光電開關(guān)

光電開關(guān)也叫做光電傳感器，原理是利用被檢測的物體對光束的遮擋或者發(fā)射作用，從而判斷有沒有物體的，將發(fā)射端與接收端的光線的變化轉(zhuǎn)化為電流，達(dá)到檢測的目的。

1、工作原理??

光電開關(guān)（光電傳感器）是光電接近開關(guān)的簡稱，它是利用被檢測物對光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測物體有無的。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測。光電開關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強(qiáng)弱或有無對目標(biāo)物體進(jìn)行探測。工作原理如圖1所示。多數(shù)光電開關(guān)選用的是波長接近可見光的紅外線光波型。圖2是德國SICK公司的部分光電開關(guān)外型圖。?

光電開關(guān)分類

1、按照光電開關(guān)的結(jié)構(gòu)的不同可以將光電開關(guān)分為放大器分離型光電開關(guān)、放大器內(nèi)藏型光電開關(guān)和電源內(nèi)藏型光電開關(guān)三類。

2、按照檢測方式的不同可以將光電開關(guān)分為漫射式光電開關(guān)、對射式光電開關(guān)、鏡面反射式光電開關(guān)、槽式光電開關(guān)和光纖式光電開關(guān)。

1：按檢測形式的分類

（1）對射式

對射式是由一個(gè)發(fā)射器與一個(gè)接收器相對配置的，發(fā)射器發(fā)射出的光指向接收器，發(fā)射器與接收器之間組成一個(gè)閉合光路，通過對光路的光被遮斷或光衰減來進(jìn)行檢測的一種檢測形式。這種檢測形式作用距離比較長，但需要一個(gè)發(fā)射器并需要配電；在某些應(yīng)用場合比如空間狹小，不合適配電的運(yùn)用上比較麻煩。如圖1a：

圖1a

②發(fā)射器與接收器一體化，光傳輸為直流方式的非調(diào)制信號，主要小型縫隙光電開關(guān)，如U型、C型的槽型光電開關(guān)。如圖1b：

（2）直接反射式

這種方式是把發(fā)射器與接收器構(gòu)為一體，發(fā)射器發(fā)射的光直接照射到被檢測物上，根據(jù)反射光的變化情況來進(jìn)行檢測的。可以說是近似人的眼睛的一種檢測器。與對射式相比作用距離比較短，只需要單線配電即可，屬于通用檢測器。如圖2：

（3）鏡面反射式

①這種方式是把發(fā)射器與接收器構(gòu)為一體，光電開關(guān)對置反角矩陣射鏡，發(fā)射器的光被反射鏡后反饋回接收器，光電開關(guān)與角矩陣反射鏡（多棱鏡）形成閉合光路，通過對光路的光被遮斷或光衰減來進(jìn)行檢測的一種檢測形式，這種檢測形式作用距離比對射式短，比直接反射式較長。只需要單線配電即可，由于采用反射鏡光軸的調(diào)整比對射式容易；反射鏡由多棱鏡角矩陣板或微晶玻璃顆粒反射膜等。如圖3a：

圖3a

②具有M.S.R功能的反射器式光電開關(guān)，如果被檢測物是平面而且有光澤，則會產(chǎn)生誤動作，欲解決此問題，可采用M.S.R功能，它的主要工作原理是基于角矩陣反射器能使偏振光方向改變90°，采用互相垂直的偏振光膜片放在雙鏡頭前，所以使用角矩陣反射器，光路閉合。如果是平面鏡或反光率比較的物體（如：玻璃瓶等）不能改變偏振方向，由它阻擋而產(chǎn)生的反射光不能進(jìn)入受光器，因此它可以很容易被檢測到，從而解決了由它表面反射而它引起的誤動作問題。如圖3b：

圖3b

（4）輻射光檢測形式

通過對被檢測物體輻射出的光進(jìn)行檢測的形式。如用于鋼鐵行業(yè)的對加熱的鐵輻射出的紅外線進(jìn)行檢測的光電開關(guān)。如圖4：

（5）限定反射式

這種方式是把發(fā)射器與接收器構(gòu)為一體，發(fā)射器與接收器形成一個(gè)角度，發(fā)射光軸與接收光軸交叉區(qū)域靈敏度最佳。如圖5：

（6）夾角式

這種方式是把發(fā)射器與接收器構(gòu)為一體，發(fā)射器與接收器形成一個(gè)角度，發(fā)射光聚焦點(diǎn)與接收光聚焦交叉區(qū)域檢測物體，用于精細(xì)檢測，如標(biāo)記檢測等。如圖6：

（7）同軸檢測式（單鏡頭）

這種方式是把發(fā)射器與接收器構(gòu)為一體，發(fā)射光通過鍍膜的半透明鏡片45°折射后通過鏡頭聚焦發(fā)射出去，接收光線通過聚焦鏡頭入射到接收器，主要用于標(biāo)志檢測。目前主流的顏色傳感器、標(biāo)志傳感器大多采用這樣方式。如圖7：

（8）光導(dǎo)纖維式

光導(dǎo)纖維簡稱光纖，目前光纖式光電開關(guān)的光纖基本是兩種，一種塑料光纖，價(jià)位比較低，普通檢測使用；另一種玻璃光纖，價(jià)位比較高，一些檢測精度比較高的場合。

①：對射式，把光纖套入發(fā)射器，把光纖套入接收器，光纖檢測頭相對安置。如圖8a：

圖8a

②：直接反射式，發(fā)射器與接收器構(gòu)為一體，把光纖套入發(fā)射器與接收器（光纖放大器），光纖頭為兩根光纖并行，直接檢測物體。如圖8b：

圖8b

③：同軸反射，發(fā)射器與接收器構(gòu)為一體，把光纖套入發(fā)射器與接收器（光纖放大器）。光纖頭為兩根光纖并為一根的形式，發(fā)射光纖在中間，接受光纖圍著其圓周排列。可以直接反射與鏡面反射，取決于光纖放大器的光學(xué)結(jié)構(gòu)。如圖8c：

圖8c

2：按檢測方法的分類

（1）光量法

目前大多數(shù)光電開關(guān)用來檢測物體有無的均為光量方式，既光源受物體遮蔽或發(fā)生反射、輻射和遮光導(dǎo)致受光量變化來檢測對象的有無。

（2）三角測距法

光量方式容易受到物體表面的光潔度、粗糙度、顏色所影響，因此在一些要求比較高的場合就需要采用距離法檢測。

（3）激光測量法

由激光器對被測目標(biāo)發(fā)射一個(gè)光信號， 然后接受目標(biāo)反射回來的光信號，通過測量光信號往返經(jīng)過的時(shí)間， 計(jì)算出目標(biāo)的距離。

3：按光源種類的分類

光源目前采用的大多是發(fā)光二極管（LED），根據(jù)不同使用目的的區(qū)別使用。

（1）白熾燈式（可見光）

用于需要白光的標(biāo)志檢測器，由于壽命與抗震性能，現(xiàn)在使用比較少。

（2）發(fā)光二極管（LED）式（可見光、近紅外光）

具有調(diào)制容易、壽命長、小型、功耗小、抗震等優(yōu)點(diǎn)是光電開關(guān)理想的光源，可用于各種用途。

（3）熒光式（可見光）

主要用于需要長度的光電系統(tǒng)（圖像傳感器等）

（4）紫外光式（不可見光）

通過照射紫外線用于檢測發(fā)生可見光的物體（熒光整理疵點(diǎn)、食品中的異物等）。

（5）氣體激光式（可見光）

光束比較強(qiáng)，用于探傷系統(tǒng)、條形碼系統(tǒng)、及強(qiáng)光衰減大的場合，如蒸汽、煙霧、火焰等場合。

（6）半導(dǎo)體激光式（紅光、近紅外光）

具有較強(qiáng)的透射率和容易調(diào)制的特性，用于如蒸汽、煙霧、火焰等場合鋼鐵行業(yè)與安防。

4：按光源調(diào)制種類的分類

（1）直流光式

使發(fā)射器的光線為不變的直流光，包括白熾燈和用直流驅(qū)動的發(fā)光二極管。這種方式有線路簡單、響應(yīng)速度快的特點(diǎn)，但是抗光干擾比較弱，目前僅在較短的距離檢測中使用。

（2）調(diào)制式

①、脈沖調(diào)制式

使發(fā)射器發(fā)的出光線為具有一定頻率的脈沖波，一般稱為調(diào)制光，采用這種方式除了可以獲得峰值很高的光脈沖功率外，還可以對接收器輸出采用具有頻率選擇的交流放大器進(jìn)行放大，從而減少周圍光線和電氣噪聲的影響，這是目前國內(nèi)外使用最廣的一種方式。

②機(jī)械旋轉(zhuǎn)調(diào)制式

對光源用棱鏡或轉(zhuǎn)盤孔旋轉(zhuǎn)后，提取脈沖信號，如用于區(qū)域檢測和熱金屬輻射的掃描檢測等。

③、掃描式

將多個(gè)發(fā)射器與接收器組合，通過同步信號逐一掃描，防止相互干擾。如用于光幕傳感器。

5：按供電種類的分類

（1）直流式

采用直流電壓供電的形式，一般大多采用12-24V（10-30V）的直流電壓的供電。

（2）交流式

采用交流電壓供電，電壓范圍為90-240V交流電，滿足110VAC與220VAC場合的供電

（3）直流交流混合式

直流電壓與交流電壓都可以直接接入同一個(gè)供電回路的形式，直流電壓范圍12-240V，交流電壓范圍24-240V，此形式適應(yīng)性比較靈活，不需要考慮配電的問題。

6：按輸出種類的分類

（1）三極管NPN輸出

（2）三極管PNP輸出

（3）三極管NPN與PNP混合輸出

（4）固態(tài)隔離無觸點(diǎn)輸出

（5）繼電器觸點(diǎn)輸出

（6）可控硅輸出

（7）模擬電壓

（8）模擬電流

（9）數(shù)據(jù)信號

7：按結(jié)構(gòu)種類的分類

（1）內(nèi)藏放大器式

即把發(fā)光、感光元件和放大電路、信號處理電路、開關(guān)驅(qū)動電路裝配在一個(gè)殼體里，接通直流電源就可以獲取ON-OFF開關(guān)輸出，不需要專用放大器，抗噪音能力強(qiáng)，壽命長，電纜線可延長等優(yōu)點(diǎn)，是主流的一種光電開關(guān)。

（2）放大器分離式

這是種早期采用比較多的方式，發(fā)光、感光元件裝在探頭內(nèi)，用屏蔽線與專用放大器（光電開關(guān)主體）連接。主要是探頭可以安裝在比較狹小的空間對比較小的物體進(jìn)行檢測，但是有抗噪聲能力的問題。隨著技術(shù)的發(fā)展，內(nèi)藏放大器式的光電開關(guān)的體積越來越小；這種形式采用相對較少，尤其是光纖傳感器的發(fā)展。

（3）光纖式

這種光電開關(guān)是放大器分離式與內(nèi)藏放大器式結(jié)合的產(chǎn)品，通過光纖才傳輸光信號，光電開關(guān)主體上套上光纖線，另一頭光纖探頭可以對被檢測物體進(jìn)行檢測，其優(yōu)點(diǎn)光纖探頭比較小，可以檢測比較微小的物體，光纖線傳輸?shù)闹皇枪庑盘枺圆挥每紤]放大器分離式那樣需要考慮抗噪聲能力的問題。

（4）自控式

這種光電開關(guān)是具有一定功能性的。把發(fā)光、感光元件和放大電路、信號處理電路、開關(guān)驅(qū)動電路、電源、繼電器等都裝配在一起，接上交流或直流電源就可以工作。同時(shí)還具有其他一些功能如動作信號的延時(shí)、光電開關(guān)的信號靈敏度調(diào)節(jié)等。