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只看楼主倒序阅读使用道具楼主发表于: 2009-08-19

光电传感器是一种小型电子设备，它可以检测出其接收到的光强的变化。早期的用来检测

  　　物体有无的光电传感器是一种小的金属圆柱形设备，发射器带一个校准镜头，将光聚焦射向接收器，接收器出电缆将这套装置接到一个真空管放大器上。在金属圆筒内有一个小的白炽

  　　灯做为光源。这些小而坚固的白炽灯传感器就是今天光电传感器的雏形。

  　　LED（发光二极管）

  　　发光二极管最早出现在19世纪60年代，现在我们可以经常在电气和电子设备上看到这些二极管做为指示灯来用。LED就是一种半导体元件，其电气性能与普通二极管相同，不同之处在于当给LED通电流时，它会发光。由于LED是固态的，所以它能延长传感器的使用寿命。因而使用LED的光电传感器能被做得更小，且比白炽灯传感器更可靠。不象白炽灯那样，LED抗震动抗冲击，并且没有灯丝。另外，LED所发出的光能只相当于同尺寸白炽灯所产生光能的

  　　一部分。（激光二极管除外，它与普通LED的原理相同，但能产生几倍的光能，并能达到更远的检测距离）。LED能发射人眼看不到的红外光，也能发射可见的绿光、黄光、红光、蓝光、蓝绿光或白光。

  　　经调制的LED传感器

  　　1970年，人们发现LED还有一个比寿命长更好的优点，就是它能够以非常快的速度来开关，开关速度可达到KHz。将接收器的放大器调制到发射器的调制频率，那么它就只能对以此频率振动的光信号进行放大。

  　　我们可以将光波的调制比喻成无线电波的传送和接收。将收音机调到某台，就可以忽略其他

  　　的无线电波信号。经过调制的LED发射器就类似于无线电波发射器，其接收器就相当于收音机。

  　　人们常常有一个误解：认为由于红外光LED发出的红外光是看不到的，那么红外光的能量肯定会很强。经过调制的光电传感器的能量的大小与LED光波的波长无太大关系。一个LED发出的光能很少，经过调制才将其变得能量很高。一个未经调制的传感器只有通过使用长焦距

  　　镜头的机械屏蔽手段，使接收器只能接收到发射器发出的光，才能使其能量变得很高。相比之下，经过调制的接收器能忽略周围的光，只对自己的光或具有相同调制频率的光做出响应。

  　　未经调制的传感器用来检测周围的光线或红外光的辐射，如刚出炉的红热瓶子，在这种应用场合如果使用其它的传感器，可能会有误动作。

  　　如果一个金属发射出的光比周围的光强很多的话，那么它就可以被周围光源接收器可靠检测到。周围光源接收器也可以用来检测室外光。

  　　但是并不是说经调制的传感器就一定不受周围光的干扰，当使用在强光环境下时就会有问题。例如，未经过调制的光电传感器，当把它直接指向阳光时，它能正常动作。我们每个人都知道，用一块有放大作用的玻璃将阳光聚集在一张纸上时，很容易就会把纸点燃。设想将玻璃替换成传感器的镜头，将纸替换成光电三极管，这样我们就很容易理解为什么将调制的接收器指向阳光时它就不能工作了，这是周围光源使其饱和了。

  　　调制的LED改进了光电传感器的设计，增大了检测距离，扩展了光束的角度，人们逐渐接受了这种可靠易于对准的光束。到1980年，非调制的光电传感器逐步就退出了历史舞台。

  　　红外光LED是效率最高的光束，同时也是在光谱上与光电三极管最匹配的光束。

  　　但是有些传感器需要用来区分颜色（如色标检测），这就需要用可见光源。

  　　在早期，色标传感器使用白炽灯做光源，使用光电池接收器，直到后来发明了高效的可见光LED。现在，多数的色标传感器都是使用经调制的各种颜色的可见光LED发射器。经调制的传感器往往牺牲了响应速度以获取更长的检测距离，这是因为检测距离是一个非常重要的参数。未经调制的传感器可以用来检测小的物体或动作非常快的物体，这些场合要求的响应速度都非常快。但是，现在高速的调制传感器也可以提供非常快的响应速度，能满足大多数的检测应用。

  　　超声波传感

  　　声波传感器所发射和接收的声波，其振动频率都超过了人耳所能听到的范围。它是通过计算声波从发射，经被测物反射回到接收器所需要的时间，来判断物体的位置。对于对射式超声波传感器，如果物体挡住了从发射器到接收器的声波，则传感器就会检测到物体。与光电传感器不同，超声波传感器不受被测物透明度和反光率的影响，因此在许多使用超声波传感器的场合就不适合使用光电传感器来检测。

  　　光纤

  　　安装空间非常有限或使用环境非常恶劣的情况下，我们可以考虑使用光纤。光纤与传感器配套使用，是无源元件，另外，光纤不受任何电磁信号的干扰，并且能使传感器的电子元件与其他电的干扰相隔离。

  　　光纤有一根塑料光芯或玻璃光芯，光芯外面包一层金属外皮。这层金属外皮的密度比光芯要低，因而折射率低。光束照在这两种材料的边界处（入射角在一定范围内，），被全部反射回来。根据光学原理，所有光束都可以由光纤来传输。

  　　两条入射光束（入射角在接受角以内）沿光纤长度方向经多次反射后，从另一端射出。

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只看该作者沙发发表于: 2009-08-19

另一条入射角超出接受角范围的入射光，损失在金属外皮内。这个接受角比两倍的最大入射角略大，这是因为光纤在从空气射入密度较大的光纤材料中时会有轻微的折射。光在光纤内部的传输不受光纤是否弯曲的影响（弯曲半径要大于最小弯曲半径）。大多数光纤是可弯曲的，很容易安装在狭小的空间。

  　　玻璃光纤

  　　玻璃光纤由一束非常细（直径约50μm）的玻璃纤维丝组成。典型的光缆由几百根单独的带金属外皮玻璃光纤组成，光缆外部有一层护套保护。光缆的端部有各种尺寸和外形，并且浇注了坚固的透明树脂。检测面经过光学打磨，非常平滑。这道精心的打磨工艺能显著提高光纤束之间的光耦合效率。

  　　玻璃光纤内的光纤束可以是紧凑布置的，也可随意布置。紧凑布置的玻璃光纤通常用在医疗设备或管道镜上。每一根光纤从一端到另一端都需要精心布置，这样才能在另一端得到非常清晰的图像。由于这种光纤费用非常昂贵并且多数的光纤应用场合并不需要得到一个非常清晰的图像，所以多数的玻璃光纤其光纤束是随意布置的，这种光纤就非常便宜了，当然其所得到的图像也只是一些光。

  　　玻璃光纤外部的保护层通常是柔性的不锈钢护套，也有的是PVC或其他柔性塑料材料。有些特殊的光纤可用于特殊的空间或环境，其检测头做成不同的形状以适用于不同的检测要求。

  　　玻璃光纤坚固并且性能可靠，可使用在高温和有化学成分的环境中，它可以传输可见光和红

  　　外光。常见的问题就是由于经常弯曲或弯曲半径过小而导致玻璃丝折断，对于这种应用场合，我们推荐使用塑料光纤。

  　　塑料光纤

  　　塑料光纤由单根的光纤束（典型光束直径为0.25到1.5mm）构成，通常有PVC外皮。它能安装在狭小的空间并且能弯成很小的角度。

  　　多数的塑料光纤其检测头都做成探针形或带螺纹的圆柱形，另一端未做加工以方便客户根据使用将其剪短。邦纳公司的塑料光纤都配有一个光纤刀。不像玻璃光纤，塑料光纤具有较高的柔性，带防护外皮的塑料光纤适于安装在往复运动的机械结构上。塑料光纤吸收一定波长的光波，包括红外光，因而塑料光纤只能传输可见光。

  　　与玻璃光纤相比，塑料光纤易受高温，化学物质和溶剂的影响。

  　　对射式和直反式光纤玻璃光纤和塑料光纤既有“单根的”－对射式，也有“分叉的”－直反式。单根光纤可以将光从发射器传输到检测区域，或从检测区域传输到接收器。分叉式的光纤有两个明显的分支，可分别传输发射光和接收光，使传感器既可以通过一个分支将发射光传输到检测区域，同时又通过另一个分支将反射光传输回接收器。

  　　直反式的玻璃光纤，其检测头处的光纤束是随意布置的。直反式的塑料光纤，其光纤束是沿光纤长度方向一根挨一根布置。

  　　光纤的特殊应用

  　　由于光纤受使用环境影响小并且抗电磁干扰，因而能被用在一些特殊的场合，如：适用于真空环境下的真空传导光纤（VFT）和适用于爆炸环境下的光纤。在这两个应用中，特制的光纤安装在特殊的环境中，经一个法兰引出来接到外面的传感器上，光纤和法兰的尺寸多种多样。本安型传感器，如NAMUR型的传感器，可直接用在特殊或有爆炸性危险的环境中。





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达到探测的目的。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公司的部分光电开关外型图。
  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。当被检测物体的表面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分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*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,使用安全可*。
  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。

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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。
  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表面反射率：漫反射式光电开关发出的光线需要经检测物表面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表面反射率将决定接受器接收到光线的强度。粗糙的表面反射回的光线强度必将小于光滑表面反射回的强度,而且，被检测物体的表面必须垂直于光电开关的发射光线。常用材料的反射率如表1所示。

  表1  常用材料的反射率
  材料反射率材料反射率
  白画纸 90% 不透明黑色塑料 14%
  报纸 55% 黑色橡胶 4%
  餐巾纸 47% 黑色布料 3%
  包装箱硬纸板 68% 未抛光白色金属表面 130%
  洁净松木 70% 光泽浅色金属表面 150%
  干净粗木板 20% 不锈钢 200%
  透明塑料杯 40% 木塞 35%
  半透明塑料瓶 62% 啤酒泡沫 70%
  不透明白色塑料 87% 人的手掌心 75%


  ⑨环境特性：光电开关应用的环境亦会影响其长期工作可*性。当光电开关工作于最大检测距离状态时，由于光学透镜会被环境中的污物粘住，甚至会被一些强酸性物质腐蚀，以至其使用参数和可*性降低。较简便的解决方法就是根据光电开关的最大检测距离（Sn）降额使用来确定最佳工作距离。
  （3）使用注意事项
  ①红外线传感器属漫反射型的产品，所采用的标准检测体为平面的白色画纸。
  ②红外线光电开关在环境照度高的情况下都能稳定工作，但原则上应回避将传感器光轴正对太阳光等强光源。
  ③对射式光电开关最小可检测宽度为该种光电开关透镜宽度的80%。
  ④当使用感性负载（如灯、电动机等）时，其瞬态冲击电流较大，可能劣化或损坏交流二线的光电开关，在这种情况下，请将负载经过交流继电器来转换使用。
  ⑤红外线光电开关的透镜可用擦镜纸擦拭，禁用稀释溶剂等化学品，以免永久损坏塑料镜。
  ⑥针对用户的现场实际要求，在一些较为恶劣的条件下，如灰尘较多的场合，所生产的光电开关在灵敏度的选择上增加了50%，以适应在长期使用中延长光电开关维护周期的要求。
  ⑦产品均为SMD工艺生产制造，并经严格的测试合格后才出厂，在一般情况下使用均不会出现损坏。为了避免意外性发生，请用户在接通电源前检查接线是否正确，核定电压是否为额定值。
      以上各注意事项示意图见图5。

  三、应用举例
  从图6可以看出光电开关的各种应用。其中，图6（a）为光电开关用于对材料的定位剪切控制；图6（b）为用光电开关来控制液面位的上下限值，当液面位高于或低于上下极限液面位时，光电开关控制电路可使阈门打开或关闭，使液面位的高度保持在上下限之间；图6（c）为利用物体对光的遮挡作用，检测物体的通过个数，或物体是否存在；图6（d）为利用光的直线传播性，检验产品是否等高排列；图6（e）为将光电开关用在流水生产线上，来检测产品的个数；图6（f）为用光电开关检测液面位的高低。











面类的生产为适应消费者的嗜好种类繁多，面类的材料是面带，其生产机械为提高质量需根据面的种类改变加工速度，因此采用了变频器。

一变频器使用目的

制面机在生产过程中，有一道工序是将面带通过压制辊，慢慢加强面的硬度。压制辊的传动常规是使用标准电机或机械式变通机构。

1.为了保证各压制辊间面的松弛度一定，采用光电传感器检测松弛度，根据其输出来控制压制辊的加速度。对于压制辊速度的控制，电气式变速装置最为适宜。

2.利用光电传感器校正压制辊速度时，与机械式变速器相比，变频器的响应特性非常优越，可实现稳定的、高质量的面类生产。特别在压制辊很多的情况下，后面压制辊对前面的速度变化具有良好的跟踪特性是关键问题。

3.当主压制辊（No.1）根据面的种类改变速度时，后续辊（No.2～）因使用松弛度控制来修正速度，应有较主压制辊更宽广的调速范围。一般随着面的延伸，No.5压制辊的速度较No.1慢，特别在压制辊多的情况下，最末辊的调速范围通常都会超过滑差式变速器调速范围（一般为1：4左右）。而使用变频器可达到（1：10）。

二设备组成

制面机传动设备组成使用了五台压制辊，分别用变频器控制齿轮电机来带动，各辊间的松弛度用光电传感器检测，自动修正辊速，使松弛度保持在150mm左右。No.1主电机根据面的种类可任意变速，但No.2～5电机分别相对于主电机按比例运转。PLC控制器为主速度设定装置。变频器采用带校正输入端的台湾爱德利变频器，可输入光电传感器送来的松弛度量，松弛度大时减速，小时加速，始终保持一定的松弛度。

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