2023年光电开关工作原理资料光电接近开关工作原理.docx

光电开关工作原理资料:光电接近开关工作原理 光电开关原理及应用 一、前言光电开关是传感器大家族中的成 员，它把发射端和接收端之间光的强弱变化 转化为电流的变化以到达探测的目的。由于 光电开关输出回路和输入回路是电隔离的 （即电缘绝），所以它可以在许多场合得到 应用。 二、光电开关介绍1、工作原理 光电开关（光电传感器）是光电接近开关 的简称，它是利用被检测物对光束的遮挡或 反射，由同步回路选通电路，从而检测物体 有无的。物体不限于金属，所有能反射光线 的物体均可被检测。光电开关将输入电流在 发射器上转换为光信号射出，接收器再根据 接收到的光线的强弱或有无对目标物体进 行探测。工作原理如图1所示。多数光电开 关选用的是波长接近可见光的红外线光波 型。图2是德国sick公司的局部光电开关外型图。 2、光电开关的分类及术语解释 （1）、分类①漫反射式光电开关。它是一种集发射器和接收器于一体的传感器，当有被检测物体经过时，物体将光电开关发射器发射的足够量的光线反射到接收器，于是光电开关就产生了开关信号。当被检测物体的外表光亮或其反光率极高时，漫反 射式的光电开关是首选的检 测模式。②镜反射式光电开 关：它亦集发射器与接收器 于一体，光电开关发射器发 出的光线经过反射镜反射回 接收器，当被检测物体经过 且完全阻断光线时，光电开 关就产生了检测开关信号。 ③对射式光电开关：它包含 了在结构上相互别离且光 轴 相对放置的发射器和接收器，发射器发出的光线直接进入接收器，当被检测物体经过发射器和接收器之间且阻断光线时，光电开关就产生了开关信号。当检测物体为不透明时，对射式光电开关是最可靠的检测装置。④槽式光电开关：它通常采用标准的u字型结构，其发射器和接收器分别位于u型槽的两边，并形成一光轴，当被检测物体经过u型槽且阻断光轴时，光电开关就产生了开关量信号。槽式光电开关比较适合检测高速运动的物体，并且它能分辨透明与半透明物体，使用平安可靠。⑤光纤式光电开关：它采用塑料或玻璃光纤传感器来引导光线，可以对距离远的被检测物体进行检测。通常光纤传感器分为对射式和漫反射式。它们的工作光线示意图如图3所示。 （2）术语解释常见的术语示意图如图4所示。①检测距离：是指检测体按一定方式移动，当开关动作时测得的基准位置（光电开关的感应外表）到检测面的空间距离。额定动作距离指接近开关动作距离的标称值。②回差距离：动作距离与复位距离之间的绝对值。③响应频率：在规定的1s的时间间隔内，允许光电开关动作循环的次数。 ④输出状态：分常开和常 闭。当无检测物体时，常开 型的光电开关所接通的负载 由于光电开关内部的输出晶 体管的截止而不工作，当检 测到物体时，晶体管导通， 负载得电工作。⑤检测方 式：根据光电开关在检测物 体时发射器所发出的光线被 折回到接收器的途径的不 同，可分为漫反射式、镜反 射式、对射式等。⑥输出形式。分npn 二线、npn三线、npn四线、pnp二线、 pnp三线、pnp四线、ac二线、ac五线 （自带继电器），及直流npn/pnp/常开/ 常闭多功能等几种常用的输出形式。⑦指 向角：见光电开关的指向角示意图，即如图 4的下部三个小图所示。⑧外表反射率。 漫反射式光电开关发出的光线需要经检测 物外表才能反射回漫反射开关的接受器， 所以检测距离和被检测物体的外表反射率 将决定接受器接收到光线的强度。粗糙的 外表反射回的光线强度必将小于光滑外表 反射回的强度，而且，被检测物体的外表必 光电开关的定义。此种产品以光源为介质、应用光电效应，当光源受物体遮蔽或发生反射、辐射和遮光导致受光量变化来检测对象的有无、大小和明暗，而向产生接点和无接点输出信号的开关元件。光电开关包括几种类型，自身不具备光源，利用被测物体发射的光的变化量进行检测的；利用自然光对光电开关的照射，物体遮蔽自然光产生的关变化量；光电开关自身具备光源，发射的光源对被检测物体反射、吸收、和透射光的变化量进行检测。常用的光源为紫外光、可见光、红外光等波段的光源，光源的类型有灯泡、led、激光管等；输出信号有开关量或模拟量和通讯数据信息等。 光电开关的叫法，主要是输出为开关量的开关元件。 光电传感器的叫法，涵盖了输出开关量、模拟量、通讯数据等。 目前市面光电开关的叫法有分光源、检测形式、用途、结构等命名的。 如。利用红外光源的叫红外光电开关、红外线光电开关、红外线光电传感器等。 利用自然光的叫光控开关、光电继电器等。 利用激光为光源的叫激光光电开关、激光光电传感器等。 利用检测形式叫热金属检测器，俗称热检等。 利用用途的叫光电距离传感器、平安光幕传感器等。 利用结构的叫光幕传感器等。 这里就简要举几个例子，还有很多的叫法. 一、光电开关原理与分类 1：按检测形式的分类 （1）对射式 对射式是由一个发射器与一个接收器相对配置的，发射器发射出的光指向接收器，发射器与接收器之间组成一个闭合光路，通过对光路的光被遮断或光衰减来进行检测的一种检测形式。这种检测形式作用距离比较长，但需要一个发射器并需要配电；在某些应用场合比方空间狭小，不适宜配电的运用上比较麻烦。如图1a： 图1a ②发射器与接收器一体化，光传输为直流方式的非调制信号，主要小型缝隙光电开关，如u型、c型的槽型光电开关。如图1b： 图1b （2）直接反射式 这种方式是把发射器与接收器构为一体，发射器发射的光直接照射到被检测物上，根据反射光的变化情况来进行检测的。可以说是近似人的眼睛的一种检测器。与对射式相比作用距离比较短，只需要单线配电即可，属于通用检测器。如图2： 图2 （3）镜面反射式 ①这种方式是把发射器与接收器构为一体，光电开关对置反角矩阵射镜，发射器的光被反射镜后反响回接收器，光电开关与角矩阵反射镜（多棱镜）形成闭合光路，通过对光路的光被遮断或光衰减来进行检测的一种检测形式，这种检测形式作用距离比对射式短，比直接反射式较长。只需要单线配电即可，由于采用反射镜光轴的调整比对射式容易；反射镜由多棱镜角矩阵板或微晶玻璃颗粒反射膜等。如图3a： 图3a ②具有m.s.r功能的反射器式光电开关，如果被检测物是平面而且有光泽，那么会产生误动作，欲解决此问题，可采用m.s.r功能，它的主要工作原理是基于角矩阵反射器能使偏振光方向改变90°，采用互相垂直的偏振光膜片放在双镜头前，所以使用角矩阵反射器，光路闭合。如果是平面镜或反光率比较的物体（如：玻璃瓶等）不能改变偏振方向，由它阻挡而产生的反射光不能进入受光器，因此它可以很容易被检测到，从而解决了由它外表反射而它引起的误动作问题。如图3b： 图3b （4）辐射光检测形式 通过对被检测物体辐射出的光进行检测的形式。如用于钢铁行业的对加热的铁辐射出的红外线进行检测的光电开关。如图4： 图4 （5）限定反射式 这种方式是把发射器与接收器构为一体，发射器与接收器形成一个角度，发射光轴与接收光轴交叉区域灵敏度最正确。如图5： 图5 （6）夹角式 这种方式是把发射器与接收器构为一体，发射器与接收器形成一个角度，发射光聚焦点与接收光聚焦交叉区域检测物体，用于精细检测，如标记检测等。如图6： 图6 （7）同轴检测式（单镜头） 这种方式是把发射器与接收器构为一体，发射光通过镀膜的半透明镜片45°折射后通过镜头聚焦发射出去，接收光线通过聚焦镜头入射到接收器，主要用于标志检测。目前主流的颜色传感器、标志传感器大多采用这样方式。如图7： 图7 （8）光导纤维式 光导纤维简称光纤，目前光纤式光电开关的光纤根本是两种，一种塑料光纤，价位比较低，普通检测使用；另一种玻璃光纤，价位比较高，一些检测精度比较高的场合。 ①：对射式，把光纤套入发射器，把光纤套入接收器，光纤检测头相对安置。如图8a： 图8a ②：直接反射式，发射器与接收器构为一体，把光纤套入发射器与接收器（光纤放大器），光纤头为两根光纤并行，直接检测物体。如图8b： 图8b ③：同轴反射，发射器与接收器构为一体，把光纤套入发射器与接收器（光纤放大器）。光纤头为两根光纤并为一根的形式，发射光纤在中间，接受光纤围着其圆周排列。可以直接反射与镜面反射，取决于光纤放大器的光学结构。如图8c： 图8c 2：按检测方法的分类 （1）光量法 目前大多数光电开关用来检测物体有无的均为光量方式，既光源受物体遮蔽或发生反射、辐射和遮光导致受光量变化来检测对象的有无。 （2）三角测距法 光量方式容易受到物体外表的光洁度、粗糙度、颜色所影响，因此在一些要求比较高的场合就需要采用距离法检测。 （3）激光测量法 由激光器对被测目标发射一个光信号，然后接受目标反射回来的光信号，通过测量光信号往返经过的时间，计算出目标的距离。 3：按光源种类的分类 光源目前采用的大多是发光二极管（led），根据不同使用目的的区别使用。 （1）白炽灯式（可见光） 用于需要白光的标志检测器，由于寿命与抗震性能，现在使用比较少。 （2）发光二极管（led）式（可见光、近红外光） 具有调制容易、寿命长、小型、功耗小、抗震等优点是光电开关理想的光源，可用于各种用途。 （3）荧光式（可见光） 主要用于需要长度的光电系统（图像传感器等） （4）紫外光式（不可见光） 通过照射紫外线用于检测发生可见光的物体（荧光整理疵点、食品中的异物等）。 （5）气体激光式（可见光） 光束比较强，用于探伤系统、条形码系统、及强光衰减大的场合，如蒸汽、烟雾、火焰等场合。 （6）半导体激光式（红光、近红外光） 具有较强的透射率和容易调制的特性，用于如蒸汽、烟雾、火焰等场合钢铁行业与安防。4：按光源调制种类的分类 （1）直流光式 使发射器的光线为不变的直流光，包括白炽灯和用直流驱动的发光二极管。这种方式有线路简单、响应速度快的特点，但是抗光干扰比较弱，目前仅在较短的距离检测中使用。 （2）调制式 ①、脉冲调制式 使发射器发的出光线为具有一定频率的脉冲波，一般称为调制光，采用这种方式除了可以获得峰值很高的光脉冲功率外，还可以对接收器输出采用具有频率选择的交流放大器进行放大，从而减少周围光线和电气噪声的影响，这是目前国内外使用最广的一种方式。 ②机械旋转调制式 对光源用棱镜或转盘孔旋转后，提取脉冲信号，如用于