光電開關(guān)設(shè)計說明書

光電開關(guān)式設(shè)計說明書學(xué)校：重慶三峽學(xué)院班級：10級機械4班小組成員：1、光電開關(guān)介紹1.1光電開關(guān)的介紹光電開關(guān)（即光電傳感器）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(biāo)物體進行探測。安防系統(tǒng)中常見的光電開關(guān)煙霧報警器，工業(yè)中經(jīng)常用它來記數(shù)機械臂的運動次數(shù)。接觸式行程開關(guān)存在響應(yīng)速度低、精度差、接觸檢測容易損壞被檢測物及壽命短等缺點，而晶體管接近開關(guān)的作用距離短，不能直接檢測非金屬材料。但是，新型光電開關(guān)則克服了它們的上述缺點，而且體積小、功能多、壽命長、精度高、響應(yīng)速度快、檢測距離遠以及抗光、電、磁干擾能力強。目前，這種新型的光電開關(guān)已被用作物位檢測、液位控制、產(chǎn)品計數(shù)、寬度判別、速度檢測、定長剪切、孔洞識別、信號延時、自動門傳感、色標(biāo)檢出、沖床和剪切機以及安全防護等諸多領(lǐng)域。此外，利用紅外線的隱蔽性，還可在銀行、倉庫、商店、辦公室以及其它需要的場合作為防盜警戒之用。1.2光電開關(guān)的分類1.2.1按檢測方式分常用光電開關(guān)的分類方法：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。1.2.2按結(jié)構(gòu)分類光電開關(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，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、音動圖二光電開關(guān)工作原理示意圖光電開關(guān)把發(fā)射端和接收端之間光的強弱變化轉(zhuǎn)化為電流的變化以達到探測的目的。由于光電開關(guān)輸出回路和輸入回路是電隔離的（即電緣絕），所以它可以在許多場合得到應(yīng)用。光電開關(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關(guān)器件，具有延時、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。這種新穎的光電開關(guān)是一種采用脈沖調(diào)制的主動式光電探測系統(tǒng)型電子開關(guān)，它所使用的冷光源有紅外光、紅色光、綠色光和藍色光等，可非接觸，無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，線圈產(chǎn)生的磁場使密封在干簧管內(nèi)的兩個鐵質(zhì)簧片磁化，兩個簧片在磁力作用下由原來的分離狀態(tài)變成閉合狀態(tài)，線圈內(nèi)沒有電流時，磁場消失，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，電流相當(dāng)強，用電器可以正常工作.而當(dāng)光敏電阻不受光照射時，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，把帶動大門的電動機接在干簧管的電路中，那么夜間汽車開到大門前，燈光照射光敏電阻時，干簧繼電器接通電動機電路，電動機帶動大門打開。光信號光敏元件光電傳感器大門開關(guān)控制電路光信號光敏元件光電傳感器大門開關(guān)控制電路 電信號 磁信號 圖1 方案設(shè)計流程圖元件選擇和電路設(shè)計(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為硫化鎘光敏電阻的伏安特性曲線。由圖可見，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入射光的光譜具有選擇作用，即光敏電阻對不同波長的入射光有不同的靈敏度。光敏電阻的相對光敏靈敏度與入射波長的關(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。對應(yīng)于不同波長，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）頻率特性實驗證明，光敏電阻的光電流不能隨著光強改變而立刻變化，即光敏電阻產(chǎn)生的光電流有一定的惰性，這種惰性通常用時間常數(shù)表示。大多數(shù)的光敏電阻時間常數(shù)都較大，這是它的缺點之一。不同材料的光敏電阻具有不同的時間常數(shù)（毫秒數(shù)量級），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2硫化鎘光敏電阻的伏安特性圖3光敏電阻的光照特性圖5光敏電阻的頻率特性圖5光敏電阻的頻率特性圖4光敏電阻的光譜特性 圖圖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，影響光敏電阻的光譜響應(yīng)，同時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短的方向移動。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、體積小等優(yōu)點，所以應(yīng)用廣泛。(2)、電路設(shè)計下圖即為光敏電阻開關(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，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，直至達到12.7左右為止。在12V時，穩(wěn)壓二極管VDW1便導(dǎo)電，通過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VT3起保護作用。50k?的可以對靈敏度進行調(diào)整。這樣就可以利用這個電路來控制大門的開與關(guān)了。2.2光電開關(guān)的特點及優(yōu)點1、檢測距離長。如果在對射型中保留10m以上的檢測距離等，便能實現(xiàn)其他檢測手段（磁性、超聲波等）無法離檢測。2、對檢測物體的限制少。由于以檢測物體引起的遮光和反射為檢測原理，所以不象接近傳感器等將檢測物體限定在金屬，它可對玻璃.塑料.木材.液體等幾乎所有物體進行檢測。3、響應(yīng)時間短。光本身為高速，并且傳感器的電路都由電子零件構(gòu)成，所以不包含機械性工作時間，響應(yīng)時間非常短。4、分辨率高。能通過高級設(shè)計技術(shù)使投光光束集中在小光點，或通過構(gòu)成特殊的受光光學(xué)系統(tǒng)，來實現(xiàn)高分辨率。也可進行微小物體的檢測和高精度的位置檢測。5、可實現(xiàn)非接觸的檢測?？梢詿o須機械性地接觸檢測物體實現(xiàn)檢測，因此不會對檢測物體和傳感器造成損傷。因此，傳感器能長期使用。6、可實現(xiàn)顏色判別。通過檢測物體形成的光的反射率和吸收率根據(jù)被投光的光線波長和檢測物體的顏色組合而有所差異。利用這種性質(zhì)，可對檢測物體的顏色進行檢測。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的，便于對檢測物體的位置進行調(diào)整。3、光電開關(guān)在實際生活中的應(yīng)用漫射式煙霧報警器賓館等對防火設(shè)施有嚴(yán)格考核的場所均必須按規(guī)定安裝火災(zāi)傳感器。火災(zāi)發(fā)生時伴隨有光和熱的化學(xué)反應(yīng)。物質(zhì)在燃燒過程中一般有下列現(xiàn)象發(fā)生。（1）產(chǎn)生熱量，使環(huán)境溫度升高物質(zhì)劇烈燃燒時會釋放出大量的熱量，這時可以用各種溫度傳感器來測量。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)生可燃性氣體有機物在燃燒的初始階段，首先釋放出來的是可燃性氣體，如一氧化碳等。（3）產(chǎn)生煙霧煙霧是人們?nèi)庋勰芤姷降奈⑿腋☆w粒。其粒子直徑大于10nm。煙霧有很大的流動性，可潛入煙霧傳感器中，因此檢測煙霧是較有效的檢測火災(zāi)的手段。（4）產(chǎn)生火焰火焰輻射出紅外線、可見光和紫外線。其中紅外線和可見光不太適合用于火災(zāi)報警，這是因為正常使用中的取暖設(shè)備、電燈、太陽光線都包含有紅外線或可見光。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)測火焰發(fā)出的紫外線。4、光電開關(guān)使用注意事項光電開關(guān)可用于各種應(yīng)用場合。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?。4.1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。4.2鏡面角度影響當(dāng)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。4.3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、參考