فهم مخرجات التصوير المقطعي البصري/النبضي

1. التعريف والمفهوم الأساسي

مخرجات التصوير المقطعي البصري التوافقي

• يُعدّ الموصل البصري، المعروف أيضًا باسم العازل الضوئي، العنصر الأساسي في خرج التصوير المقطعي البصري (OCT). ويتكون من ثنائي باعث للأشعة تحت الحمراء (LED) وترانزستور ضوئي. عند تطبيق إشارة كهربائية على جانب الإدخال للموصل البصري، يُصدر الثنائي الباعث للأشعة تحت الحمراء ضوءًا تحت أحمر. ثم يسقط هذا الضوء على الترانزستور الضوئي في جانب الإخراج. تتغير موصلية الترانزستور الضوئي استجابةً لشدة الضوء الساقط. في سياق خرج التصوير المقطعي البصري، يُستخدم الخرج الكهربائي من الترانزستور الضوئي لنقل المعلومات. يمكن أن يكون هذا الخرج على شكل إشارة رقمية، إما عالية أو منخفضة، اعتمادًا على ما إذا كان الثنائي الباعث للأشعة تحت الحمراء مضاءً أم لا. يوفر استخدام الموصل البصري عزلًا كهربائيًا بين دوائر الإدخال والإخراج. يُعدّ هذا العزل بالغ الأهمية في التطبيقات التي قد تشهد فروق جهد عالية أو ضوضاء كهربائية على جانب الإدخال، والتي قد تتداخل مع الإلكترونيات الحساسة في جانب الإخراج أو تُتلفها. على سبيل المثال، في نظام توزيع الطاقة، حيث تتم مراقبة الإشارات الكهربائية عالية الجهد، يمكن لخرج التصوير المقطعي البصري نقل المعلومات بأمان حول حالة أوالقياساتتحويل هذه الدوائر ذات الجهد العالي إلى نظام تحكم أو مراقبة ذي جهد منخفض دون خطر التداخل الكهربائي أو حدوث دوائر قصر.

خرج النبضة

• يشير خرج النبضات إلى توليد سلسلة من النبضات الكهربائية المنفصلة. النبضة هي تغير قصير المدة في مستوى الإشارة الكهربائية، عادةً من حالة منخفضة إلى حالة عالية ثم العودة إلى حالة منخفضة. تحمل خصائص هذه النبضات، مثل ترددها (عدد النبضات في وحدة الزمن)، وعرضها (مدة الجزء ذي الحالة العالية من النبضة)، وسعتها، معلوماتٍ مهمة. في العديد من أجهزة القياس، مثل عدادات التدفق وعدادات الطاقة، تُحوّل الكمية المراد قياسها إلى إشارة نبضية مقابلة. على سبيل المثال، في عداد تدفق المياه، قد يتسبب كل حجم من الماء يمر عبر العداد في توليد نبضة كهربائية واحدة. من خلال عدّ عدد هذه النبضات خلال فترة زمنية محددة، يمكن تحديد إجمالي حجم تدفق المياه. يتناسب تردد النبضات طرديًا مع معدل التدفق، حيث يؤدي ارتفاع معدل التدفق إلى زيادة تردد النبضات.

2. مبادئ العمل

توليد النبضات باستخدام تقنية التصوير المقطعي البصري

• في بعض الأنظمة، يُستخدم مُقترن الإشارة الضوئية (OCT) لتوليد نبضات خرج. على سبيل المثال، في وصلة اتصال رقمية بين نظامين فرعيين معزولين كهربائيًا، قد يُرسل مُتحكم دقيق في جانب الإرسال سلسلة من الإشارات الرقمية. تُستخدم هذه الإشارات لتشغيل الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) في المُقترن الضوئي. عندما يُبدّل المُتحكم الدقيق الإشارة بين حالتيها العالية والمنخفضة، يضيء الصمام الثنائي الباعث للضوء وينطفئ تبعًا لذلك. ثم يُنتج الترانزستور الضوئي في جانب الإخراج سلسلة مُقابلة من النبضات. يضمن العزل الكهربائي الذي يُوفره مُقترن الإشارة الضوئية عدم تأثير أي ضوضاء كهربائية أو تغيرات مفاجئة في الجهد على دائرة جانب الإرسال على دائرة جانب الاستقبال. يُعد هذا مفيدًا بشكل خاص في البيئات التي تشهد تداخلًا كهرومغناطيسيًا كبيرًا، مثل المصانع الصناعية التي تعمل فيها محركات كبيرة ومعدات كهربائية أخرى.

توليد النبضات من أجهزة الاستشعار

• في التطبيقات القائمة على أجهزة الاستشعار، ترتبط عملية توليد النبضات بالكمية الفيزيائية المراد قياسها. لنأخذ على سبيل المثال مستشعر الالتقاط المغناطيسي المستخدم لقياس سرعة دوران عمود. صُمم هذا المستشعر للكشف عن مرور العناصر المغناطيسية (مثل أسنان ترس مُثبت على العمود). في كل مرة يمر فيها عنصر مغناطيسي أمام المستشعر، يُحدث تغييرًا في خرج المستشعر. ثم يُعالج هذا التغيير ويُشكل على هيئة نبضة. يرتبط تردد هذه النبضات ارتباطًا مباشرًا بسرعة دوران العمود. فكلما زادت سرعة دوران العمود، زاد عدد العناصر المغناطيسية التي تمر أمام المستشعر في وحدة الزمن، مما يؤدي إلى زيادة تردد النبضات. بعد ذلك، يمكن إرسال خرج النبضات إلى وحدة تحكم دقيقة أو جهاز تحكم آخر لمزيد من المعالجة، مثل حساب سرعة الدوران وعرضها على شاشة.

3. التطبيقات

الأتمتة الصناعية

• يُستخدم خرج النبضات/OCT على نطاق واسع في أنظمة الأتمتة الصناعية. فعلى سبيل المثال، في نظام السيور الناقلة، يمكن استخدام مستشعرات التقارب المزودة بخرج نبضات للكشف عن وجود الأجسام وحركتها على السير. في كل مرة يمر جسم ما أمام المستشعر، يتم توليد نبضة. ويمكن لوحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) عدّ هذه النبضات لتتبع عدد العناصر المنقولة. ويُستخدم خرج OCT عندما تحتاج هذه المستشعرات إلى التواصل مع وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة مع الحفاظ على العزل الكهربائي، لحماية دوائر وحدة التحكم المنطقية الحساسة من التشويش الكهربائي المحتمل أو ارتفاعات الجهد المفاجئة في البيئة الصناعية.

قياس الطاقة

• يُعدّ خرج النبضات ميزة شائعة في عدادات الكهرباء والغاز. في عداد الكهرباء، يُقاس استهلاك الطاقة بوحدة واط-ساعة. تقوم الدوائر الداخلية للعداد بتحويل الطاقة الكهربائية المقاسة إلى سلسلة من النبضات. كلما زاد استهلاك الطاقة، زاد عدد النبضات المُولّدة. يمكن إرسال هذه النبضات إلى مسجل بيانات أو نظام شبكة ذكية لأغراض المراقبة عن بُعد وإصدار الفواتير. يُسهّل استخدام خرج النبضات عملية الاتصال ويُتيح التكامل بسهولة مع أنظمة أخرى.أنظمة إدارة الطاقة.

الأجهزة والقياس

• في العديد من أجهزة القياس، مثل راسمات الذبذبات وعدادات التردد، يُمكن استخدام خرج النبضات/OCT للمعايرة ونقل الإشارات. على سبيل المثال، قد يُولّد مصدر المعايرة إشارات نبضية دقيقة بترددات وسعات معروفة. يُمكن إرسال هذه النبضات إلى الجهاز المراد معايرته عبر واجهة تعتمد على تقنية OCT لضمان دقة القياس. في عداد التردد، تُحسب إشارة الإدخال، والتي قد تكون سلسلة نبضات من مستشعر أو وصلة اتصال، وتُحلل لتحديد تردد الإشارة.