3.2.1.1Optoelektrické detektory
Prijímače, optické detektory, majú za úlohu detekovať optický signál a previezť ho na signál elektrický. Najbežnejším optickým detektorom je PN alebo PIN fotodióda, lavínová APD, fototranzistor a pre špeciálne aplikácie optoelektronické prvky PSD, CCD a CMOS.

a/ fotodiódy PIN
Ich úlohou je transformácia svetla na elektrický prúd. Ide teda o opačnú funkciu luminisenčnej diódy.

Fotóny vstupujúce do polovodiča s dostatočnou energiou sú absorbované, pričom vznikajúce páry elektróny- diery vytvárajú v polovodiči napätie (fotovoltaický jav) alebo zväčšujú jeho vodivosť.

Spektakulárna citlivosť, ktorá udáva závislosť citlivosti detektoru na vlnovej dĺžke, závisí od materiálu PIN diódy.

b/ lavínové fotodiódy APD
Ak nepostačuje citlivosť PIN fotodiód, je možné použiť tzv. lavínové fotodiódy, ktoré vykazujú vlastné zosilenie. Konštrukciou sa podobajú PIN fotodiódam, taktiež materiály sú obdobné. Ich štruktúra obsahuje vrstvu, kde dochádza k násobeniu nosičov náboja. Toto zosilnenie fotoprúdu je spôsobené priložením veľkého záverečného napätia, ktoré urýchľuje dopadajúcimi fotónmi vzniknuté nosiče náboja natoľko, že pri zrážke s mriežkou kryštálu polovodiča dochádza k vyrazeniu ďalších elektrónov. Takto lavínovito narastá počet nosičov, preto sa to nazýva lavínová fotodióda.


c/ polohovo citlivé optoelektronické detektory PSD
Tieto detektory umožňujú presne určiť pozíciu dopadajúceho svetelného lúča na odporovú fotocitlivú plochu detektoru. Umožňujú tak na diaľku detekovať pohyb, zmerať veľkosť, alebo určiť tvar nejakého predmetu. Dovoľuje na mikrometre presne určiť pozíciu dopadajúceho svetelného lúča na aktívnu fotocitlivú plochu detektoru. Pozícia sa určuje porovnaním veľkostí prúdov z kontaktov detektoru, ktorých veľkosť sa spojito mení v závislosti na pozíciu dopadajúceho lúča na citlivú plochu. Jedná sa vlastne o variantu PIN diódy s fotocitlivou odporovou vrstvou v tvare pásika alebo plôšky.

d/ nábojovo viazané senzory CCD
používajú pre snímanie svetelného zariadenia kapacitory MOS alebo na PN prechod vo fotodióde. Pre snímanie plošného obrazu sa najčastejšie používajú CCD snímače typu interline transfer. Ako detektory sa používajú fotodiódy, ktoré akumulujú náboj vytvorený dopadajúcim svetlom. Po istej dobre sa tieto náboje naraz presunú do nábojovo viazaných CCD vertikálnych posuvných registrov.

e/ obrazové senzory CMOS
sú lacnejšie a rýchlejšie než senzory CCD. Najjednoduchšie CMOS senzory sú pasívne, ktoré generujú elektrický náboj úmerný energii dopadajúcich lúčov. Náboj ide cez zosilňovač do analógovo- digitálneho prevodníka. V praxi však dávajú tieto pasívne CMOS zlý obraz. Preto sa prešlo na aktívne CMOS senzory. Ich základom je pole fotodiódových prvkov vyrobených technológiou používanou pri výrobe CMOS obvodov. Fotodiódy sa vyrábajú s prúdom závislým na osvetlenie a premenným v rozsahu fA až nA. Ako pracovný odpor fotodiódy slúži transformátor typu MOSFET s pracovným napätím tesne nad prahovým napätím. Každá fotodióda je doplnené analytickým obvodom, ktorý aktívne eliminuje šum. Nevýhodou doterajších CMOS je ich malá citlivosť na svetlo. Je to dané tým, že obvody obmedzujúce šum sú vo vnútri buniek. Nedostatok sa rieši pridaním miniatúrnych šošoviek ku každej bunke a ďalšou miniaturizáciou kompenzačných obvodov.

f/ fotoopory MSM
ich podstatou je mikrovlnné páskové vedenie tvorené dvoma prúžkami na polovodičovom podklade (Si, GaAs). Elektródy sú prerušené úzkou medzerou (10 až 14 mikrometrov). Dopadajúce impulzy laserového zväzku zvýšia vodivosť podkladu, odpor pri ožiarení klesne na niekoľko Ω. Tieto prvky majú najkratšiu dobu odozvy (pribl. 12 ps), a sú tak vhodné pre senzory s extrémne krátkou dobou reakcie.

triangulačné senzory polohy
Bezdotykové optoelektronické senzory vzdialenosti využívajú princíp optické triangulácie. Laserový lúč vytvára na meranom objekte nepatrný svetelný bod. Detekciou uhlu odrazu tejto škvrny je potom vypočítaná vzdialenosť. Senzory automaticky kontrolujú intenzitu svetla. Odrazený signál dopadá na CCD alebo PSD snímací prvok s vysokým rozlíšením a pre ďalšie použitie je digitálne spracovaný. Vďaka tomu nie je meranie takmer ovplyvnené zmenami povrchu materiálu, jeho farbou a štruktúrou. Hrúbka môže byť meraná dvoma senzormi umiestnenými proti sebe.

optoelektronické senzory binárne
Sa dajú rozdeliť do niekoľkých skupín:
a/ jednocestné svetelné závory
b/ reflexné svetelné závory
c/ reflexné svetelné závory s laserovou diódou
d/ reflexné svetelné snímače
e/ reflexné svetelné snímače s potlačeným pozadím alebo popredím.

Výhoda optoelektrických senzorov oproti senzorom pracujúcim na ďalších fyzikálnych princípoch spočíva v necitlivosti voči rušeniu elektromagnetickými poľami a voči hluku. Optoelektrické senzory sú však citlivejšie na vlhkosť, vnútorné svetlo a infračervené žiarenie. Majú výhodu v širokom rozsahu vzdialeností, v ktorých sú schopné detekovať objekty. Ďalšou prednosťou sú ich malé rozmery pri pomerne veľkom rozsahu.

Ako zdroje svetla sa v súčasnej dobe najviac používajú luminisenčné diódy LED a polovodičové laserové diódy. Ako prijímače svetla sa používajú fotodiódy, prípadne fototranzistory. Vysielače premieňajú elektrický prúd na elektromagnetické žiarenie o vlnovej dĺžke svetelného spektra, zatiaľ čo prijímače naopak prevádzajú svetlo na elektrický prúd.

Ako vysielané svetlo sa najčastejšie používa svetlo infračervené, o vlnovej dĺžke l= 880 nm, prípadne 950 nm a svetlo vo viditeľnom spektre o vlnovej dĺžke 660nm.

Dôvody, pre ktoré sa používa infračervené svetlo spočívajú v tom, že fotodiódy majú v infračervenom rozsahu najväčšiu citlivosť, že svetlo s vlnovou dĺžkou väčšou než je priemer veľmi malých prachových častíc prechádza lúčom takmer bez rušení. Senzory využívajúce infračervené svetlo sú taktiež necitlivé voči rušeniu vnútorným zdrojom svetla z viditeľného spektra žiarenia.

a/ jednocestné svetelné senzory
Vysielače sú montované proti prijímačom v optickej osi. Ak je nejakým predmetom prerušená priama cesta svetla medzi vysielačom a prijímačom, zmenia sa elektrické vlastnosti fototranzistoru. Táto zmena je elektronickou jednotkou vyhodnotená a je signalizovaná zmenou stavu výstupného stupňa.

b/ reflexné svetelné závory

c/ reflexná svetelná závora s polarizačným filtrom
Pre detekciu zrkadľujúcich sa predmetov je vhodnejšie použiť reflexnú svetelnú závoru s polarizačným filtrom. Svetlo sa z vysielača šíri všetkými smermi. Po prechode polarizačným filtrom zostanú v svetelnom zväzku len lúče s jedným smerom polarizácie, so spoločnou polarizačnou rovinou. Smer polarizačnej roviny je určený orientáciou filtru, takže jeho natáčaním sa nakláňa i polarizačná rovina prechádzajúceho svetla.

d/ reflexné svetelné snímače
Majú obdobu konštrukcie ako svetelná závora. Taktiež sa tu nachádza vysielač a prijímač v jednom kompaktnom púzdre, samozrejme s odlišne orientovanou optikou. K vyhodnoteniu je použité odrazené svetlo priamo od detekovaného predmetu. Reflexné svetelné snímače majú menšiu snímaciu vzdialenosť oproti svetelným závorám a ich snímacia vzdialenosť je závislá na reflexných vlastnostiach detekovaných predmetov.

e/ reflexné svetelné snímače s potlačeným pozadím
Pre potlačenie rušivých vplyvov pozadia u reflexných svetelných snímačoch sa používajú predovšetkým metódy krížiacej sa optickej osi visielača a prijímača a metóda triangulančná.

f/ optoelektronické vláknové senzory
Pre zvláštne podmienky nasadenia, napr. Do prostredia s vyššou teplotou či striekajúcou vodou, alebo na zle prístupné miesta, boli vyvinuté zvláštne optoelektronické senzory s optickými vláknami tvorenými transparentnými dielektrickými vláknami, ktoré sú buď plastové, alebo sklenené. Svetlovody umožňujú zaviesť svetelné lúče do rôznych miest a tam detekovať aj tie najmenšie predmety. Optické vlákna z hľadiska konštrukcie môžeme deliť na 3 základné prevedenia:
1-mnohovodivé jadro priemer 100 až 600µm (skoková zmena indexu lomu)
2-jednovodivé jadro priemer 5 až 6µm (šíria len jediný vid)
3-gradientné jadro priemer 50µm (takmer rovnaká doba šírenia jednotlivých vidov).
Jadro optického vlákna je opatrené vláknom, napr. z polyetylénu. Pre zväčšenie mechanickej a tepelnej odolnosti sa opatrujú sekundárnym plášťom, napr. z kovu.

Laserový interferometer
Je zariadenie poskytujúce vysokú úroveň presnosti, ale tiež drahé zariadenia a zariadenia, ktoré vyžadujú veľký zástavbový priestor. Pre prekonanie týchto nevýhod vyvinula firma Renishaw novú generáciu interferometrických systémov s distribúciou laserového lúča pomocou sklenených optických vlákien. Hlavice, ktoré tvoria zakončenie optických vlákien, sú vybavené možnosťou presného nasmerovania lúča a výstupom systému sú sygnály v štandardných priemyselných formátoch. Vláknový laser oproti tomu privádza lúč priamo do osi merania a umožňuje flexibilne nastaviť hlavicu mimo priestor ovplyvnený tepelným vyžarovaním laseru. Vláknová optika redukuje dobu nevyhnutnú pre inštaláciu a umožňuje využívať jeden zdroj laserového žiarenia až pre 2 nezávislé osi.

Laserový difúzny senzor
Ide o laserový snímač na meranie vzdialenosti. Pracuje na princípe vysielania krátkych svetelných impulzov a zaznamenáva čas, ktorý potrebuje lúč na návrat späť k senzoru. Za milisekundu zmeria priemernú dobu medzi vyslaním a prijímom 1000 impulzov, z nej spočíta vzdialenosť a príslušnú hodnotu postúpi na výstup. Veľký dosah senzoru umožňuje merať vzdialenosť malých častí, alebo málo nápadných objektov či telies, dokonca i vtedy, keď je senzor umiestnený s veľkým odstupom od nebezpečnej oblasti výrobného procesu. Jasne a dobre viditeľné svetlo emitované laserovým lúčom zjednodušuje uvedenie senzoru do prevádzky. Senzor pracuje v difúznom móde s odrazom od povrchu identifikovaného predmetu.

3.2.1.1 Kamerové systémy
Uplatňujú sa v rôznych odvetviach. Slúžia k vizuálnej kontrole objektov a výrobných procesov, v lekárstve, letectve, vo vesmírnych programoch atd. V súčasnosti to sú tzv. inteligentné kamery súdržiace funkciu klasickej kamery a vyhodnocovacieho systému s komunikačným rozhraním. Inteligentné kamery dnes už zvládnu i náročnejšie operácie, ako je detekcia a rozpoznanie objektu, využívané v doprave pre čítanie registračných značiek alebo v priemysle pre kontrolu typu tovaru. Vyhodnocujú jednotlivé objekty a porovnávajú ich s predpísaným vzorom alebo skupinou vzorov. Rovnaké nároky kladie i funkcia meraného rozmeru. Funkcia kontroly kvality v sebe zahŕňa všetky vyššie zmienené metódy. Vyhodnocujú sa rozmery, povrchové vady, kontroluje sa vzhľad výrobku pre neskoršie použitie.

Limitujúcim parametrom snímacieho prvku je počet obrazových plošiek, ktoré je schopný rozlíšiť. Podľa geometrického usporiadania sa senzory delia na plošné a riadkové. Riadkový senzor má obvykle jeden riadok. Vďaka jednoduchej konštrukcii dosahuje rozlíšenie riadku až niekoľko desiatok tisíc bodov. Plošné senzory sú usporiadané do stĺpcov a riadkov vo vopred definovanom pomere , najčastejšie 4:3. Rozlíšenie podľa normy PAL je 752*582 obrazových bodov. To znamená, že výsledný obrázok je zostavený z z dvoch polosnímkov o veľkosti 752*291 obrazových bodov.

Plocha snímacieho elementu ovplyvňuje citlivosť senzoru a schopnosť reagovať na rôzne vlnové dĺžky. V súčasnej dobe sa používajú na výrobu senzorov dve technológie. CCD a CMOS. Typ použitého senzoru ovplyvňuje parametre nie len obrazu, ale aj kamery.

Ďalším prvkom v reťazci spracovania signálu v kamere je obvod starajúci sa o spracovanie dát zo snímacieho prvku. V jednoduchších kamerách to býva obvod bez procesoru na báze zákazníckych obvodov.

Vlastnosti komunikačného rozhrania určujú, v akom rozsahu a objeme sa dajú prenášať dáta získané kamerou. Niektoré kamery majú len sériové rozhrania typu RS-232C a RS-485 rozšírené o doplňujúcu sadu vstupov/ výstupov, ktoré môžu byť galvanicky oddelené. Ďalším sériovým rozhraním je Ethernet. Rozhranie môže bez problémov prenášať obrazovú informáciu a riadiace informácie veľmi vysokými rýchlosťami od 10 Mb/s do 1000 Mb/s po točenej dvojlinke aj po optickom vlákne. Poslednou skupinou sú rozhrania pre bezdrôtový prenos dát, kam patrí Bluetooth, WiFi a IrDA.

Softvér pre kamery sa obvykle skladá z operačného systému a aplikačného a užívateľského softvéru. Operačný systém zaisťuje služby na najnižšej úrovni, napr. inicializáciu služieb, zavedenie aplikačného a užívateľského softvéru, správu pamäte, komunikáciu kamery s perifériami a okolitým svetom, zaznamenávanie stavu systému a chybových stavov, podporu pri ladení cieľovej aplikácie a vzdialenú správu kamery. Dnes sa najviac využívajú operačné systémy postavené na prostrediach UNIX, Windows CE alebo systémy písané na zakázku pre daný typ zariadenia.

3.2.2Kapacitné senzory
3.2.2.1Kapacitné senzory dotykové
Základom kapacitného senzoru je dvoj- alebo viacelektródový systém, ktorého parameter sa mení pomocou meranej neelektrickej veličiny X. kapacita kondenzátorov býva rádovo jednotky až stovky pF. Je preto veľmi dôležité eliminovať vznikajúce parazitné kapacity. Čidlo je spojené meranou neelektrickou veličinou a vplyvom jej zmeny sa môže meniť medzera medzi doskami, plocha dosiek a dielektrikum, a tým výsledná kapacita. Ako merací obvod sa používajú:
- striedavé mostíky
- spätnoväzbové obvody
- diferenčné mostíky
- rezonančné obvody.

Senzory na kapacitnom princípe sa používajú na meranie sily materiálu, polohy, prítomnosti predmetu, deformácie, hladiny vlhkosti a pod.

3.2.2.2Kapacitné senzory bezdotykové
Ich základom je vysokofrekvenčný RC oscilátor. Senzor reaguje na zmenu kapacity, ktorá vznikne priblížením snímaného objektu do elektrického poľa kondenzátoru.

3.2.3Odporové senzory
3.2.3.1Odporové senzory analógové
Odporové senzory patria medzi pasívne senzory. Meraná neelektrická veličina je senzorom spojite prevedená na zmenu odporu. Čidlá pracujúce na odporovom princípe sú väčšinou zapojené do meracieho mostíka. Čidlo je s vyhodnocovacou časťou pripojené pomocou spojovacieho vedenia. Pripojenie je dvoj-, troj-, alebo štvorvodičové. Troj- alebo štvorvodičové pripojenie eliminuje vplyv odporu prívodu. Odporovým snímačom je potenciometer, ktorého bežec je mechanicky spojený so sledovaným objektom. Odporová dráha je vrstvová, drôtová, alebo z vodivého plastu CP. Rozdelenie odporových snímačov sa môže previezť podľa tvaru dráhy (lineárne, logaritmické a exponenciálne), podľa pohybu bežca (rotačné jednootáčkové, viacotáčkové alebo posuvné) a podľa materiálu dráhy. Vlastnosti sú ovplyvňované hodnotou TKR (teplotný koeficient odporu), životnosti, rozlišovacích schopností, triedou presnosti, linearitou a šumom. Zvláštnosťou sú lankové senzory, kde meraný objekt je s bežcom spojený lankom. Vyhodnocovacie obvody používajú výchylkové alebo mostíkové metódy známe z metód meraného odporu.