaktadır.

• Güneş enerji santralleri
• Çatı tipi güneş sistemleri
• Sokak aydınlatmaları
• Trafik uyarı levhaları
• Bahçe aydınlatmaları
• Hesap makineleri
• Taşınabilir şarj cihazları
• Uydu sistemleri
• Karavan ve tekneler
• Tarımsal sulama sistemleri

Sağlamlık Testi

Foto pilin sağlamlığı avometre ile kolayca kontrol edilir.

Uygulama:

1. Avometre DC Volt kademesine alınır.
2. Prob uçları güneş piline bağlanır.
3. Pil aydınlık ortama tutulur.

Beklenen sonuç:

• Aydınlıkta gerilim okunmalıdır.
• Karanlıkta gerilim sıfıra yaklaşmalıdır.

Gerilim oluşmuyorsa güneş pili arızalı olabilir.

Optokuplör

Tanımı

Optokuplör (Optocoupler), iki elektrik devresi arasında elektriksel bağlantı olmadan, ışık yardımıyla sinyal aktarımı sağlayan elektronik elemandır.

Optokuplör sayesinde düşük gerilimli kontrol devreleri, yüksek gerilimli güç devrelerini güvenli şekilde kontrol edebilir.

Yapısı

Bir optokuplör içerisinde genellikle;

• LED
• Foto Transistör

bulunur.

Bazı modellerde foto transistör yerine;

• Foto diyot
• Foto tristör
• Foto triyak

kullanılmaktadır.

Çalışma Prensibi

Optokuplörün giriş kısmında LED bulunur.

LED’e akım uygulandığında;

• LED ışık yayar.
• Bu ışık foto transistöre ulaşır.
• Foto transistör iletime geçer.
• Çıkış devresi çalışır.

LED söndüğünde;

• Foto transistör kesime gider.
• Çıkış devresi kapanır.

Böylece iki devre arasında yalnızca optik bağlantı bulunur.

Avantajları

• Elektriksel izolasyon sağlar.
• Yüksek gerilimlerden kontrol devresini korur.
• Gürültü (Noise) etkisini azaltır.
• Mikrodenetleyicileri korur.
• Güvenli anahtarlama sağlar.

Kullanım Alanları

Optokuplörler;

• PLC sistemleri
• Mikrodenetleyici devreleri
• Motor sürücüleri
• Röle kartları
• Güç kaynakları (SMPS)
• İnvertörler
• Triyak sürücü devreleri
• Endüstriyel otomasyon
• Haberleşme devreleri

gibi birçok uygulamada kullanılmaktadır.

Sağlamlık Testi

Optokuplör test edilirken öncelikle veri sayfasındaki (datasheet) bacak bağlantıları incelenmelidir.

Test işlemi:

1. LED uçları belirlenir.
2. LED doğru polarmada beslenir.
3. Foto transistör uçları avometre ile ölçülür.

Beklenen sonuç:

• LED yanarken foto transistör iletime geçmelidir.
• LED sönükken foto transistör kesimde olmalıdır.

Optik Sensör Devrelerinde Arıza Giderme

Optik sensörlerde görülen arızaların başlıca nedenleri şunlardır:

• Sensör yüzeyinin kirlenmesi
• LED’in arızalanması
• Alıcı elemanın bozulması
• Reflektörün kirlenmesi
• Kablo kopukluğu
• Besleme geriliminin olmaması
• Yanlış hizalama

Arıza tespit edilirken;

• Besleme gerilimi ölçülmelidir.
• Sensör çıkışı kontrol edilmelidir.
• Işık kaynağı çalışıyor mu incelenmelidir.
• Sensör uçları kısa devre edilerek sistem davranışı gözlemlenmelidir.
• Gerekirse sensör değiştirilmelidir.

Optik Sensör Çeşitleri

1. Karşılıklı (Through Beam) Sensör

Bu sistemde;

• Verici ve alıcı karşılıklı yerleştirilir.
• Araya cisim girdiğinde ışık kesilir.
• Sensör çıkış verir.

Avantajları

• En uzun algılama mesafesi
• En güvenilir algılama
• Tozlu ortamlarda başarılı çalışma

Kullanım Alanları

• Konveyör sistemleri
• Paket sayma
• Üretim hatları
• Kapı güvenlik sistemleri

2. Reflektörden Yansımalı (Retro Reflective)

Bu tip sensörde;

• Verici ve alıcı aynı gövdededir.
• Karşı tarafta reflektör bulunur.
• Işık reflektörden geri döner.
• Araya cisim girdiğinde ışık kesilir ve sensör algılama yapar.

Kullanım Alanları

• Otomatik kapılar
• Depolama sistemleri
• Palet algılama
• Paketleme makineleri

3. Cisimden Yansımalı (Diffuse Reflective)

Bu sensörde;

• Verici ve alıcı aynı gövdededir.
• Işık doğrudan cisme gönderilir.
• Cisimden yansıyan ışık algılanır.
• Yansıyan ışık belirlenen eşik seviyesini geçtiğinde çıkış oluşur.

Kullanım Alanları

• Parça sayma
• Robotik uygulamalar
• Doluluk kontrolü
• Otomasyon sistemleri
• Üretim bantları

Optik Sensör Tiplerinin Karşılaştırılması

Sensör Tipi	Çalışma Şekli	Algılama Mesafesi	Avantajı
Karşılıklı	Işık demeti kesilir	Çok uzun	En güvenilir algılama
Reflektörden Yansımalı	Reflektörden dönen ışık kesilir	Orta	Tek taraflı montaj
Cisimden Yansımalı	Cisimden yansıyan ışık algılanır	Kısa	Reflektör gerektirmez

Sonuç

Optik transdüserler ve sensörler, ışık enerjisinden yararlanarak elektriksel sinyal üreten veya cisimlerin varlığını algılayan önemli elektronik elemanlardır. Foto piller güneş enerjisini elektrik enerjisine dönüştürürken, optokuplörler iki devre arasında elektriksel izolasyon sağlayarak güvenli sinyal aktarımı gerçekleştirir. Karşılıklı, reflektörden yansımalı ve cisimden yansımalı optik sensörler ise endüstriyel otomasyon, üretim hatları ve güvenlik sistemlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Doğru çalışma prensiplerinin bilinmesi ve uygun test yöntemlerinin uygulanması, bu elemanlarda oluşabilecek arızaların hızlı ve güvenilir şekilde tespit edilmesini sağlar.