光电开关工作原理.docx

1、光电开关工作原理光电开关原理及应用 中族器大家电开关是传感一、前言 光的光端之间射端和接收，的成员它把发探到化以达为电流的变强弱变化转化输和出回路光电开关输测的目的。由于以），所电缘绝电隔离的（即入回路是、二? ?到应用。 在它可以许多场合得关开光电、工作原理 光电开关介绍 1简的开关是光电接近（光电传感器）或挡的遮测物对光束称，它是利用被检测检，从而选通电路反射，由同步回路能有属，所不限于金物体有无的。物体关开光电被检测。反射光线的物体均可号信为光器上转换将输入电流在发射强线的收到的光，接收器再根据接射出原工作行探测。有无对目标物体进弱或是。图2线光波型近可见光的红外所示。多数光电开关选用的

2、是波长接理如图1、1）释 （的分类及术语解电开关外型图。 2、光电开关德国SICK公司的部分光有当感器，于收器一体的传关：它是一种集发射器和接电分类 漫反射式光开，器到接收的光线反射足电开关发射器发射的够量过被检测物体经时，物体将光，时极高或其反光率物当被检测体的表面光亮电于是光开关就产生了开关信号。器射集发关：它亦 镜反射式光电开式漫反射式的光电开关是首选的检测模。检，当被回接收器线经过反射镜反射器与接收器于一体，光电开关发射发出的光光射式 对检测开关信号。时全阻断光线，光电开关就产生了过测物体经且完器射收器，发的发射器和接上相互分离且光轴相对放置构开电关：它包含了在结线光阻断器之间且接测物

3、体经过发射器和收入发出的光线直接进接收器，当被检最关是光电开时为不透明，对射式检产时，光电开关就生了开关信号。当测物体器射其发字型结构，标开电关：它通常采用准的U槽置的可靠检测装。 式光且槽U型体检测物经过被光并的于器收分别位U型槽两边，形成一轴，当接和运速高测检合适较比关开电光式。槽号信量关开了生产就关开电，光时轴光断阻动的物体，并且它能分辨透明与半透明物体,使用安全可靠。 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。 检测距离：是指

4、检测体按一定方式移动，当开关动作时测得的基准位置（光电开关的感应表面）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。 回差距离：动作距离与复位距离之间的绝对值。 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。 输出状态：分常开和常闭。当无检测物体时， 所关光电开常开型的电光载由于接通的负体晶的输出开关内部，当作而不工管的截止管体体时，晶检测到物。作电工通，负载得导光据：根检测方式 时体测物电开关在检线光出的发射器所发途的收器折回到接被反漫分为的不同，可径输 射式等。式射式、镜反射、对N线、线、NPN三出形式：分NPN二PN线、线、PNP三PN四线、PNP二继自带

5、五线（线、AC二线、ACP四常开/流NPN/PNP/常电器），及直 。出形式几种常用的输多闭功能等意示指向角光电开关的指向角：见 。所示部三个小图,图即如图4的下发关电开反射式光表面反射率：漫射能反物表面才的光线需要经检测出距检测，所以射开关的接受器回漫反定决射率将物体的表面反离和被检测表的粗糙线的强度。接受器接收到光表光滑将小于度反射回的光线强必面的体测物而,且，被检的面反射回强度光射关的发光须表面必垂直于电开。示所1表如率射反的料材用常。线的定义：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

6、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。

7、 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、安全光幕传感器等。 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、原理与分类 1：按检测形式的分类 （1） 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；在某些应用场合比如空间狭小，不合适配电的运用上比较麻烦。如图1a： 图1a 发射器与接

8、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 ）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2（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）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馈回接收器，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

9、，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 具有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，则会产生误动作，欲解决此问题，可采用功能，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，从而解决了由它表面反射而它引起的误动作问题。如图3b: 图3b （4）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

10、辐射出的红外线进行检测的光电开关。如图4： 图4 （5）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佳。如图5： 图5 （6）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）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）光导纤维简称光纤，目前光纤式光电开关的光纤基本

11、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。 ：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 ：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 ：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： （1）光量法 目前大多数光电开关用来检测物体有无的

12、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表面的光洁度、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、

13、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：（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

14、扰比较弱，目前仅在较短的距离检测中使用。 （2）调制式 、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。 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，如用于区域检测和热金属辐射的扫描检测等。 、扫描式 将多个发射器与接收器组合，通过同步信号逐一扫描，防止相互干扰。如用于光幕传感器。 5： （1）直流式 ）的直流电压的供电。10-30V（12-24V采用直流电压供电的形式，一般大多采用（2

15、）交流式 采用交流电压供电，电压范围为90-240V交流电，满足110VAC与220VAC场合的供电 （3）直流交流混合式 直流电压与交流电压都可以直接接入同一个供电回路的形式，直流电压范围12-240V，交流电压范围24-240V，此形式适应性比较灵活，不需要考虑配电的问题。 6：按输出种类的分类 （1）三极管NPN输出 （2）三极管PNP输出 （3）三极管NPN与PNP混合输出 （4）固态隔离无触点输出 （5）继电器触点输出 （6）可控硅输出 （7）模拟电压 （8）模拟电流 （9）数据信号 7： (1)内藏放大器式 即把发光、感光元件和放大电路、信号处理电路、开关驱动电路装配在一个壳体里，接通直流电源就可以获取ON-OFF开关输出，不需要专用放大器，抗噪音能力强，寿命长，电缆线可延长等优点，是主流的一种光电开关。 （2）放大器分离式 这是种早期采用比较多的方式，发光、感光元件装在探头内，用屏蔽线与专用放大器（光电开关主体）连接。主要是探头可以安装在比较狭小的空间对比较小的物体进行检测，但是有抗噪声能力的问题。随着技术的发展，内藏放大器式的光电开关的体积越来越小；这种形式采用相对较少，尤其是光纤传感器的发展。 （3）光纤式 这种光电开关是放