光電開關(guān)的原理-基礎(chǔ)電子

精品文檔-下載后可編輯光電開關(guān)的原理-基礎(chǔ)電子光是一種電磁射線，其特性如同無線電波和X射線，傳遞速度約為300000千米/秒，因此它可以在發(fā)射的一瞬間被其接收。紅外線光電開關(guān)是利用人眼不可見（波長為780nm-1mm）的近紅外線和紅外線的來檢測、判別物體。通過光電裝置瞬間發(fā)射的微弱光束能被安全可靠的準確的發(fā)射和接收。

光電開關(guān)的重要功能是能夠處理光的強度變化：利用光學元件，在傳播媒介中間使光束發(fā)生變化；利用光束來反射物體；使光束發(fā)射經(jīng)過長距離后瞬間返回。

光電開關(guān)的工作原理

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)接收到的光線的強弱或有無對目標物體進行探測。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。

光電開關(guān)是由發(fā)射器、接收器和檢測電路三部分組成。發(fā)射器對準目標發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般于半導體光源，發(fā)光二極管（LED）、激光二極管及紅外發(fā)射二極管。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度。受脈沖調(diào)制的光束輻射強度在發(fā)射中經(jīng)過多次選擇，朝著目標不間接地運行。接收器有光電二極管或光電三極管、光電池組成。在接收器的前面，裝有光學元件如透鏡和光圈等。在其后面的是檢測電路，它能濾出有效信號和應(yīng)用該信號。此外，光電開關(guān)的結(jié)構(gòu)元件中還有發(fā)射板和光導纖維。三角反射板是結(jié)構(gòu)牢固的發(fā)射裝置。它由很小的三角錐體反射材料組成，能夠使光束準確地從反射板中返回，具有實用意義。它可以在與光軸0到25的范圍改變發(fā)射角，使光束幾乎是從一根發(fā)射線，經(jīng)過反射后，還是從這根反射線返回。

光電開關(guān)一般都具有良好的回差特性，因而即使被檢測物在小范圍內(nèi)晃動也不會影響驅(qū)動器的輸出狀態(tài)，從而可使其保持在穩(wěn)定工作區(qū)。同時，自診斷系統(tǒng)還可以顯示受光狀態(tài)和穩(wěn)定工作區(qū)，以隨時監(jiān)視光電開關(guān)的工作。

光電開關(guān)的類型

按檢測方式可分為反射式、對射式和鏡面反射式三種類型。對射式檢測距離遠，可檢測半透明物體的密度（透光度）。反射式的工作距離被限定在光束的交點附近，以避免背景影響。鏡面反射式的反射距離較遠，適宜作遠距離檢測，也可檢測透明或半透明物體?？煞譃閷ι湫汀⒙瓷湫?、鏡面反射型。

對射型光電開關(guān)（如圖1所示）:由發(fā)射器和接收器組成，結(jié)構(gòu)上是兩者相互分離的，在光束被中斷的情況下會產(chǎn)生一個開關(guān)信號變化，典型的方式是位于同一軸線上的光電開關(guān)可以相互分開達50米。特征：辨別不透明的反光物體；有效距離大，因為光束跨越感應(yīng)距離的時間僅；不易受干擾，可以可靠合適的使用在野外或者有灰塵的環(huán)境中；裝置的消耗高，兩個單元都必須敷設(shè)電纜。

漫反射型光電開關(guān):是當開關(guān)發(fā)射光束時，目標產(chǎn)生漫反射，發(fā)射器和接收器構(gòu)成單個的標準部件，當有足夠的組合光返回接收器時，開關(guān)狀態(tài)發(fā)生變化，作用距離的典型值一直到3米。特征：有效作用距離是由目標的反射能力決定，由目標表面性質(zhì)和和顏色決定；較小的裝配開支，當開關(guān)由單個元件組成時，通常是可以達到粗定位；采用背景抑制功能調(diào)節(jié)測量距離；對目標上的灰塵敏感和對目標變化了的反射性能敏感。

鏡面反射型光電開關(guān)（如圖2所示）:由發(fā)射器和接收器構(gòu)成的情況是一種標準配置，從發(fā)射器發(fā)出的光束在對面的反射鏡被反射，即返回接收器，當光束被中斷時會產(chǎn)生一個開關(guān)信號的變化。光的通過時間是兩倍的信號持續(xù)時間，有效作用距離從0.1米至20米。特征：辨別不透明的物體；借助反射鏡部件，形成高的有效距離范圍；不易受干擾，可以可靠合適的使用在野外或者有灰塵的環(huán)境中。

按結(jié)構(gòu)光電開關(guān)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，而放大器的功能較多。因此，該類型采用端子臺連接方式，并可交、直流電源通用。具有接通和斷開延時功能，可設(shè)置亮、音動切換開關(guān)，能控制6種輸出狀態(tài)，兼有接點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），能檢測狹小和高速運動的物體。改變電源極性可轉(zhuǎn)換亮、暗動，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)場取代接觸式行程開關(guān)，可直接用于強電控制電路。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、常閉接點，可防止相互干擾，并可緊密安裝在系統(tǒng)中。

光電開關(guān)的術(shù)語解釋

①檢測距離：是指檢測體按一定方式移動，當開關(guān)動作時測得的基準位置（光電開關(guān)的感應(yīng)表面）到檢測面的空間距離。額定動作距離指接近開關(guān)動作距離的標稱值。

②回差距離：動作距離與復(fù)位距離之間的。

③響應(yīng)頻率：在規(guī)定的1s的時間間隔內(nèi)，允許光電開關(guān)動作循環(huán)的次數(shù)。

④輸出狀態(tài)：分常開和常閉。當無檢測物體時，常開型的光電開關(guān)所接通的負載由于光電開關(guān)內(nèi)部的輸出晶體管的截止而不工作，當檢測到物體時，晶體管導通，負載得電工作。

⑤檢測方式：根據(jù)光電開關(guān)在檢測物體時發(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/常閉多功能等幾種常用的輸出形式。

⑦指向角：見光電開關(guān)的指向角示意圖,即如圖4的下部三個小圖所示。

⑧表面反射率：漫反射式光電開關(guān)發(fā)出的光線需要經(jīng)檢測物表面才能反射回漫反射開關(guān)的接受器，所以檢測距離和被檢測物體的表面反射率將決定接受器接收到光線的強度。粗糙的表面反射回的光線強度必將小于光滑表面反射回的強度,而且，被檢測物體的表面必須垂直于光電開關(guān)的發(fā)射光線。常用材料的反射率如表1所示。

⑨環(huán)境特性：光電開關(guān)應(yīng)用的環(huán)境亦會影響其長期工作可用性。當光電開關(guān)工作于檢測距離狀態(tài)時，由于光學透鏡會被環(huán)境中的污物粘住，甚至會被一些強酸性物質(zhì)腐蝕，以至其使用參數(shù)和可用性降低。較簡便的解決方法就是根據(jù)光電開關(guān)的檢測距離（Sn）降額使用來確定工作距離。

光電開關(guān)的使用注意事項

光電開關(guān)可用于各種應(yīng)用場合。另外，在使用光電開關(guān)時，還應(yīng)注意環(huán)境條件，以使光電開關(guān)能夠正?？煽康墓ぷ?。（1）注意事項：

1）避免強光源

光電開關(guān)在環(huán)境照度較高時，一般都能穩(wěn)定工作。但應(yīng)回避將傳感器光軸正對太陽光、白熾燈等強光源。在不能改變傳感器（受光器）光軸與強光源的角度時，可在傳感器上方四周加裝遮光板或套上遮光長筒。

2）防止相互干擾

防止相互干擾有效的辦法是投光器和受光器交叉設(shè)置，超過2組時還拉開組距。當然，使用不同頻率的機種也是一種好辦法。

3）鏡面角度影響

當被測物體有光澤或遇到光滑金屬面時，一般反射率都很高，有近似鏡面的作用，這時應(yīng)將投光器與檢測物體安裝成10～20°的夾角，以使其光軸不垂直于被檢測物體，從而防止誤動作。

4）排除背景物影響

使用反射式擴散型投、受光器時，有時由于檢出物離背景物較近，光電開關(guān)或者背景是光滑等反射率較高的物體而可能會使光電開關(guān)不能穩(wěn)定檢測。

因此可以改用距離限定型投、受光器，或者采用遠離背景物、拆除背景物、將背景物涂成無光黑色、或設(shè)法使背景物粗糙、灰暗等方法加以排除。

5)自診斷功能使用

在安裝或使用時，有時可能會由于臺面或背景影響以及使用振動等原因而造成光軸的微小偏移、透鏡沾污、積塵、外部噪聲、環(huán)境溫度超出范圍等問題。這些問題有可能會使光電開關(guān)偏離穩(wěn)定工作區(qū)，這時可以利用光電開關(guān)的自診斷功能而使其通過STABLITY綠色穩(wěn)定指示燈發(fā)出通知，以提醒使用者及時對其進行調(diào)整。

6）消除臺面影響

投光器與受光器在貼近臺面安裝時，可能會出現(xiàn)臺面反射的部分光束照到受光器而造成工作不穩(wěn)定。對此可使受光器與投光器離開臺面一定距離并加裝遮光板。

嚴禁用稀釋劑等化學物品，以免損壞塑料鏡。

高壓線、動力線和光電傳感器的配線不應(yīng)放在同一配線管或用線槽內(nèi)，否則會由于感應(yīng)而造成（有時）光電開關(guān)的誤動作或損壞，所以原則上要分別單獨配線。

下列場所，一