接近開關(guān)檢測(cè)距離7文檔

1、第1頁(yè)光電傳感器的檢測(cè)模式分為如下幾類：對(duì)射式、反射板式、偏振反射板式、直反式、寬 光束式、聚焦式、定區(qū)域式和可調(diào)區(qū)域式。其中，直反式、寬光束式，聚焦式、定區(qū)域式和 可調(diào)區(qū)域式有時(shí)又歸類于 “光電接近檢測(cè)模式 ”（注意：不要與電容式或電感式接近開關(guān)混淆） 對(duì)于光纖傳感器，如使用對(duì)射光纖， 則為對(duì)射式檢測(cè)模式；如使用直反式光纖，則為接近式 檢測(cè)模式。超聲波傳感器分對(duì)射式和接近式兩種檢測(cè)模式。對(duì)射式射式檢測(cè)方式的發(fā)射器和接收器相互對(duì)射安裝， 發(fā)射器的光直接對(duì)準(zhǔn)接收器。 當(dāng)被測(cè)物 擋住光束時(shí)，傳感器輸出產(chǎn)生變化以指示被測(cè)物被檢測(cè)到。對(duì)射式是最早使用的一種光電檢測(cè)模式。在調(diào)制光出現(xiàn)之前，發(fā)射器和接收器

2、的對(duì)準(zhǔn)是 一個(gè)很大的難題。今天， 對(duì)于使用高能調(diào)制光的光電傳感器， 將發(fā)射器和接收器對(duì)準(zhǔn)已非常 容易。光路對(duì)準(zhǔn)對(duì)射式 光路對(duì)準(zhǔn)可使最大數(shù)量的發(fā)射光到達(dá)接收器，發(fā)射光要位于接收區(qū)域的中央位置。當(dāng)發(fā)射器為可見光時(shí)，為使光路對(duì)準(zhǔn)方便，在接收器鏡頭的正前方放一淺色的標(biāo)定物， 通過觀察照在標(biāo)定物上的光斑來調(diào)整發(fā)射器位置。 將標(biāo)定物移開， 觀察傳感器上的過量增益 指示燈，細(xì)調(diào)發(fā)射器和接收器的位置以達(dá)到最佳的對(duì)準(zhǔn)位置。檢測(cè)距離對(duì)射式檢測(cè)距離是傳感器一個(gè)很重要的參數(shù)。 對(duì)于對(duì)射式傳感器， 此參數(shù)是指?jìng)鞲衅鞯陌l(fā)射器 與接收器之間的最大距離。 有效光束是指發(fā)射的所有光束中起作用的那部分， 為可靠檢測(cè)物 體，此部分

3、光必須要被全部遮擋。對(duì)射式檢測(cè)模式的有效光束， 我們可以將其比喻為連接發(fā) 射器鏡頭（或超聲波變送器）與接收器鏡頭（或變送器）的一個(gè)桿，如果發(fā)射器和接收器的 鏡頭大小不一樣，則此桿會(huì)變成錐形。 有效光束與發(fā)射器發(fā)射的光束或接收器的可接收區(qū)域 是不一樣的。對(duì)于對(duì)射式光電傳感器， 在檢測(cè)小的部件或進(jìn)行精確定位時(shí)， 其有效光束可能會(huì)太大以 致不能進(jìn)行可靠檢測(cè)。在這種情況下，可以給傳感器加裝光縫來減小有效光束的尺寸。 （注 意：在選擇光縫材料時(shí)，要注意有些非金屬材料可能會(huì)被高能的調(diào)制光穿透） 。安裝光縫會(huì)減小通過鏡頭的光的能量 （光縫越小， 通過的光就越少） 。例如： 直徑 20mm 的鏡頭安裝上帶一

4、5mm 孔的光縫后，則通過此孔的光的能量?jī)H為原來的 （1/4）2 或 1/16th ， 如果發(fā)射器和接收器都安裝了光縫，則光的能量會(huì)損失雙倍。矩形光縫與同尺寸的圓孔形光縫相比， 其鏡頭接收光的區(qū)域較大。 因此， 如果被測(cè)物通 過光束的方向是一定的，則優(yōu)先選用矩形光縫（如邊沿檢測(cè)） 。如果小的被測(cè)物通過光束的 方向不是固定的，則優(yōu)先選用圓形光縫。如果被測(cè)物在通過時(shí)總是非常靠近發(fā)射器或接收器，則僅需安裝一個(gè)光縫即可。其有效 光束尺寸在有光縫的一端為光縫上孔的尺寸， 在未安裝光縫的一端為鏡頭的尺寸， 成為錐形。在使用對(duì)射式傳感器檢測(cè)小物體時(shí)，在使用對(duì)射式傳感器檢測(cè)小物體時(shí)，一方面要保證 有效光束的尺

5、寸必須小于被測(cè)物的最小尺寸， 同時(shí)要使鏡頭保留盡可能大的可視區(qū)域， 以保 證足夠的檢測(cè)距離。 一種簡(jiǎn)便的方法就是使用光纖， 這種光纖檢測(cè)頭的出光孔有多種形狀和 尺寸，以適用于不同的被測(cè)物。有些高能的經(jīng)過調(diào)制的對(duì)射式傳感器， 在近距離使用時(shí)， 有時(shí)會(huì)在被測(cè)物周圍產(chǎn)生光能 激增現(xiàn)象， 致使傳感器產(chǎn)生誤動(dòng)作。 這也是為什么要求被測(cè)物尺寸一定要大于有效光束尺寸 的原因之一。對(duì)于對(duì)射式的超聲波傳感器，通過使用聲波引導(dǎo)器件可以確定其波形圖。此器件安裝在 接收器的變送器（有時(shí)也安裝在發(fā)射器上） ，安裝此器件后，接收器對(duì)從側(cè)面過來的聲波反 應(yīng)就會(huì)很弱，因而可以比較可靠的檢測(cè)小的物體。反射板式反射板式的檢測(cè)模式

6、中，一個(gè)傳感器本身既有發(fā)射器又有接收器。發(fā)射器發(fā)射光照到反 射板上，反射光再返回接收器上。當(dāng)物體擋住光束時(shí)，被測(cè)物就被檢測(cè)到了。反射板式傳感器的檢測(cè)距離為從傳感器到反射板的距離。 其有效光束通常為錐形， 從鏡光束從斜面射入， 經(jīng)其他三個(gè)面反射后從這個(gè)斜面上平行的返回。 這樣反射板就將入射光反 回到了接收器。多 數(shù) 棱 鏡 式 反 射 板 由 透 明 丙 烯 酸 塑 料 壓 鑄 而 成 ， 具 有 多 種 尺 寸 和 外 形 。 棱 鏡 或 反 射 板 經(jīng)常作為汽車安全反射板用，當(dāng)汽車前燈照在反射板上時(shí)， 反射板會(huì)反射回很強(qiáng)的光使司機(jī)能及時(shí)觀察到。第 2 頁(yè)高速公路上的警示標(biāo)志可以用反射帶來制作

7、， 反射帶表面涂有一層薄的帶幾何棱鏡的反 光材料或玻璃細(xì)沙。 （光滑的玻璃表面也可把光反射回去，但是涂玻璃細(xì)沙的表面其反光率 低于帶幾何棱鏡的表面）非常光亮的表面也可以做反射板用，但入射光會(huì)以等同的角度朝相反方向反射回去。為 了使傳感器能接收到反射光， 發(fā)射光必須垂直于鏡面。 但對(duì)于反射板來說， 它能將入射光以 偏離垂直線最大 20的角度反射頭邊沿到反射板邊沿。特殊情況下與此不同，覆蓋整個(gè)反射板；或者發(fā)射光為激光光束時(shí)。板的整個(gè)面積。反射板通常是由多個(gè)幾何棱鏡組成的矩陣，如：當(dāng)傳感器離反射板太近時(shí)，光束不能全部 在這些情況下， 有效光束的尺寸擴(kuò)展不到反射每個(gè)棱鏡有三個(gè)互相垂直的平面和一個(gè)斜面。

8、回來，這樣就使對(duì)準(zhǔn)非常容易。好的反射板的反光率是一張白紙的 3,000 倍， 所以反射板式傳感器很容易接收到從反射 板反射回來的光。但是對(duì)于反光率很強(qiáng)的被測(cè)物，當(dāng)擋住光束時(shí)，也能將很強(qiáng)的光反射回傳 感器而使其誤認(rèn)為被測(cè)物并未出現(xiàn)。對(duì)這種問題，我們也有相應(yīng)的解決辦法。如果一個(gè)表面很平很亮的物體總是沿固定的方向經(jīng)過檢測(cè)區(qū)域， 那么我們可以將傳感器 和反射板傾斜安裝， 以使被測(cè)物表面反射回來的光回不到傳感器， 傾斜角度通常為 1015。但是如果光亮被測(cè)物表面是圓形或被測(cè)物是以不確定的角度進(jìn)入檢測(cè)區(qū)域，則問題就會(huì) 比較復(fù)雜。此時(shí)我們可以將傳感器和反射板水平及垂直方向均旋轉(zhuǎn)一定角度，這樣通常情況下可以解

9、決問題。如問題仍不能解決，則考慮使用偏振反射板式或?qū)ι涫綑z測(cè)模式。偏振偏振鏡頭與可見光的反射板式傳感器配合使用，能很好解決光亮物體的檢測(cè)問題。兩個(gè) 偏振鏡頭分別安裝在發(fā)射器和接收器鏡頭的前面，偏振方向互相垂直。發(fā)射光經(jīng)發(fā)射器垂直偏振鏡頭偏振后， 變成垂直振動(dòng)的光波， 此光波經(jīng)反射板反射 （去 偏振）后，變?yōu)樗椒较蛘駝?dòng)的光波， 這種光波可通過接收器的水平偏振鏡頭被接收器接收。偏振鏡頭雖然解決了傳感器檢測(cè)光亮物體時(shí)的誤動(dòng)作問題，但同時(shí)也大大減弱了有效光 束的能量，這一點(diǎn)對(duì)于檢測(cè)環(huán)境灰塵較大或需要較長(zhǎng)檢測(cè)距離的應(yīng)用場(chǎng)合尤為重要。 偏振反 射板式傳感器僅能與帶幾何棱鏡的反射板配合使用。光路對(duì)準(zhǔn)反射板

10、式近年來，隨著 LED 技術(shù)的不斷提高，使用可見光光源的發(fā)射器逐步增多。當(dāng)使用可見 光光源時(shí)，反射板式傳感器的對(duì)準(zhǔn)就很容易了。 當(dāng)我們?cè)诜瓷浒迳峡吹娇梢姽鈺r(shí)， 光路基本 就對(duì)準(zhǔn)了。接近檢測(cè)模式 近檢測(cè)模式的光電和超聲波傳感器是通過檢測(cè)從被測(cè)物反射回來的能量來判斷是否有第 3 頁(yè)被測(cè)物。例如， 當(dāng)超聲波傳感器接收到被測(cè)物反射回來的聲波時(shí)， 種傳感器的發(fā)射器和接收器是組裝在一起的， 且在傳感器的同一側(cè)。 在這種檢測(cè)模式中， 當(dāng) 被測(cè)物出現(xiàn)時(shí)， 它把一定數(shù)量的光反射回傳感器而不象對(duì)射式檢測(cè)模式中是把光擋住。 光電 的接近檢測(cè)模式又分為以下幾種檢測(cè)方式：直反式、寬光束式、聚焦式、 定區(qū)域式和可調(diào)區(qū) 域

11、式。直反式光電傳感器中， 直反式傳感器是一種常用的檢測(cè)模式。 在這種方式中， 發(fā)射器發(fā)出的光 以多種角度照到被測(cè)物表面上， 被測(cè)物表面同樣以多種角度對(duì)入射光進(jìn)行反射， 其中只有很 小的一部分被反射回接收器。被測(cè)物就被檢測(cè)到了。這第4頁(yè)直反式檢測(cè)模式對(duì)光能的利用率相對(duì)較低， 因?yàn)槠浣邮掌髦荒芙邮盏胶苄∫徊糠值姆瓷?光。同其他接近檢測(cè)模式一樣， 直反式也受被測(cè)物表面反光率的影響。 對(duì)于具有亮白表面的 被測(cè)物，傳感器的檢測(cè)距離就要比暗黑表面的物體要遠(yuǎn)。多數(shù)直反式傳感器都加裝鏡頭來校準(zhǔn)發(fā)射光，使其更加集中，以便獲得更多的反射光。 雖然加裝鏡頭可以擴(kuò)展檢測(cè)距離， 但在檢測(cè)非常光亮的表面時(shí)比較困難， 此時(shí)

12、傳感器的安裝 角度就變得非常重要。因?yàn)榉浅９饬恋谋砻婢拖箸R面一樣，安裝角度稍微一偏，多數(shù)的反射光就都反射走了， 只有很小的一部分反射回接收器。如果被測(cè)物表面平行于傳感器的檢測(cè)頭，則多數(shù)的直反式 傳感器能接收到反射回來的光。但是如果被測(cè)物是圓形表面 （如金屬桶） 或被檢測(cè)的金屬薄 片/薄膜經(jīng)常發(fā)生顫動(dòng)，則檢測(cè)起來就會(huì)很不可靠。寬光束直反式了避免檢測(cè)光亮物體時(shí)光的損失對(duì)檢測(cè)性能的影響，尤其是近距離檢測(cè)時(shí)，可以使用寬 光束直反式傳感器， 沒有聚光鏡頭， 檢測(cè)距離就會(huì)縮短， 但同時(shí)也不必嚴(yán)格要求傳感器鏡頭 必須與光亮的被測(cè)平面平行。這是其優(yōu)點(diǎn)所在。對(duì)于任何接近檢測(cè)模式的傳感器，其檢測(cè)距離受被測(cè)物大小及

13、外形的影響。尺寸大的被 測(cè)物反射回來的光的能量要比小的被測(cè)物多。在 2.5mm 檢測(cè)距離之內(nèi)，寬光束直反式傳感器的檢測(cè)性能要比一般直反式的要好。因 此如果傳感器鏡頭能夠貼近被測(cè)物檢測(cè)， 則寬光束直反式傳感器能可靠檢測(cè)細(xì)沙或電線這樣 的小物體。聚焦式外一種可以檢測(cè)小物體的檢測(cè)模式為聚焦式。 多數(shù)聚焦式傳感器是給發(fā)射器加裝一個(gè)鏡 頭，使發(fā)射光聚焦在鏡頭前面的某一點(diǎn)， 同時(shí)接收器鏡頭的焦點(diǎn)也在此處。 這樣就在固定距 離處形成了一個(gè)小的能量集中的檢測(cè)區(qū)域。聚焦式傳感器對(duì)反射光的利用率很高， 它能可靠檢測(cè)一般直反式或?qū)捁馐狈词絺鞲衅?所不能檢測(cè)到的小物體和反光率非常低的物體。檢測(cè)距離聚焦式 聚焦式傳感

14、器的檢測(cè)距離是固定的，就是其焦距。這就要求傳感器距離被測(cè)物非常近。聚焦式傳感器在焦點(diǎn)附近能可靠檢測(cè)被測(cè)物，這一以焦點(diǎn)為中心的區(qū)域稱為景深。景深 的大小取決于傳感器的設(shè)計(jì)和被測(cè)物的反光率。 精密聚焦式傳感器的景深是很小的， 所以可 以用來進(jìn)行精確定位或外觀的檢測(cè)。有時(shí)在檢測(cè)某些物體時(shí)， 需要忽略背景中靜止或運(yùn)動(dòng)的物體。 聚焦式傳感器的一個(gè)特點(diǎn)就是能忽略景深以外的物體。請(qǐng)注意：景深的近點(diǎn)和遠(yuǎn)點(diǎn)也受被測(cè)物反光率的影響。（傳感器有時(shí)檢測(cè)不到反光率弱的被測(cè)物，但可能會(huì)檢測(cè)到被測(cè)物后面反光率較強(qiáng)的背景。）第5頁(yè)色標(biāo)檢測(cè)是聚焦式傳感器的一個(gè)特殊應(yīng)用，使用精密聚焦式傳感器來檢測(cè)色標(biāo)，以對(duì)產(chǎn) 品進(jìn)行定位。在色標(biāo)

15、檢測(cè)中， 傳感器光源的顏色非常重要， 其中藍(lán)綠色光源被證明具有更寬 的使用范圍，它甚至可以檢測(cè)白紙上 20%的黃色。激光聚焦式傳感器可以產(chǎn)生一個(gè)能量集中，尺寸非常小的光斑，直徑約 適合于檢測(cè)小的物體或做為機(jī)械手的定位傳感器。 由于其光束能量很強(qiáng)， 所以常用來檢測(cè)反 光率很低的其他傳感器不能可靠檢測(cè)的物體。定區(qū)域式區(qū)域式傳感器是一種光電接近式傳感器，它具有很明確的檢測(cè)范圍，能忽略此范圍以外 的物體而不受此物體表面反光率的影響。定區(qū)域式傳感器是通過比較落在兩個(gè)接收器上的反射光的多少來判斷被測(cè)物是否出現(xiàn)。 如果落在接收器R2 上的反射光等于或多于落在 R1 上的反射光，則傳感器檢測(cè)到被測(cè)物。0.25

16、mm ，非?？烧{(diào)區(qū)域式就象定區(qū)域式一樣，可調(diào)區(qū)域式傳感器可以區(qū)分位于不同距離處的物體，在這種情況下，檢測(cè)距離是可調(diào)的。可調(diào)區(qū)域式傳感器的接收器能產(chǎn)生兩個(gè)電流I1 和 I2 ，這兩個(gè)電流的比值隨反射光落在接收器上位置的不同而會(huì)有所變化。 傳感器關(guān)斷點(diǎn)的位置與這個(gè)比值有直接 的關(guān)系， 此關(guān)斷點(diǎn)的位置可通過電位器來調(diào)整， 即使位于關(guān)斷點(diǎn)以外的物體具有很強(qiáng)的反光 率，傳感器依然會(huì)將其忽略。光纖式 實(shí)上，光纖式并不是一種具體的檢測(cè)模式，使用不同的光纖可以組成不同的檢測(cè)模式。使用分離式光纖可以組成對(duì)射式的檢測(cè)模式， 使用一體式光纖可以組成反射板式或接近式檢 測(cè)模式， 特殊的光纖可以定制， 下圖的光纖是在檢

17、測(cè)頭使用了特殊的結(jié)構(gòu)， 使其形成了聚焦 式檢測(cè)鏡頭。超聲波接近模式交流電壓供電后，超聲波發(fā)生器產(chǎn)生震動(dòng)。這種震動(dòng)交替壓縮和撞擊空氣分子使其不斷 地向外傳送超聲波，同時(shí)超聲波發(fā)生器也能接收超聲波的回波。超聲波傳感器根據(jù)其發(fā)生器的不同分為： 靜電式和壓電式， 靜電式傳感器用來進(jìn)行長(zhǎng)距 離檢測(cè)， 通常能達(dá)到 6-7 米。這種長(zhǎng)距離的傳感器常用來檢測(cè)大容器的液位等。 壓電式傳感 器通常只有較短的檢測(cè)距離，一般在 1 米左右，但密封較好，能用在惡劣的環(huán)境下。通常與直反式光電傳感器相比， 超聲波傳感器較少受被測(cè)物表面特性的影響。 但是， 超 聲波發(fā)生器的表面與光滑平整的被測(cè)物表面之間的平行度要保持在3之內(nèi)（對(duì)于表面粗糙的物體，這個(gè)角度不太重要） 。對(duì)于表面吸聲的材料，如衣服或泡沫，使用超聲波傳感器很 難檢測(cè)。同時(shí)， 較小的物體反射回的波的能量很弱， 所以選擇傳感器時(shí)， 被測(cè)物的尺寸是非常重 要的需要考慮的因素。