光電傳感器介紹 VER01

1、光電傳感器介紹AMHSJimmy.T（譚美輝）2010.10.25Ver.01課程內(nèi)容課程目標(biāo)XXXXX1. 光電傳感器 Introduction2. 光電傳感器特長3. 光電傳感器原理4. 光電傳感器分類5.光電傳感器術(shù)語解說6.光電傳感器使用方法光電傳感器 Introduction光電傳感器的定義：光電傳感器是利用光的各種性質(zhì)，檢測物體的有無和表面狀態(tài)的變化等的傳感器。光電傳感器主要由發(fā)光的投光部和接受光線的受光部構(gòu)成。如果投射的光線因檢測物體不同而被遮掩或反射，到達(dá)受光部的量將會(huì)發(fā)生變化。受光部將檢測出這種變化，并轉(zhuǎn)換為電氣信號(hào)，進(jìn)行輸出。大多使用可視光（主要為紅色，也用綠色、藍(lán)色來判斷

2、顏色）和紅外光。光電傳感器 Introduction光電傳感器一般由光源、光學(xué)通路和光電元件三部分組成。光電傳感器 Introduction光敏二極管是最常見的光傳感器。光敏二極管的外型與一般二極管一樣，只是它的管殼上開有一個(gè)嵌著玻璃的窗口，以便于光線射入。光敏三極管除了具有光敏二極管能將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的功能外，還有對電信號(hào)放大的功能。一般光敏三極管只引出兩個(gè)極發(fā)射極和集電極，基極不引出，管殼同樣開窗口，以便光線射入。光電傳感器 Introduction光電傳感器如下圖所示主要分為3類。（詳細(xì)分類見下面章節(jié)）1）對射型2）回歸反射型3）擴(kuò)散反射型光電傳感器特長檢測距離長如果在對射型中保留1

3、0m以上的檢測距離等，便能實(shí)現(xiàn)其他檢測手段（磁性、超聲波等）無法達(dá)到的長距離檢測。對檢測物體的限制少由于以檢測物體引起的遮光和反射為檢測原理，所以不像接近傳感器等將檢測物體限定在金屬，它可對玻璃.塑料.木材.液體等幾乎所有物體進(jìn)行檢測。響應(yīng)時(shí)間短光本身為高速，并且傳感器的電路都由電子零件構(gòu)成，所以不包含機(jī)械性工作時(shí)間，響應(yīng)時(shí)間非常短。光電傳感器特長分辨率高能通過高級(jí)設(shè)計(jì)技術(shù)使投光光束集中在小光點(diǎn)，或通過構(gòu)成特殊的受光光學(xué)系統(tǒng)，來實(shí)現(xiàn)高分辨率。也可進(jìn)行微小物體的檢測和高精度的位置檢測?？蓪?shí)現(xiàn)非接觸的檢測可以無須機(jī)械性地接觸檢測物體實(shí)現(xiàn)檢測，因此不會(huì)對檢測物體和傳感器造成損傷。因此，傳感器能長期使

4、用。可實(shí)現(xiàn)顏色判別通過檢測物體形成的光的反射率和吸收率根據(jù)被投光的光線波長和檢測物體的顏色組合而有所差異。利用這種性質(zhì)，可對檢測物體的顏色進(jìn)行檢測。便于調(diào)整在投射可視光的類型中，投光光束是眼睛可見的，便于對檢測物體的位置進(jìn)行調(diào)整。光電傳感器原理光電傳感器是通過把光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的變化來實(shí)現(xiàn)控制的，它的基本結(jié)構(gòu)如下圖：它首先把被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的變化,然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào).光電傳感器原理光電傳感器一般由三部分構(gòu)成，它們分為：發(fā)送器、接收器和檢測電路，如下圖所示：在接收器的前面，裝有光學(xué)元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測電路，它能濾出有效信號(hào)和應(yīng)用該信號(hào)。光電傳

5、感器原理由光源、光學(xué)通路和光電器件組成的光電傳感器在用于光電檢測時(shí)，還必須配備適當(dāng)?shù)臏y量電路。測量電路能夠把光電效應(yīng)造成的光電元件電性能的變化轉(zhuǎn)換成所需要的電壓或電流。 半導(dǎo)體光敏電阻可以通過較大的電流，所以在一般情況下，無需配備放大器。在要求較大的輸出功率時(shí)，可用圖8所示的電路。光電傳感器原理光敏三極管在低照度入射光下工作時(shí)，或者希望得到較大的輸出功率時(shí)，也可以配以放大電路，如下圖：如圖（a）所示，為了減小晶體管基極電路阻抗變化，盡量降低光電池在無光照時(shí)承受的反向偏壓，可在光電池兩端并聯(lián)一個(gè)電阻。或者象圖（b）所示的那樣利用鍺二極管產(chǎn)生的正向壓降和光電池受到光照時(shí)產(chǎn)生的電壓疊加，使硅管e、b

6、極間電壓大于0.7V，而導(dǎo)通工作。光電傳感器原理用硅光電池組的光電檢測電路光電傳感器原理半導(dǎo)體光電元件的光電轉(zhuǎn)換電路也可以使用集成運(yùn)算放大器。硅光敏二極管通過集成運(yùn)放可得到較大輸出幅度，如下圖（a）所示當(dāng)光照產(chǎn)生的光電流為時(shí)，輸出電壓為了保證光敏二極管處于反向偏置，在它的正極要加一個(gè)負(fù)電壓。圖11（b）給出硅光電池的光電轉(zhuǎn)換電路，由于光電池的短路電流和光照成線性關(guān)系，因此將它接在運(yùn)放的正、反相輸入端之間，利用這兩端電位差接近于零的 特點(diǎn)，可以得到較好的效果。光電傳感器原理光的性質(zhì)1）直射光在空氣中和水中時(shí)，總是直線傳播。使用對射型傳感器外置的開叉來檢測微小物體的示例便是運(yùn)用了這種原理。2）折射

7、光在折射率不同的界面上入射時(shí)，通過該界面后，前進(jìn)方向?qū)l(fā)生變化的現(xiàn)象。光電傳感器原理光的性質(zhì)3）反射（正反射、回歸反射、擴(kuò)散反射）在鏡面和玻璃平面上，光會(huì)以與入射角相同的角度反射，稱為正反射。3個(gè)平面互相直角般組合的形狀稱為三面直角棱鏡。如果面向三面直角棱鏡投光，將反復(fù)進(jìn)行正反射，最終的反射光將向投光的反方向行進(jìn)。這樣的反射稱為回歸反射。此外，在白紙等沒有光澤性的表面上，光線將向各個(gè)方向反射，這樣的反射稱為擴(kuò)散反射。擴(kuò)散反射型將該原理作為檢測方式。光電傳感器原理光的性質(zhì)4）偏光作為光電傳感器的光源，主要使用LED。從LED投射的光線，會(huì)在與行進(jìn)方向垂直的各個(gè)方向上振動(dòng)，這種狀態(tài)的光稱為無偏光。

8、將無偏光的光的振動(dòng)方向限制在一個(gè)方向上的光學(xué)過濾器稱為偏光過濾器。即從LED投光，并通過偏光過濾器的光線只在一個(gè)方向上振動(dòng)，這種狀態(tài)稱為偏光（正確地說應(yīng)為直線偏光）?；貧w反射型和作為對射型配件的防止相互干擾過濾器就是應(yīng)用了這種原理。光電傳感器原理光源光的點(diǎn)亮方式 脈沖變調(diào)光多數(shù)光電傳感器采用脈沖變調(diào)光，基本以一定周期反復(fù)投光。由于很容易排除雜亂光的影響，所以可以實(shí)現(xiàn)長距離檢測。在帶防止相互干擾功能的類型中，投光的周期會(huì)根據(jù)干擾光和雜亂光而在一定范圍內(nèi)變化。直流光是連續(xù)投射一定光量的光線，在標(biāo)記傳感器等部分機(jī)型中使用。能得到高速響應(yīng)性，但有檢測距離短，容易受雜亂光影響等缺點(diǎn)。光電傳感器原理光源光

9、源色與種類光電傳感器原理光纖型由于檢測部（光纖）中完全沒有電氣部分，所以耐干擾等耐環(huán)境性良好。E3X-DA-S（數(shù)字放大器）光電傳感器原理光纖型檢測原理光纖由中間的核心和外圍部分曲折率較小的外包金屬構(gòu)成。如果光線入射到核心部分，光線將會(huì)在與外包金屬的交界面上一邊反復(fù)進(jìn)行全反射，一邊行進(jìn)。通過光纖內(nèi)部從端面發(fā)出的光線以約60的角度擴(kuò)散，照射到檢測物體上。光電傳感器原理光纖型光纖的種類與特性光電傳感器原理三角測距距離設(shè)定型光電傳感器主要以三角測距為檢測原理。下圖所示的是三角測距的原理。從投光元件投射的光線將在檢測物體上擴(kuò)散反射。反射光將通過受光透鏡在位置檢測元件（輸出符合光線位置信號(hào)的半導(dǎo)體元件）

10、上成像。檢測物體在靠近光學(xué)系統(tǒng)的位置A的情況下，反射光會(huì)在位置檢測元件的a位置上成像。在離光學(xué)系統(tǒng)較遠(yuǎn)的位置B的情況下，反射光將在b位置上成像。因此，通過測定位置檢測元件上的成像位置，可以檢測與檢測物體的距離。光電傳感器分類按檢測方式分類(1)對射型檢測方式為了使投光器發(fā)出的光能進(jìn)入受光器，對向設(shè)置投光器與受光器。如果檢測物體進(jìn)入投光器和受光器之間遮蔽了光線，進(jìn)入受光器的光量將減少。掌握這種減少后便可進(jìn)行檢測。此外，檢測方式與對射型相同，在傳感器形狀方面，也有投光受光部一體化，稱為槽形的種類。特點(diǎn)：動(dòng)作的穩(wěn)定度高，檢測距離長（數(shù)cm數(shù)十m）。即使檢測物體的通過線路變化，檢測位置也不變。一般用于

11、計(jì)數(shù)、定位等場合。光電傳感器分類按檢測方式分類 (2)擴(kuò)散反射型檢測方式在投/受光器一體型中，通常光線不會(huì)返回受光部。如果投光部發(fā)出的光線碰到檢測物體，檢測物體反射的光線將進(jìn)入受光部，受光量將增加。掌握這種增加后，便可進(jìn)行檢測。特點(diǎn)：體積小，便于安裝。在檢測物體的表面狀態(tài)（顏色、凹凸）中光的反射光量會(huì)變化，檢測穩(wěn)定性也變化。一般用于探測物體表面平整度、顏色均勻度、檢查機(jī)器傷痕（裂縫）等場合。光電傳感器分類按檢測方式分類 (3)回歸反射型檢測方式在投受光器一體型中，通常投光部發(fā)出的光線將反射到相對設(shè)置的反射板上，回到受光部。如果檢測物體遮蔽光線，進(jìn)入受光部的光量將減少。掌握這種減少后，便可進(jìn)行檢

12、測。 特點(diǎn)：布線.光軸調(diào)整方便。檢測物體的顏色、傾斜等的影響很少。 常用于檢測物體尺寸。光電傳感器分類按檢測方式分類 (4)距離設(shè)定型檢測方式下圖所示的是使用2比例光電二極管的檢測方式。2比例光電二極管的一端（接近外殼的一側(cè)）稱為N（Near）側(cè)，而另一端稱為F（Far）側(cè)。檢測物體存在于已設(shè)定距離的位置上的情況下，反射光將在N側(cè)和F側(cè)的中間點(diǎn)成像，兩側(cè)的二極管將受到同等的光量。此外，相對于設(shè)定距離，檢測物體存在于靠近傳感器的位置的情況下，反射光將在N側(cè)成像。相反的，相對于設(shè)定距離，檢測物體存在于較遠(yuǎn)的位置的情況下，反射光將在F側(cè)成像。傳感器可通過計(jì)算N側(cè)與F側(cè)的受光量差來判斷檢測物體的位置。

13、 特點(diǎn)：檢測物體的顏色、傾斜等的影響很少。 常用于檢測傳輸帶上物體、探測物體位置、微小的段差進(jìn)行檢測。光電傳感器分類按檢測方式分類 (5)限定反射型檢測方式與擴(kuò)散反射型相同，接受從檢測物體發(fā)出的反射光進(jìn)行檢測。設(shè)置為在投光器和受光器上僅入射正反射光，僅對離開傳感器一定距離（投光光束與受光區(qū)域重疊的范圍）的檢測物體進(jìn)行檢測。下圖中，可在（A）位置檢測物體，但在（B）位置無法檢測。特點(diǎn)：限定與傳感器的距離，只在該范圍內(nèi)有檢測物體時(shí)進(jìn)行檢測。常用于檢測微妙的段差。光電傳感器分類按構(gòu)成分類光電傳感器通常由投光部、受光部、增幅部、控制部、電源部構(gòu)成，按其構(gòu)成狀態(tài)可分為以下幾類。 1)放大器分離型 2)放

14、大器內(nèi)置型 3)電源內(nèi)置型 4)光纖型光電傳感器術(shù)語解說光電傳感器術(shù)語解說光電傳感器術(shù)語解說光電傳感器術(shù)語解說光電傳感器使用方法最小檢測物體與透鏡直徑、靈敏度的關(guān)系光電傳感器使用方法段差檢測通過可檢測段差和設(shè)定距離進(jìn)行選擇（代表例）光電傳感器使用方法M.S.R.功能（Mirror Surface Rejection：鏡面體光澤清除）（有的傳感器帶此功能）檢測物體的表面粗糙，沒有光澤的情況下（），即使沒有M.S.R.功能也能檢測。 相反，檢測物體的表面光滑且?guī)Ч鉂傻那闆r下（），沒有M.S.R.功能則無法進(jìn)行穩(wěn)定檢測。 沒有檢測物體的情況下 檢測物體的表面光滑且有光澤的情況下檢測物體沒有光澤的情況

15、下投光部發(fā)出的光照射到反射板，并回到受光部。 投光部發(fā)出的光被檢測物體遮蔽，不到達(dá)反射板，也不回到受光部。投光部發(fā)出的光通過檢測物體反射，該反射光將回到受光部。光電傳感器使用方法傳感器布線光電傳感器使用方法傳感器布線布線時(shí)請不要超過下表所示的力。同時(shí)，請不要在屏蔽線、同軸線上施加拉伸力不能將高壓線、動(dòng)力線與光電傳感器導(dǎo)線一起布線。光電傳感器使用方法避免相互干擾的方法光電傳感器使用方法避免相互干擾的方法光電傳感器使用方法干擾侵入路徑及對策傳感器光纖1）安裝提起保護(hù)蓋，將光纖按放大器單元側(cè)面的插入位置標(biāo)記插入后，放下鎖桿。 不可隨意切割（帶套管）的光纖光電傳感器使用方法傳感器光纖2）拆卸提起保護(hù)蓋，提起鎖桿，即可拉出光纖。 為了保持光纖的特性，請先確認(rèn)鎖定是否已接觸，再拔除光纖。請?jiān)?040的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行光纖的鎖定、鎖定解除。光電傳感器使用方法光軸調(diào)整光軸：投光器中連接透鏡中心和投光光束中心的軸叫光軸。受光器的光