自動檢測技術(shù)梁森版第十章 中課件

機電類

《自動檢測技術(shù)及應(yīng)用》

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（共13章，第十章中）

統(tǒng)一書號：ISBN978-7-111-34300-4

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2012年7月版2/6/20231光電開關(guān)的結(jié)構(gòu)、分類及應(yīng)用光電斷續(xù)器的結(jié)構(gòu)、分類及應(yīng)用第十章（中）光電傳感器目錄進入進入光電傳感器（中）介紹第十章的第四節(jié)：“光電開關(guān)及光電斷續(xù)器的原理及應(yīng)用”2/6/20232第四節(jié)光電開關(guān)及光電斷續(xù)器

光電位移傳感器輸出模擬信號，光電開關(guān)和光電斷續(xù)器輸出“開”和“關(guān)”信號（斷或通信號）。從原理上講，光電開關(guān)及光電斷續(xù)器在原理上沒有太大的差別，都由紅外線（或紅色）發(fā)射元件與光敏接收元件組成。光電斷續(xù)器是整體結(jié)構(gòu)，其檢測距離只有幾毫米至幾十毫米，而光電開關(guān)多數(shù)具有發(fā)射和接收兩大部分，檢測距離可達幾米。

2/6/202331.遮斷型光電開關(guān)2/6/20235光電開關(guān)應(yīng)用示意圖a）遮斷型b）反射鏡反射型c）散射型1－發(fā)射器2－接收器3－被測物4－偏振光反射鏡5－帶偏振光濾光片的接收器a）2/6/20236遮斷型光電開關(guān)工作原理Receiver遮斷型光電開關(guān)由相互分離且相對安裝的光發(fā)射器和光接受器組成。當被檢測物體位于發(fā)射器和接受器之間時，光線被阻斷，接受器接受不到紅外線而產(chǎn)生開關(guān)信號。被檢測物體光發(fā)射器光接收器2/6/20237例：光電開關(guān)的發(fā)射、接收電路計算求:1）發(fā)射器的驅(qū)動電流IVL(簡化的直流驅(qū)動)

；2）沒有遮光時的Ui、Uo；3）沒有遮光時的接收器飽和電流IC；4）完全遮光時的IC、Ui'

、Uo'

。2/6/20239解：1）IVL=(12-1.2)/0.51≈21.18mA；2）沒有遮光時的Ui≈0.3V，Uo≈11.9V；3）沒有遮光時的IC≈(12-0.3)/10=1.177mA；4）完全遮光時的IC≈0，Ui'

=12V，Uo'

≈0.1V。2/6/202310某系列光電開關(guān)的電技術(shù)指標2/6/202311遮斷型光電開關(guān)用于人的手指保護當手指進入危險區(qū)，遮斷紅色光線時，產(chǎn)生報警信號。2/6/202313遮斷型光電開關(guān)用于透光孔圓盤轉(zhuǎn)速測量開孔圓盤轉(zhuǎn)軸斷續(xù)光脈沖2/6/202314遮斷型光電開關(guān)用于檢測廢品遮斷型光電開關(guān)用于產(chǎn)品質(zhì)量控制2/6/202315遮斷型光電開關(guān)用于入口的人數(shù)、方向檢人員出入方向由前、后兩個光電開關(guān)按遮光報警信號出現(xiàn)的順序來判斷。若紅色信號先于綠色信號，則判斷為從外到內(nèi)。詳見第十一章的“辨向技術(shù)”2/6/202317遮斷型光電開關(guān)用于檢測閥門手柄位置當閥門手柄處于水平位置時，光電開關(guān)輸出“到位”信號。2/6/202318光幕（多路遮光型光電開關(guān)）兩個柱形結(jié)構(gòu)相對而立，每隔數(shù)十毫米安裝一對發(fā)光二極管和光敏接收管，形成光幕。當有物體遮擋住光線時，傳感器發(fā)出報警信號。接收器發(fā)射器2/6/202319光幕應(yīng)用（續(xù)）產(chǎn)品高度測量2/6/202321光幕應(yīng)用（續(xù)）孔的檢測2/6/202322光幕應(yīng)用（續(xù)）糾偏光幕可檢測出帶材在卷曲過程中的偏移，經(jīng)控制器和執(zhí)行機構(gòu)使帶材向正確的方向運動（糾偏）。2/6/202323光幕應(yīng)用（續(xù)）鍛壓機床的安全區(qū)域設(shè)置及入侵報警2/6/202325光幕應(yīng)用（續(xù)）安全區(qū)示警2/6/202326光幕應(yīng)用（續(xù)）手的安全區(qū)保護2/6/202327光幕應(yīng)用（續(xù)）木材外形截面積檢測2/6/2023292.反射型光電開關(guān)及分類反射型光電開關(guān)可分為反射鏡反射型及被測物漫反射型（簡稱散射型）兩種。反射鏡反射型傳感器的發(fā)射器和接收器單側(cè)安裝，反射鏡在遠側(cè)安裝，本質(zhì)上仍然是遮斷型傳感器。偏光三角棱鏡能將發(fā)射器發(fā)出的光以固定的偏振方向反射回去。安裝時，需要在360o平面上調(diào)整反射鏡的偏振方向，使得反射光的偏振面恰好與接收器表面的偏振濾光片的偏振方向一致，才能取得最大靈敏度。由于接收器的光敏元件表面覆蓋一層偏光濾光片，只能接收偏光反射鏡反射回來的偏振光，而不響應(yīng)其他表面光亮物體反射回來的各種非偏振光。這種設(shè)計使它能用于檢測諸如不銹鋼等具有反光面的物體是否遮斷，而不受不銹鋼反射（不是偏振光）的影響。反射鏡反射型光電開關(guān)的檢測距離一般可達幾米。2/6/202330偏振光光是一種電磁波，電磁波是橫波。而振動方向和光波前進方向構(gòu)成的平面叫做振動面，光的振動面只限于某一固定方向，叫做平面偏振光或線偏振光。振動方向?qū)τ趥鞑シ较虻牟粚ΨQ性叫做偏振。偏振片只允許某個偏振方向的光通過，因此偏振濾光片能夠區(qū)別偏振光的方向，而人的眼睛對偏振光不敏感。偏振光非偏振光2/6/202331反射型光電開關(guān)及反射鏡外形三角偏振反射鏡發(fā)射器在上，接收器在下2/6/202332反射鏡反射型光電開關(guān)工作原理

反射鏡為偏光三角棱鏡，能將發(fā)射器發(fā)出的光轉(zhuǎn)變成偏振光反射回去，光接收器表面覆蓋一薄片型偏光片，只能接受反射鏡反射回來的某一確定偏振角的偏振光，對其他雜散光視而不見。偏振反射鏡被測物體偏振光發(fā)射光2/6/202333反射鏡反射鏡反射型光電開關(guān)優(yōu)點

雖然塑料瓶的表面也反射光,但不是偏振光，不會引起接收器動作。如果不采用偏振檢測,光亮物體從光電開關(guān)面前掠過時,就不會產(chǎn)生遮斷負脈沖。能反光的塑料瓶2/6/202334反射型光電

開關(guān)的應(yīng)用反射型光電開關(guān)廣泛應(yīng)用于自動控制系統(tǒng)、生產(chǎn)流水線、機電一體化設(shè)備、辦公設(shè)備和家用電器中。光電開關(guān)中的發(fā)光二極管大多數(shù)用38kHz窄脈沖電流驅(qū)動；紅外LED的正向壓降約為1.1~1.3V，驅(qū)動電流峰值控制在20mA以內(nèi)。2/6/202335反射型光電開關(guān)在流水線上的應(yīng)用送料器定區(qū)域式光電開關(guān)咖啡罐流水線運行方向罐裝高度檢測儲料倉落料口遮斷型光電開關(guān)（用于計數(shù)）2/6/202336反射鏡反射型光電開關(guān)的應(yīng)用（續(xù)）反射鏡反射型檢測有無物體通過2/6/202337反射鏡反射型光電開關(guān)的應(yīng)用（續(xù)）產(chǎn)品高度錯誤檢測2/6/202338反射型光電開關(guān)的發(fā)射、接收器外形電源指示信號指示2/6/202339反射型光電開關(guān)外形（續(xù)）靈敏度調(diào)節(jié)電位器2/6/202340被測物是具有漫反射特性的

反射型光電開關(guān)原理漫反射光線反射光線被檢測物體光發(fā)射器和光接受器發(fā)射光線

漫反射型光電開關(guān)集光發(fā)射器和光接受器于一體。當被測物體經(jīng)過該光電開關(guān)時，發(fā)射器發(fā)出的光線經(jīng)被測物體表面反射由接受器接受，于是產(chǎn)生開關(guān)信號。額定距離2/6/202341光電開關(guān)激勵源調(diào)制原理漫反射型光電開關(guān)的LED多采用紅外線中頻(38kHz左右)窄脈沖電流驅(qū)動,發(fā)射調(diào)制光脈沖，可減小發(fā)射LED的功耗。接收器的光敏管接收到漫反射光線，輸出微弱電流信號，送到38kHz選頻交流放大器，可以有效地防止太陽光、日光燈的干擾，放大倍數(shù)可達60dB。解調(diào)前為TTL信號，解調(diào)后輸出直流負脈沖報警信號。

2/6/202342例：反射型光電開關(guān)激勵源調(diào)制計算某光電開關(guān)的紅外LED采用38kHz窄脈沖電流驅(qū)動，占空比q=15%，Rc=100Ω，ULED≈1.2V，UCE2≈0.3V.求：ILED的平均值為多少mA？2/6/202343解：ILED的平均值=[(5-1.2-0.3)/0.1]×q

=35×15%=5.25mA.2/6/202344定區(qū)域反射型光電開關(guān)定區(qū)域式光電開關(guān)有一個較小面積的、確定的檢測區(qū)域，不經(jīng)過該區(qū)域的被測物體不會引起光電開關(guān)產(chǎn)生開關(guān)信號。檢測距離檢測距離2/6/202345表面反射率對于漫反射型光電開關(guān)，被檢測物表面必須要能將足夠的光線反射回接收器，所以檢測距離和被檢測物體的表面反射率及粗糙程度將決定接收器接收到光線強度。為了提高反射效率，被檢測物體的表面還應(yīng)盡量垂直于光電開關(guān)的發(fā)射光線。2/6/202346常用材料的反射率（相對于白紙的估計值）2/6/202347光電開關(guān)的最大指向角示意圖2/6/202348漫反射型光電開關(guān)用于自動水龍頭請思考如何將光電開關(guān)用于衛(wèi)生間的自動沖水設(shè)備？若使用200V電源，要注意什么問題？2/6/202349光電開關(guān)用于液面超限報警當液面超過光電開關(guān)時，反射光泄漏并減弱，接收電路產(chǎn)生報警信號。2/6/202350漫反射型光電開關(guān)應(yīng)用（續(xù)）包裝分類檢測2/6/202351漫反射型光電開關(guān)應(yīng)用（續(xù)）IC引腳檢測2/6/202352漫反射型光電開關(guān)應(yīng)用（續(xù)）透明度測量、控制質(zhì)量檢測2/6/202353漫反射型光電開關(guān)應(yīng)用（續(xù)）加工控制2/6/202354漫反射型光電開關(guān)應(yīng)用（續(xù)）機械手定位2/6/202355漫反射型光電開關(guān)應(yīng)用（續(xù)）機械手定位2/6/202356漫反射型光電開關(guān)應(yīng)用（續(xù)）三角皮帶脫落檢測2/6/202357漫反射型光電開關(guān)應(yīng)用（續(xù)）步距檢測2/6/202358漫反射型光電開關(guān)應(yīng)用（續(xù)）QFP管腳排列的檢測構(gòu)件厚度的測量2/6/202359漫反射型光電開關(guān)應(yīng)用（續(xù)）集成電路方向檢測換向器間隙深度測量2/6/202360漫反射型光電開關(guān)應(yīng)用（續(xù)）產(chǎn)品計數(shù)2/6/202361漫反射型光電開關(guān)應(yīng)用（續(xù)）2/6/202362漫反射型光電開關(guān)應(yīng)用（續(xù)）產(chǎn)品長度檢測2/6/202363光電開關(guān)應(yīng)用（續(xù)）產(chǎn)品組裝質(zhì)量檢測2/6/202364漫反射型光電開關(guān)的應(yīng)用（續(xù)）自動注料物位檢測2/6/202365漫反射型光電開關(guān)的應(yīng)用（續(xù)）物體倒置辨別轉(zhuǎn)速檢測2/6/202366漫反射型光電開關(guān)的應(yīng)用（續(xù)）產(chǎn)品計數(shù)2/6/202367漫反射型光電開關(guān)的應(yīng)用（續(xù)）斷裂檢測2/6/202368智能化自學習型光電開關(guān)

常規(guī)反射型光電開關(guān)的動作距離是不變的（與型號有關(guān)），當檢測流水線上的漫反射物體時，必須調(diào)節(jié)安裝距離，十分不方便。自學習型光電開關(guān)上設(shè)置了一只閾值開關(guān)，當流水線上的被檢測物體到達光電開關(guān)面前時，按下閾值開關(guān)數(shù)秒，待“學習”指示燈閃亮停止后，內(nèi)部的微處理器就記住了兩者之間的距離，就能在一定的允許范圍內(nèi)，可靠地對之后來到的被檢測物體作出反應(yīng)。當流水線上的被檢測品種改變時，只需再次“學習”，而不必調(diào)節(jié)機械安裝螺絲。2/6/202369智能化光電開關(guān)的自學習過程示意圖閾值開關(guān)學習指示燈設(shè)定距離安裝距離2/6/202370二、光電斷續(xù)器光電斷續(xù)器也可分為遮斷型和反射型兩大類。遮斷型光電斷續(xù)器也稱為槽式光電開關(guān)，通常是標準的U字型結(jié)構(gòu)。其發(fā)射器和接收器做在體積很小的同一塑料殼體中，分別位于U型槽的兩邊，并形成一光軸，兩者能可靠地對準，為安裝和使用提供了方便。當被檢測物體經(jīng)過U型槽且阻斷光軸時，光電斷續(xù)器就產(chǎn)生表示檢測到的開關(guān)量信號。槽式光電斷續(xù)器比較可靠，應(yīng)用比較廣泛。本章所舉應(yīng)用實例多為槽式光電斷續(xù)器。光電斷續(xù)器的價格比較便宜，不超過十元，但內(nèi)部大多不包含信號處理電路，用戶必須自行設(shè)計LED驅(qū)動電路，以及光敏晶體的信號檢測電路。可參考漫反射光電開關(guān)的例題。回目錄2/6/202371.a）遮斷型b）反射型1－發(fā)光二極管2－紅外光3－光敏元件4－槽5－被測物6－透光孔2/6/202372遮斷型光電斷續(xù)器示意圖

接收器發(fā)射器槽遮光報警2/6/202373遮斷型光電斷續(xù)器外形2/6/202374遮斷型光電斷續(xù)