مقدمة لتكنولوجيا الاختبار الكهروضوئي
تُعد تقنية الكشف الكهروضوئي إحدى التقنيات الرئيسية في تكنولوجيا المعلومات الكهروضوئية، والتي تشمل بشكل رئيسي تقنية التحويل الكهروضوئي، وتقنية اكتساب المعلومات البصرية، وتقنية قياس المعلومات البصرية، وتقنية المعالجة الكهروضوئية لمعلومات القياس. مثل الطريقة الكهروضوئية، تُستخدم لتحقيق مجموعة متنوعة من القياسات الفيزيائية، مثل قياس الإضاءة المنخفضة، وقياس الأشعة تحت الحمراء، ومسح الضوء، وقياس تتبع الضوء، وقياس الليزر، وقياس الألياف البصرية، وقياس الصور.
تجمع تقنية الكشف الضوئي الكهربائي بين التقنية البصرية والتقنية الإلكترونية لقياس كميات مختلفة، والتي تتميز بالخصائص التالية:
١. دقة عالية. تُعدّ دقة القياس الكهروضوئي الأعلى بين جميع تقنيات القياس. على سبيل المثال، تصل دقة قياس الطول باستخدام تداخل الليزر إلى ٠٫٠٥ ميكرومتر/متر؛ ويمكن قياس الزاوية بطريقة هامش المواريه الشبكي. تصل دقة قياس المسافة بين الأرض والقمر باستخدام طريقة تحديد المدى بالليزر إلى متر واحد.
٢. سرعة عالية. تعتمد القياسات الكهروضوئية على الضوء كوسط، وهو أسرع المواد انتشارًا، وهو بلا شك الأسرع في الحصول على المعلومات ونقلها بالطرق البصرية.
٣. مسافة طويلة ومدى واسع. يُعدّ الضوء الوسيلة الأنسب للتحكم عن بُعد والقياس عن بُعد، مثل توجيه الأسلحة، والتتبع الضوئي، والقياس عن بُعد التلفزيوني، وغيرها.
٤. القياس بدون تلامس. يُعتبر الضوء المسلط على الجسم المُقاس عديم القوة، ما يعني عدم وجود احتكاك، ويمكن إجراء قياس ديناميكي، وهو الأكثر فعالية بين طرق القياس المختلفة.
٥. عمر طويل. نظريًا، لا تُستهلك موجات الضوء أبدًا، ولكن طالما أن إعادة إنتاجها تتم بشكل جيد، يُمكن استخدامها مدى الحياة.
٦. بفضل قدراتها القوية في معالجة المعلومات والحوسبة، يُمكن معالجة المعلومات المعقدة بالتوازي. كما تتميز الطريقة الكهروضوئية بسهولة التحكم في المعلومات وتخزينها، وسهولة تحقيق الأتمتة، وسهولة الاتصال بالحاسوب، وسهولة التنفيذ الفردي.
تعتبر تقنية الاختبار الكهروضوئي تقنية جديدة لا غنى عنها في العلوم الحديثة والتحديث الوطني وحياة الناس، وهي تقنية جديدة تجمع بين الآلة والضوء والكهرباء والحاسوب، وهي واحدة من أكثر تقنيات المعلومات ذات الإمكانات العالية.
ثالثا، تكوين وخصائص نظام الكشف الكهروضوئي
نظرًا لتعقيد وتنوع الأجسام المُختبرة، فإن بنية نظام الكشف مختلفة. يتكون نظام الكشف الإلكتروني العام من ثلاثة أجزاء: المستشعر، ومُكيف الإشارة، ووصلة الإخراج.
المستشعر هو مُحوِّل إشارات يُثبِّت بين الجسم المُختَبَر ونظام الكشف. يستخرج المعلومات المُقاسة مباشرةً من الجسم المُختَبَر، ويستشعر تغيّرها، ويُحوِّلها إلى مُعاملات كهربائية سهلة القياس.
الإشارات التي تلتقطها المستشعرات عادةً ما تكون إشارات كهربائية. لا تلبي هذه الإشارات متطلبات المخرج مباشرةً، بل تحتاج إلى مزيد من التحويل والمعالجة والتحليل، أي تحويلها إلى إشارة كهربائية قياسية عبر دائرة معالجة الإشارة، وإرسالها إلى وصلة المخرج.
وفقًا للغرض وشكل إخراج نظام الكشف، فإن رابط الإخراج هو بشكل أساسي جهاز العرض والتسجيل وواجهة اتصال البيانات وجهاز التحكم.
يتم تحديد دائرة معالجة إشارة المستشعر حسب نوع المستشعر ومتطلبات إشارة الخرج. تختلف إشارات الخرج باختلاف المستشعرات. مخرج مستشعر التحكم في الطاقة هو تغيير المعلمات الكهربائية، والذي يجب تحويله إلى تغيير في الجهد بواسطة دائرة جسر. يكون خرج إشارة الجهد لدائرة الجسر صغيرًا، بينما يكون جهد الوضع المشترك كبيرًا، والذي يجب تضخيمه بواسطة مضخم جهاز. تحتوي إشارات الجهد والتيار الصادرة عن مستشعر تحويل الطاقة عادةً على إشارات ضوضاء عالية. يلزم وجود دائرة ترشيح لاستخراج الإشارات المفيدة وتصفية إشارات الضوضاء غير المفيدة. علاوة على ذلك، تكون سعة إشارة الجهد الصادرة عن مستشعر الطاقة العام منخفضة جدًا، ويمكن تضخيمها بواسطة مضخم جهاز.
بالمقارنة مع حامل النظام الإلكتروني، يزداد تردد حامل النظام الكهروضوئي بعدة مراتب من حيث الحجم. يُحدث هذا التغيير في ترتيب التردد نقلة نوعية في طريقة التنفيذ وقفزة نوعية في وظيفة النظام الكهروضوئي. ويتجلى ذلك بشكل رئيسي في سعة الحامل، حيث تتحسن الدقة الزاوية، ودقة النطاق، والدقة الطيفية بشكل كبير، مما يجعله يُستخدم على نطاق واسع في مجالات القنوات، والرادار، والاتصالات، والتوجيه الدقيق، والملاحة، والقياس، وغيرها. ورغم اختلاف أشكال النظام الكهروضوئي المُستخدم في هذه المجالات، إلا أن لها سمة مشتركة، وهي أنها جميعًا تحتوي على وصلة بين جهاز الإرسال، والقناة البصرية، والمستقبل البصري.
تُقسّم الأنظمة الكهروضوئية عادةً إلى فئتين: نشطة وسلبية. في النظام الكهروضوئي النشط، يتكون المرسل الضوئي بشكل رئيسي من مصدر ضوء (مثل الليزر) ومُعدِّل. أما في النظام الكهروضوئي السلبي، فيُصدر المرسل الضوئي إشعاعًا حراريًا من الجسم قيد الاختبار. القنوات الضوئية والمستقبلات الضوئية متطابقة في كليهما. تشير ما تُسمى بالقناة الضوئية بشكل رئيسي إلى الغلاف الجوي والفضاء وتحت الماء والألياف الضوئية. يُستخدم المستقبل الضوئي لجمع الإشارة الضوئية الواردة ومعالجتها لاستعادة معلومات الناقل الضوئي، ويتضمن ثلاث وحدات أساسية.
عادةً ما يتم التحويل الكهروضوئي باستخدام مجموعة متنوعة من المكونات والأنظمة البصرية، باستخدام المرايا المسطحة، والشقوق البصرية، والعدسات، والمناشير المخروطية، والمستقطبات، وألواح الموجات، وألواح الترميز، والشبكات، والمُعدِّلات، وأنظمة التصوير الضوئي، وأنظمة التداخل الضوئي، وغيرها، لتحقيق التحويل المقاس إلى معلمات بصرية (السعة، والتردد، والطور، وحالة الاستقطاب، وتغيرات اتجاه الانتشار، وغيرها). ويتم التحويل الكهروضوئي باستخدام أجهزة تحويل كهروضوئية متنوعة، مثل أجهزة الكشف الكهروضوئية، وأجهزة الكاميرا الكهروضوئية، والأجهزة الحرارية الكهروضوئية، وغيرها.
وقت النشر: ٢٠ يوليو ٢٠٢٣