行業(yè)常用傳感器類型及工作原理

傳感器講座一.傳感器的定義國(guó)際電工委員會(huì)IEC的定義為：“傳感器是測(cè)量系統(tǒng)中的一種前置部件，它將輸入變量轉(zhuǎn)換成可供測(cè)量的信號(hào)”。信號(hào)處理A/D轉(zhuǎn)換信號(hào)輸入信號(hào)輸出傳感器工作流程熱（溫度）光（光量）磁(磁場(chǎng)）電信號(hào)（電流或其它）工業(yè)傳感器分類人類五官與傳感器視覺(jué)觸覺(jué)聽覺(jué)味覺(jué)光電傳感器超音波傳感器PH傳感器溫度傳感器接近傳感器濕度傳感器壓力傳感器嗅覺(jué)氣體傳感器1、IP（INTERNATIONALPROTECTION）防護(hù)等級(jí)系統(tǒng)是由IEC

（INTERNATIONALELECTROTECHNICALCOMMISSION）所起草。

2、IP指保護(hù)指數(shù)，是根據(jù)IEC529和NFC20-010標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的電子材料包裝外殼的保護(hù)程度.用IP××表示防塵、防水。

二.IP防護(hù)等級(jí)系統(tǒng)說(shuō)明IP防護(hù)等級(jí)系統(tǒng)說(shuō)明IP防護(hù)等級(jí)系統(tǒng)說(shuō)明IP防護(hù)等級(jí)系統(tǒng)說(shuō)明IP防護(hù)等級(jí)系統(tǒng)說(shuō)明保護(hù)構(gòu)造（防油的保護(hù)等級(jí)）

JEM（日本電機(jī)工業(yè)會(huì)）規(guī)格

IP-□□后標(biāo)有ｆ

或者ｇ

ｆ:

防油（不因有油而受到有害影響）

ｇ:

耐油（油不會(huì)侵入其內(nèi)部）三.光電傳感器光的性質(zhì)折射空氣玻璃光的折射平行光點(diǎn)光源焦點(diǎn)（F）平行光通過(guò)透鏡聚集光線或制造平行光焦點(diǎn)（F）光在同一物質(zhì)中通過(guò)時(shí)是直線傳播的。讓光彎曲的方法＝折射或反射

光的性質(zhì)反射研磨金屬空氣入射角空氣玻璃空氣玻璃入射角全反射鏡子的原理折射光纖的BendingLoss原理全反射光纖導(dǎo)波的原理光被反射率高的物質(zhì)所反射即便是透明體入射角大的話也能反射玻璃或透明塑料光在光纖中呈不斷地全反射狀傳播光的性質(zhì)光纖應(yīng)用光纖λ（nm）400780100200300UV-A紫外線（UltraViolet）UV-BUV-C紫

藍(lán)

青

綠

橙

黃

紅可見(jiàn)光（VisibleLight）紅外線（Infra-Red）人的眼睛只能看到可見(jiàn)光遠(yuǎn)紅外線（3000nm以上）傳播熱紫外線對(duì)人的眼睛和皮膚有害光的性質(zhì)

波長(zhǎng)和色彩光是橫波有其波長(zhǎng)（λ）光的顏色隨不同波長(zhǎng)變化光的性質(zhì)

偏光（難理解）由于光是橫波，所以通過(guò)偏光板（偏光元件）可以進(jìn)行偏光利用偏光性能，可在回歸反射型內(nèi)附帶MSR機(jī)能（后述），在對(duì)射型內(nèi)附帶防相互干擾機(jī)能（后述）光偏光元件檢光元件例：歐姆龍光電傳感器的型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)E3/F3=表示光電傳感器

到E3□□-為止的3～4個(gè)字母稱為型名

E3S-A、E3S-B、E3S-C、E3G-L是例外的型名）

-之后的部分稱為號(hào)名

T=對(duì)射型

R或RS=回歸反射型

D或DS

=擴(kuò)散反射型

LS=距離射定型

G或GS

=凹槽型四.各類光電傳感器介紹

對(duì)射型光電傳感器檢測(cè)距離較長(zhǎng)。發(fā)射器/接受器兩者都需要光電傳感器始于對(duì)射型。發(fā)射元件從燈泡開始發(fā)展到LED，接受元件從光電阻元件發(fā)展到PD。被測(cè)物體被測(cè)物體回歸反射型光電傳感器檢測(cè)距離小于對(duì)射型。只需在一處配線，反射板在光的入射方向上形成反射光光軸對(duì)合方便。被測(cè)物體沿襲了對(duì)射型的特點(diǎn)（穩(wěn)定性），配線?光軸調(diào)整更方便。發(fā)明MSR（后述）功能后位置精度急增，但比起對(duì)射型還是稍遜一籌。被測(cè)物體擴(kuò)散反射型光電傳感器檢測(cè)距離短。只需在一處配線，無(wú)需反射板。有發(fā)射/接受二個(gè)透鏡，投/接受器檢測(cè)距離被測(cè)物體雖然安裝方式最為簡(jiǎn)單，但檢測(cè)距離短，位置精度也不高。根據(jù)用途備有將光線擴(kuò)伸的機(jī)種。將光線絞合為細(xì)光束的話，適合用于檢測(cè)小物體，擴(kuò)伸的光線檢測(cè)時(shí)不易受背景物的影響。（參照E3Z）限定反射型光電傳感器投/接受器檢測(cè)距離限定范圍（□+/-□ｍｍ）。與擴(kuò)散反射型一樣，只需在一處配線，無(wú)需反射板。被測(cè)物體呈正反射的光學(xué)結(jié)構(gòu)，受到被測(cè)物體顏色的影響小，檢測(cè)距離限定于某個(gè)范圍，不易受到背景物的影響。適合檢測(cè)段差和傳送帶上流過(guò)的薄型物體。（代表例

=E3S-LS3N基板傳感器）比后述的距離射定型（有優(yōu)秀的背景切除機(jī)能）價(jià)格便宜。θθ背景物檢測(cè)距離發(fā)射軸接受軸(正反射光)

色標(biāo)傳感器（應(yīng)用）投/接受器被測(cè)物體檢測(cè)距離標(biāo)識(shí)檢測(cè)專用。與擴(kuò)散反射型一樣，只需在一處配線，無(wú)需反射板。細(xì)光束、呈垂直發(fā)射?傾斜接受的擴(kuò)散反射光學(xué)結(jié)構(gòu)，以微小光點(diǎn)檢測(cè)色標(biāo)。在白底黑標(biāo)識(shí)這樣對(duì)比度高的情況下，可使用紅色LED。檢測(cè)彩色標(biāo)識(shí)可使用綠色或藍(lán)色LED。代表商品有E3S-VS、E3C-VS、以及采用抗干擾強(qiáng)的同軸光學(xué)原理（投接受采用相同的透鏡）的E3M-VG。θ發(fā)射軸接受軸(擴(kuò)散反射光)距離設(shè)定型光電傳感器測(cè)距型、也叫BGS。以細(xì)光束發(fā)射，讓被測(cè)物體上的光點(diǎn)的像能在PSD上成像，根據(jù)光點(diǎn)位置演算傳感器表面到物體的距離。檢測(cè)距離可由旋鈕設(shè)定，也能去除背景的影響。PSD＝PositionSensingDeviceBGS＝Back-GroundSuppre-ssion（背景切除）不易受被測(cè)物體顏色的影響，使用方便。投/接受器被測(cè)物體檢測(cè)距離（MAX）LD或LEDPSD等設(shè)定范圍檢測(cè)距離有一定范圍，PSD傾斜，以便使物體上的光點(diǎn)像能夠清晰地成像。

五.光電傳感器參數(shù)介紹

指向角指對(duì)于對(duì)射型?回歸反射型光電傳感器，由于光束的擴(kuò)散而可能發(fā)生動(dòng)作的角度范圍。為使發(fā)射器光軸調(diào)整更方便，發(fā)射不是平行的，而是呈擴(kuò)散狀發(fā)射。接受器指向角發(fā)射器應(yīng)差的距離指對(duì)于擴(kuò)散反射型，為了不發(fā)生振蕩（Chattering）必須明確隔開動(dòng)作距離和復(fù)歸距離。ON

OFF動(dòng)作距離復(fù)歸距離應(yīng)差的距離如沒(méi)有應(yīng)差（Hysteresis）的話，接近動(dòng)作距離時(shí)就會(huì)發(fā)生反復(fù)ON/OFF的Chattering現(xiàn)象。不感應(yīng)帶不感應(yīng)區(qū)域發(fā)射接受由于反射型傳感器的發(fā)射/接受透鏡一般都不同，便會(huì)引起在近距離的某個(gè)范圍，反射光無(wú)法進(jìn)入接受透鏡的情況。這個(gè)范圍稱為不感應(yīng)帶。MSR功能(不太理解）

MSR=MirrorSurfaceRejection回歸反射型如果沒(méi)有MSR功能的話，可能會(huì)發(fā)生無(wú)法檢測(cè)光澤表面的物體的情況。反射板的cornercube通過(guò)光的三次反射返回同方向的光。這時(shí)將偏光方向變化90°來(lái)放置偏光元件/檢光元件的話則反射板反射的光能通過(guò)，光澤物體的反射光被遮光，從而避免了誤動(dòng)作。投/接受器反射板光澤表面物體偏光元件（Polarizer）檢光元件（Analizer）光Cornercube（反射板）對(duì)射型平行移動(dòng)特性發(fā)射器/接受器距離ｖｓ光軸偏差的允許值E3Z-T□1（T□6）同左＋狹縫E3Z-T□A狹縫2x10狹縫φ230m30m2mXYXXXYYY5m動(dòng)作領(lǐng)域動(dòng)作領(lǐng)域特性數(shù)據(jù)是代表性數(shù)值（TypicalValue）。發(fā)射器接受器回歸反射型平行移動(dòng)特性

發(fā)射器/反射板距離ｖｓ光軸偏差的允許值E3Z-R□1（R□6）＋反射板（1）E3Z-R□1（R□6）＋反射板（2）E39-R2E39-R98mYXYE39-RS3E39-RS12mCornerCube型反射板Sheet型反射板XY投/接受器反射板擴(kuò)散反射型動(dòng)作領(lǐng)域特性

傳感器/檢測(cè)物體距離ｖｓ物體頂端距離XYSUS白紙黑紙XY投/接受器檢測(cè)物體動(dòng)作領(lǐng)域遮光/入光動(dòng)作接受器入光時(shí)的動(dòng)作＝Light-ON接受器遮光時(shí)的動(dòng)作＝Dark-ON

選擇上述何種方式因客戶需要而定。

有L-ON/D-ON的不同機(jī)種，也有可

通過(guò)開關(guān)切換的機(jī)種。ON=Light-ON光輸出ON=Dark-ON光輸出使用周圍照度指接受器的表面照度（Lux）的允許值(即傳感器不

會(huì)發(fā)生誤動(dòng)作的照度)。盛夏太陽(yáng)的直射照度在100,000Lux左右,

辦公室內(nèi)在1000Lux以下。沒(méi)有格外注意的必要。（但不能在戶外使用）標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)物體/最小檢測(cè)物體/裝載狹縫時(shí)的最小檢測(cè)物體標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)物體＝在光學(xué)原理中用尺寸相當(dāng)?shù)陌舻闹睆奖硎驹搨鞲衅鬟m合檢測(cè)物體的大小程度

最小檢測(cè)物體＝代表例即檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)，要檢測(cè)小

物體時(shí)需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)來(lái)確認(rèn)裝載狹縫時(shí)的＝記載于狹縫（另售配件）的額定值最小檢測(cè)物體一覽表內(nèi),有必要通過(guò)實(shí)驗(yàn)確認(rèn)自我診斷/外部診斷功能是用來(lái)確認(rèn)光電傳感器是否正常運(yùn)作的功能。自我診斷＝通過(guò)光量的穩(wěn)定度判斷。

與一般光電傳感器都帶有的綠色

穩(wěn)定指示燈連動(dòng)，穩(wěn)定指示燈熄滅則輸出ON，表示不穩(wěn)定。

外部診斷＝從外部（PLC等）輸入，傳感器停止發(fā)射，傳感器通過(guò)檢查受否處于

D-ON的狀態(tài)，

判斷自身是否正常動(dòng)作并返回信號(hào)。E3Z穩(wěn)定指示燈（綠）動(dòng)作指示燈（橙）

NPN輸出/PNP輸出+V0VRL控制輸出電流+V0VRL控制輸出電流collectoremitteremittercollectorPNP輸出PNPTransistorNPN輸出相互干擾/干擾１．相互干擾對(duì)策(1)帶防止相互干擾功能的傳感器(2)防干擾濾波片(3)隔開一定距離(4)發(fā)射器/接受器交替排列(5)錯(cuò)開光軸２．干擾對(duì)策的一般解決方法(1)common＝傳感器和安裝金屬臺(tái)間絕緣mode干擾＝0V和安裝金屬臺(tái)間加電容(2)輻射干擾＝將傳感器與干擾源隔開(3)電源線干擾＝線間加入電容方形光電開關(guān)——E3Z系列圓柱形光電開關(guān)——E3F2/3系列+光電傳感器放大器內(nèi)藏方形光電開關(guān)——E3JK/E3JM系列通用放大器內(nèi)藏型光電開關(guān)E3Z系列通用品的主力機(jī)種/21世紀(jì)的標(biāo)準(zhǔn)光電開關(guān)除標(biāo)準(zhǔn)機(jī)種外，還有細(xì)徑、透明瓶、凹槽型。E3Z-L狹小光點(diǎn)限定反射型Application六.磁性接近傳感器原理檢測(cè)對(duì)象是會(huì)發(fā)生渦電流的電導(dǎo)體，越接近磁性體）產(chǎn)生的渦電流越大、靈敏度越高。若是絕緣體，不會(huì)發(fā)生渦電流，所以不易被檢測(cè)。傳感器通過(guò)高頻發(fā)振器而發(fā)出高頻磁場(chǎng)（當(dāng)它接近磁性金屬表面時(shí)，磁場(chǎng)被破壞。我們通過(guò)振動(dòng)的有無(wú)使控制輸出ON/OFF。高頻率發(fā)送機(jī)Coil檢測(cè)對(duì)象（金屬板）渦電流線圈引發(fā)的高頻率磁場(chǎng)渦電流引發(fā)的

磁場(chǎng)無(wú)被測(cè)對(duì)象有被測(cè)對(duì)象OFFON發(fā)震器的動(dòng)作控制輸出接近傳感器的應(yīng)答頻率應(yīng)答頻率標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)物體低速高速界限（非響應(yīng)）屏蔽/非屏蔽屏蔽磁束小＝檢測(cè)距離短磁束在前方＝可平面安裝磁束大＝檢測(cè)距離長(zhǎng)側(cè)面有磁束＝周圍金屬的影響非屏蔽檢測(cè)物體的大小和材質(zhì)檢測(cè)距離Xmm檢測(cè)物體的一邊邊長(zhǎng)dmm鐵SUS（StainlessSteel）黃銅（Brass）銅Ａｌ檢測(cè)物體厚度的影響檢測(cè)距離Al檢測(cè)物體的厚度（mm）9mm根據(jù)表皮效果（SkinEffect）、檢測(cè)物體越薄，產(chǎn)生的渦電流強(qiáng)，檢測(cè)距離越長(zhǎng)。（即便是Al也比厚鐵

片的距離長(zhǎng)）接近傳感器的型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)E2/TL＝接近傳感器（TLは舊型號(hào)：也有主力機(jī)種）-X＝帶螺絲的圓柱型-C＝無(wú)螺絲圓柱型-F/-W

＝扁平型-□2＝數(shù)字是額定檢測(cè)距離（mm）

R為小數(shù)點(diǎn)1R5＝1.5ｍｍ、R5＝0.5mm-□□M＝非屏蔽型-□□D＝直流2線式-□□B＝直流3線式PNP集電極開路輸出-□□C＝直流3線式NPN集電極開路輸出-□□E＝直流3線式NPN電壓輸出-□□F＝直流3線式PNP電壓輸出-□□Y＝交流2線式-□□T＝交流/直流2線式-□□□１

＝NO輸出-□□□２

＝NC輸出-□□□□-M

＝接插件連接型（M1＝M12、M3＝M8）模塊化圓柱形接近開關(guān)E2E系列產(chǎn)品構(gòu)造傳感器模塊部輸出模塊部保護(hù)器,導(dǎo)線導(dǎo)線帶外殼環(huán)繞線圈雙端線圈芯核,純鐵検出回路基板PWB連接帶輸出回路基板夾具,底座夾具,導(dǎo)線封裝成型樹脂填充E2AE2EZ防鋁切粉接近即使表面堆積有鋁或鐵的切粉，也不會(huì)發(fā)生誤動(dòng)作E2ES金屬接近探頭傳感器表面也采用SUS材料不易損壞檢測(cè)物體造成接近傳感器損壞的最大原因是由于被測(cè)物體撞擊傳感器的檢測(cè)面世界上只有歐姆龍等2個(gè)公司生產(chǎn)E2EY非磁性金屬用接近世界上只有歐姆龍生產(chǎn)檢測(cè)物體大小和材質(zhì)的影響Al?銅?黃銅SUS鉄?Ni不檢測(cè)鐵或Ni這樣的磁性金屬，而只檢測(cè)鋁或銅等非磁性金屬。不受周圍金屬（鐵）的影響，可以檢測(cè)鋁罐等物體。靜電電容接近開關(guān)的原理根據(jù)檢測(cè)物體的有無(wú)，電極和大地間的靜電電容。會(huì)發(fā)生變化，靜電電容的增加引起振動(dòng)。振動(dòng)回路＋＋＋＋＋＋－－－－－－－＋＋＋＋＋＋＋檢測(cè)對(duì)象分極無(wú)物體有物體電極C=小C=大振動(dòng)回路的動(dòng)作控制輸出OFFON無(wú)物體有物體靜電電容接近開關(guān)E2K-C＝φ34mm圓柱型

有靈敏度調(diào)整旋鈕E2K-X＝帶螺絲的圓柱型（M12/M18/M30）E2K-F＝扁平型E2KQ-X＝特氟龍外殼的帶螺絲的圓柱型

耐油、耐化學(xué)品性能優(yōu)越E2J＝放大器分離型（電極分離型）

傳感器部只有電極，可以做得很薄

多用于半導(dǎo)體晶圓片檢測(cè)磁性型接近傳感器用來(lái)檢測(cè)金屬、靜電電容式是分級(jí)使用的，也可以檢測(cè)金屬以外的物體。誘電率大的材質(zhì)容易被檢測(cè)將特性數(shù)據(jù)作為參考，可以大致判斷何種材質(zhì)的檢測(cè)距離大致是多少光纖單元E32-?連接光纖放大器使用。?針對(duì)不同目的/應(yīng)用備有多種型號(hào)。?頂端細(xì)小，不占空間，適合在狹窄場(chǎng)所安裝。?適用于檢測(cè)微小物體（細(xì)徑探頭）?可進(jìn)行從放大器分離光電到光纖光電的轉(zhuǎn)化。?柔軟型光纖（E32-□□R）的允許彎曲半徑為１mm。?適用光纖切割機(jī)（E39-F4）可在現(xiàn)場(chǎng)自由切割光纖。

光纖越長(zhǎng)檢測(cè)距離越短。?充實(shí)了配件（提高了透鏡單元的性能）柔軟光纖的原理細(xì)光纖反射次數(shù)多，臨界角不會(huì)變小。多束細(xì)光纖組成柔軟光纖