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光电开关原理.pdf

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光电开关原理.pdf

光电开关原理 圈子类别:传感器 ( 晴天 ) 2009-3-17 14:11:00 [我要评论 ] [加入收藏 ] [加入圈子 ] 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、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,在此无法一一介绍。 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;在某些应用场合比如空间狭小,不合适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馈回接 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,则会产生误动作,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, 从而解决了由它表面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 敏度最佳。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基本是两种,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、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

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