光電開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)說(shuō)明書

1、光電開(kāi)關(guān)式設(shè)計(jì)說(shuō)明書學(xué) 校：重慶三峽學(xué)院 班 級(jí)：10級(jí)機(jī)械4班 小組成員：1、光電開(kāi)關(guān)介紹1.1 光電開(kāi)關(guān)的介紹光電開(kāi)關(guān)（即光電傳感器）是利用被檢測(cè)物對(duì)光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測(cè)物體有無(wú)的。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測(cè)。光電開(kāi)關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號(hào)射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強(qiáng)弱或有無(wú)對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行探測(cè)。安防系統(tǒng)中常見(jiàn)的光 電開(kāi)關(guān)煙霧報(bào)警器，工業(yè)中經(jīng)常用它來(lái)記數(shù)機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)次數(shù)。接觸式行程開(kāi)關(guān)存在響應(yīng)速度低、精度差、接觸檢測(cè)容易損壞被檢測(cè)物及壽命短等缺點(diǎn)，而晶體管接近開(kāi)關(guān)的作用距離短，不能直接檢測(cè)非金屬材料。但是，新型光電開(kāi)關(guān)則克服了它們

2、的上述缺點(diǎn)，而且體積小、功能多、壽命長(zhǎng)、精度高、響應(yīng)速度快、檢測(cè)距離遠(yuǎn)以及抗光、電、磁干擾能力強(qiáng)。目前，這種新型的光電開(kāi)關(guān)已被用作物位檢測(cè)、液位控制、產(chǎn)品計(jì)數(shù)、寬度判別、速度檢測(cè)、定長(zhǎng)剪切、孔洞識(shí)別、信號(hào)延時(shí)、自動(dòng)門傳感、色標(biāo)檢出、沖床和剪切機(jī)以及安全防護(hù)等諸多領(lǐng)域。此外，利用紅外線的隱蔽性，還可在銀行、倉(cāng)庫(kù)、商店、辦公室以及其它需要的場(chǎng)合作為防盜警戒之用。1.2 光電開(kāi)關(guān)的分類1.2.1 按檢測(cè)方式分常用光電開(kāi)關(guān)的分類方法：按檢測(cè)方式可分為反射式、對(duì)射式和鏡面反射式三種類型。對(duì)射式檢測(cè)距離遠(yuǎn)，可檢測(cè)半透明物體的密度（透光度）。反射式的工作距離被限定在光束的交點(diǎn)附近，以避免背景影響。鏡面反射式

3、的反射距離較遠(yuǎn)，適宜作遠(yuǎn)距離檢測(cè)，也可檢測(cè)透明或半透明物體。1.2.2按結(jié)構(gòu)分類光電開(kāi)關(guān)按結(jié)構(gòu)可分為放大器分離型、放大器內(nèi)藏型和電源內(nèi)藏型三類。放大器分離型是將放大器與傳感器分離，并采用專用集成電路和混合安裝工藝制成，由于傳感器具有超小型和多品種的特點(diǎn)，而放大器的功能較多。因此，該類型采用端子臺(tái)連接方式，并可交、直流電源通用。具有接通和斷開(kāi)延時(shí)功能，可設(shè)置亮、音動(dòng)切換開(kāi)關(guān)，能控制6種輸出狀態(tài)，兼有接點(diǎn)和電平兩種輸出方式。放大器內(nèi)藏型是將放大器與傳感一體化，采用專用集成電路和表面安裝工藝制成，使用直流電源工作。其響應(yīng)速度局面（有0.1ms和1ms兩種），能檢測(cè)狹小和高速運(yùn)動(dòng)的物體。改變電源極性可

4、轉(zhuǎn)換亮、暗動(dòng)，并可設(shè)置自診斷穩(wěn)定工作區(qū)指示燈。兼有電壓和電流兩種輸出方式，能防止相互干擾，在系統(tǒng)安裝中十分方便。電源內(nèi)藏型是將放大器、傳感器與電源裝置一體化，采用專用集成電路和表面安裝工藝制成。它一般使用交流電源，適用于在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)取代接觸式行程開(kāi)關(guān)，可直接用于強(qiáng)電控制電路。也可自行設(shè)置自診斷穩(wěn)定工作區(qū)指示燈，輸出備有SSR固態(tài)繼電器或繼電器常開(kāi)、常閉接點(diǎn)，可防止相互干擾，并可緊密安裝在系統(tǒng)中。1.3 光電開(kāi)關(guān)的相關(guān)術(shù)語(yǔ)圖1 光電開(kāi)關(guān)相關(guān)術(shù)語(yǔ)(1)檢測(cè)距離: 是指檢測(cè)體按一定方式移動(dòng), 當(dāng)開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)測(cè)得的基準(zhǔn)位置(光電開(kāi)關(guān)的感應(yīng)表面)到檢測(cè)面的空間距離。額定動(dòng)作距離指接近開(kāi)關(guān)動(dòng)作距離的標(biāo)稱值。(

5、2)回差距離: 動(dòng)作距離與復(fù)位距離之間的絕對(duì)值。(3)響應(yīng)頻率: 在規(guī)定的1s的時(shí)間間隔內(nèi), 允許光電開(kāi)關(guān)動(dòng)作循環(huán)的次數(shù)。(4)輸出狀態(tài): 分常開(kāi)和常閉。當(dāng)無(wú)檢測(cè)物體時(shí), 常開(kāi)型的光電開(kāi)關(guān)所接通的負(fù)載由于光電開(kāi)關(guān)內(nèi)部的輸出晶體管的截止而不工作, 當(dāng)檢測(cè)到物體時(shí), 晶體管導(dǎo)通, 負(fù)載得電工作。(5)檢測(cè)方式: 根據(jù)光電開(kāi)關(guān)在檢測(cè)物體時(shí)發(fā)射器所發(fā)出的光線被折回到接收器的途徑的不同,可分為漫反射式、鏡反射式、對(duì)射式等。(6)輸出形式: 分NPN 二線、NPN 三線、NPN 四線、PNP二線、PNP三線、PNP四線、AC 二線、AC 五線(自帶繼電器) , 及直流NPN /PNP /常開(kāi)/常閉多功能等

6、幾種常用的輸出形式。(7)指向角: 見(jiàn)光電開(kāi)關(guān)的指向角示意圖, 即如圖4的下部三個(gè)小圖所示。(8)表面反射率: 漫反射式光電開(kāi)關(guān)發(fā)出的光線需要經(jīng)檢測(cè)物表面才能反射回漫反射開(kāi)關(guān)的接受器, 所以檢測(cè)距離和被檢測(cè)物體的表面反射率將決定接受器接收到光線的強(qiáng)度。粗糙的表面反射回的光線強(qiáng)度必將小于光滑表面反射回的強(qiáng)度, 而且, 被檢測(cè)物體的表面必須垂直于光電開(kāi)關(guān)的發(fā)射光線。(9)環(huán)境特性: 光電開(kāi)關(guān)應(yīng)用的環(huán)境亦會(huì)影響其長(zhǎng)期工作可靠性。當(dāng)光電開(kāi)關(guān)工作于最大檢測(cè)距離狀態(tài)時(shí), 由于光學(xué)透鏡會(huì)被環(huán)境中的污物粘住, 甚至?xí)灰恍?qiáng)酸性物質(zhì)腐蝕, 以至其使用參數(shù)和可靠性降低。較簡(jiǎn)便的解決方法就是根據(jù)光電開(kāi)關(guān)的最大檢測(cè)

7、距離降額使用來(lái)確定最佳工作距離。2、光電開(kāi)關(guān)的原理2.1 光電開(kāi)關(guān)的基本原理光電開(kāi)關(guān)是光電接近開(kāi)關(guān)的簡(jiǎn)稱, 它是利用被檢測(cè)物對(duì)光束的遮擋或反射, 由同步回路選通電路,從而檢測(cè)遮擋物體的有無(wú)。所有能反射光線的物體均可被檢測(cè)(物體不限于金屬)。光電開(kāi)關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號(hào)射出, 接收器再根據(jù)接收到的光線的強(qiáng)弱或有無(wú)對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行檢測(cè)。工作原理如圖1所示。多數(shù)光電開(kāi)關(guān)選用的是波長(zhǎng)接近可見(jiàn)光的紅外線光波。光電開(kāi)關(guān)的型號(hào)種類很多。圖二 光電開(kāi)關(guān)工作原理示意圖光電開(kāi)關(guān)把發(fā)射端和接收端之間光的強(qiáng)弱變化轉(zhuǎn)化為電流的變化以達(dá)到探測(cè)的目的。由于光電開(kāi)關(guān)輸出回路和輸入回路是電隔離的（即電緣絕），所以它可

8、以在許多場(chǎng)合得到應(yīng)用。光電開(kāi)關(guān)采用集成電路技術(shù)和SMT表面安裝工藝而制造的新一代光電開(kāi)關(guān)器件，具有延時(shí)、展寬、外同步、抗相互干擾、可靠性高、工作區(qū)域穩(wěn)定和自診斷等智能化功能。這種新穎的光電開(kāi)關(guān)是一種采用脈沖調(diào)制的主動(dòng)式光電探測(cè)系統(tǒng)型電子開(kāi)關(guān)，它所使用的冷光源有紅外光、紅色光、綠色光和藍(lán)色光等，可非接觸，無(wú)損傷地迅速和控制各種固體、液體、透明體、黑體、柔軟體和煙霧等物質(zhì)的狀態(tài)和動(dòng)作。這里我們要用到一種電子元件干簧繼電器，它由干簧管和繞在干簧管外的線圈組成。當(dāng)線圈內(nèi)有電流時(shí)，線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)使密封在干簧管內(nèi)的兩個(gè)鐵質(zhì)簧片磁化，兩個(gè)簧片在磁力作用下由原來(lái)的分離狀態(tài)變成閉合狀態(tài)，線圈內(nèi)沒(méi)有電流時(shí)，磁場(chǎng)消

9、失，瓷片在彈力的作用下，回復(fù)到分離狀態(tài)。電路中的光敏電阻受到光照射時(shí)，電流相當(dāng)強(qiáng)，用電器可以正常工作.而當(dāng)光敏電阻不受光照射時(shí)，阻值增大，電流減弱，用電器停地工作。把光敏電阻裝在大門上汽車燈光能照到的地方，把帶動(dòng)大門的電動(dòng)機(jī)接在干簧管的電路中，那么夜間汽車開(kāi)到大門前，燈光照射光敏電阻時(shí)，干簧繼電器接通電動(dòng)機(jī)電路，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)大門打開(kāi)。光信號(hào)光敏元件光電傳感器大門開(kāi)關(guān)控制電路電信號(hào)磁信號(hào)圖1方案設(shè)計(jì)流程圖元件選擇和電路設(shè)計(jì)(1)、元件選擇光敏元件選擇光敏電阻。光敏電阻的基本特性：(1) 伏安特性 在一定照度下，流過(guò)光敏電阻的電流與光敏電阻兩端的電壓的關(guān)系稱為光敏電阻的伏安特性。圖2為硫化鎘光敏電阻

10、的伏安特性曲線。由圖可見(jiàn)，光敏電阻在一定的電壓范圍內(nèi)，其I-U曲線為直線。（2）光照特性 光敏電阻的光照特性是描述光電流I和光照強(qiáng)度之間的關(guān)系，不同材料的光照特性是不同的，絕大多數(shù)光敏電阻光照特性是非線性的。圖3為硫化鎘光敏電阻的光照特性。(3) 光譜特性 光敏電阻對(duì)入射光的光譜具有選擇作用，即光敏電阻對(duì)不同波長(zhǎng)的入射光有不同的靈敏度。光敏電阻的相對(duì)光敏靈敏度與入射波長(zhǎng)的關(guān)系稱為光敏電阻的光譜特性，亦稱為光譜響應(yīng)。圖4 為幾種不同材料光敏電阻的光譜特性。 對(duì)應(yīng)于不同波長(zhǎng)，光敏電阻的靈敏度是不同的，而且不同材料的光敏電阻光譜響應(yīng)曲線也不同。（4）頻率特性 實(shí)驗(yàn)證明，光敏電阻的光電流不能隨著光強(qiáng)改

11、變而立刻變化，即光敏電阻產(chǎn)生的光電流有一定的惰性，這種惰性通常用時(shí)間常數(shù)表示。 大多數(shù)的光敏電阻時(shí)間常數(shù)都較大， 這是它的缺點(diǎn)之一。 不同材料的光敏電阻具有不同的時(shí)間常數(shù)（毫秒數(shù)量級(jí)）， 因而它們的頻率特性也就各不相同。 圖5為硫化鎘和硫化鉛光敏電阻的頻率特性。圖 2 硫化鎘光敏電阻的伏安特性 圖3 光敏電阻的光照特性 (a)圖5 光敏電阻的頻率特性 圖4 光敏電阻的光譜特性 圖 6 硫化鉛光敏電阻的光譜溫度特性 (5) 溫度特性 光敏電阻和其它半導(dǎo)體器件一樣，受溫度影響較大。溫度變化時(shí)，影響光敏電阻的光譜響應(yīng)，同時(shí)光敏電阻的靈敏度和暗電阻也隨之改變，尤其是響應(yīng)于紅外區(qū)的硫化鉛光敏電阻受溫度影

12、響更大。圖6為硫化鉛光敏電阻的光譜溫度特性曲線，它的峰值隨著溫度上升向波長(zhǎng)短的方向移動(dòng)。 光敏電阻具有光譜特性好、允許的光電流大、靈敏度高、使用壽命長(zhǎng)、體積小等優(yōu)點(diǎn)，所以應(yīng)用廣泛。(2)、電路設(shè)計(jì)下圖即為光敏電阻開(kāi)關(guān)電路，晶體管VT1、VT2構(gòu)成施密特觸發(fā)電路。當(dāng)減少入射到光敏電阻上的光通量時(shí)，VT1的基極電壓上升，直至管子導(dǎo)電為止，然后VT2由于反饋而變?yōu)榻刂範(fàn)顟B(tài)，因此其集電極電壓上升，直至達(dá)到12.7左右為止。在12V時(shí)，穩(wěn)壓二極管VDW1便導(dǎo)電，通過(guò)VDW1的 電流使得VT3導(dǎo)通，于是繼電器被接通。二極管VD2阻尼繼電器線圈震蕩，因而對(duì)VT3起保護(hù)作用。50k的可以對(duì)靈敏度進(jìn)行調(diào)整。這樣

13、就可以利用這個(gè)電路來(lái)控制大門的開(kāi)與關(guān)了。2.2 光電開(kāi)關(guān)的特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)1、檢測(cè)距離長(zhǎng)。如果在對(duì)射型中保留10m以上的檢測(cè)距離等，便能實(shí)現(xiàn)其他檢測(cè)手段（磁性、超聲波等） 無(wú)法離檢測(cè)。 2、對(duì)檢測(cè)物體的限制少。由于以檢測(cè)物體引起的遮光和反射為檢測(cè)原理，所以不象接近傳感器等將檢測(cè)物體限定 在金屬，它可對(duì)玻璃.塑料.木材.液體等幾乎所有物體進(jìn)行檢測(cè)。 3、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。 4、分辨率高。能通過(guò)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(guò)構(gòu)成特殊的受光光學(xué)系統(tǒng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)高分辨率。 也可進(jìn)行微小物體的檢測(cè)和高精度的位置檢測(cè)。

14、 5、可實(shí)現(xiàn)非接觸的檢測(cè)?？梢詿o(wú)須機(jī)械性地接觸檢測(cè)物體實(shí)現(xiàn)檢測(cè)，因此不會(huì)對(duì)檢測(cè)物體和傳感器造成損傷。因此，傳感器能 長(zhǎng)期使用。 6、可實(shí)現(xiàn)顏色判別。通過(guò)檢測(cè)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(zhǎng)和檢測(cè)物體的顏色組合 而有所差異。利用這種性質(zhì)，可對(duì)檢測(cè)物體的顏色進(jìn)行檢測(cè)。 7、便于調(diào)整。在投射可視光的類型中，投光光束是眼睛可見(jiàn)的，便于對(duì)檢測(cè)物體的位置進(jìn)行調(diào)整。3、光電開(kāi)關(guān)在實(shí)際生活中的應(yīng)用漫射式煙霧報(bào)警器賓館等對(duì)防火設(shè)施有嚴(yán)格考核的場(chǎng)所均必須按規(guī)定安裝火災(zāi)傳感器?；馂?zāi)發(fā)生時(shí)伴隨有光和熱的化學(xué)反應(yīng)。物質(zhì)在燃燒過(guò)程中一般有下列現(xiàn)象發(fā)生。（1）產(chǎn)生熱量，使環(huán)境溫度升高 物質(zhì)劇烈燃燒時(shí)會(huì)釋放出

15、大量的熱量，這時(shí)可以用各種溫度傳感器來(lái)測(cè)量。但是在燃燒速度非常緩慢的情況下，火災(zāi)初期的環(huán)境溫度上升是不易鑒別的。（2）產(chǎn)生可燃性氣體 有機(jī)物在燃燒的初始階段，首先釋放出來(lái)的是可燃性氣體，如一氧化碳等。（3）產(chǎn)生煙霧 煙霧是人們?nèi)庋勰芤?jiàn)到的微小懸浮顆粒。其粒子直徑大于10nm。煙霧有很大的流動(dòng)性，可潛入煙霧傳感器中，因此檢測(cè)煙霧是較有效的檢測(cè)火災(zāi)的手段。（4）產(chǎn)生火焰 火焰輻射出紅外線、可見(jiàn)光和紫外線。其中紅外線和可見(jiàn)光不太適合用于火災(zāi)報(bào)警，這是因?yàn)檎Ｊ褂弥械娜∨O(shè)備、電燈、太陽(yáng)光線都包含有紅外線或可見(jiàn)光。利用紫外線管（外光電效應(yīng)型）或用某些專用的半導(dǎo)體內(nèi)光電效應(yīng)型紫外線傳感器，能夠有效地監(jiān)測(cè)

16、火焰發(fā)出的紫外線。4、光電開(kāi)關(guān)使用注意事項(xiàng)光電開(kāi)關(guān)可用于各種應(yīng)用場(chǎng)合。在使用光電開(kāi)關(guān)時(shí)，還應(yīng)注意環(huán)境條件，以使光電開(kāi)關(guān)能夠正?？煽康墓ぷ?。4.1 避免強(qiáng)光源光電開(kāi)關(guān)在環(huán)境照度較高時(shí)，一般都能穩(wěn)定工作。但應(yīng)回避將傳感器光軸正對(duì)太陽(yáng)光、白熾燈等強(qiáng)光源。在不能改變傳感器（受光器）光軸與強(qiáng)光源的角度時(shí)，可在傳感器上方四周加裝遮光板或套上遮光長(zhǎng)筒。4.2 鏡面角度影響當(dāng)被測(cè)物體有光澤或遇到光滑金屬面時(shí)，一般反射率都很高，有近似鏡面的作用，這時(shí)應(yīng)將投光器與檢測(cè)物體安裝成 1020的夾角，以使其光軸不垂直于被檢測(cè)物體，從而防止誤動(dòng)作。4.3 排除背景物影響使用反射式擴(kuò)散型投、受光器時(shí)，有時(shí)由于檢出物離背景物較近，光電開(kāi)關(guān)或者背景是光滑等反射率較高的物體而可能會(huì)使光電開(kāi)關(guān)不能穩(wěn)