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光電開關(guān)原理及應(yīng)用研究
發(fā)布時間：2017-09-01
一、前言
光電開關(guān)是傳感器大家族中的成員，它把發(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(dá)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。
二、光電開關(guān)介紹
1、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(biāo)物體進(jìn)行探測。工作原理如圖1所 示。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。
2、光電開關(guān)的分類及術(shù)語解釋 (1)、分類 ①漫反射式光電開關(guān)：它是一種集發(fā)射器和接收器于一體的傳感器，當(dāng)有被檢測物體經(jīng)過時，物體將光電開關(guān)發(fā)射器發(fā)射的足夠量的光線反射到接收器，于是光電開 關(guān)就產(chǎn)生了開關(guān)信號。當(dāng)被檢測物體的表面光亮或其反光率極高時，漫反射式的光電開關(guān)是首選的檢測模式。 ②鏡反射式光電開關(guān)：它亦集發(fā)射器與接收器于一體，光電開關(guān)發(fā)射器發(fā)出的光線經(jīng)過反射鏡反射回接收器，當(dāng)被檢測物體經(jīng)過且完全阻斷光線時，光電開關(guān)就產(chǎn)生 了檢測開關(guān)信號。 ③對射式光電開關(guān)：它包含了在結(jié)構(gòu)上相互分離且光軸相對放置的發(fā)射器和接收器，發(fā)射器發(fā)出的光線直接進(jìn)入接收器，當(dāng)被檢測物體經(jīng)過發(fā)射器和接收器之間且阻 斷光線時，光電開關(guān)就產(chǎn)生了開關(guān)信號。當(dāng)檢測物體為不透明時，對射式光電開關(guān)是最可靠的檢測裝置。 ④槽式光電開關(guān)：它通常采用標(biāo)準(zhǔn)的U字型結(jié)構(gòu)，其發(fā)射器和接收器分別位于U型槽的兩邊，并形成一光軸，當(dāng)被檢測物體經(jīng)過U型槽且阻斷光軸時，光電開關(guān)就產(chǎn) 生了開關(guān)量信號。槽式光電開關(guān)比較適合檢測高速運動的物體，并且它能分辨透明與半透明物體,使用安全可靠。 ⑤光纖式光電開關(guān)：它采用塑料或玻璃光纖傳感器來引導(dǎo)光線，可以對距離遠(yuǎn)的被檢測物體進(jìn)行檢測。通常光纖傳感器分為對射式和漫反射式。
(2)術(shù)語解釋 常見的術(shù)語示意圖如圖4所示。 ①檢測距離：是指檢測體按一定方式移動，當(dāng)開關(guān)動作時測得的基準(zhǔn)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(biāo)稱 值。 ②回差距離：動作距離與復(fù)位距離之間的絕對值。 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(dāng)無檢測物體時，常開型的光電開關(guān)所接通的負(fù)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(dāng)檢測到物體時，晶體管導(dǎo)通，負(fù) 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。 表1 常用材料的反射率 材料 反射率 材料 反射率 白畫紙 90% 不透明黑色塑料 14% 報紙 55% 黑色橡膠 4% 餐巾紙 47% 黑色布料 3% 包裝箱硬紙板 68% 未拋光白色金屬表面 130% 潔凈松木 70% 光澤淺色金屬表面 150% 干凈粗木板 20% 不銹鋼 200% 透明塑料杯 40% 木塞 35% 半透明塑料瓶 62% 啤酒泡沫 70% 不透明白色塑料 87% 人的手掌心75%
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靠性。當(dāng)光電開關(guān)工作于最大檢測距離狀態(tài)時，由于光學(xué)透鏡會被環(huán)境中的污物粘住，甚至?xí)?一些強酸性物質(zhì)腐蝕，以至其使用參數(shù)和可靠性降低。較簡便的解決方法就是根據(jù)光電開關(guān)的最大檢測距離(Sn)降額使用來確定最佳工作距離。 (3)使用注意事項 ①紅外線傳感器屬漫反射型的產(chǎn)品，所采用的標(biāo)準(zhǔn)檢測體為平面的白色畫紙。 ②紅外線光電開關(guān)在環(huán)境照度高的情況下都能穩(wěn)定工作，但原則上應(yīng)回避將傳感器光軸正對太陽光等強光源。 ③對射式光電開關(guān)最小可檢測寬度為該種光電開關(guān)透鏡寬度的80%。 ④當(dāng)使用感性負(fù)載(如燈、電動機等)時，其瞬態(tài)沖擊電流較大，可能劣化或損壞交流二線的光電開關(guān)，在這種情況下，請將負(fù)載經(jīng)過交流繼電器來轉(zhuǎn)換使用。 ⑤紅外線光電開關(guān)的透鏡可用擦鏡紙擦拭，禁用稀釋溶劑等化學(xué)品，以免永久損壞塑料鏡。 ⑥針對用戶的現(xiàn)場實際要求，在一些較為惡劣的條件下，如灰塵較多的場合，所生產(chǎn)的光電開關(guān)在靈敏度的選擇上增加了50%，以適應(yīng)在長期使用中延長光電開關(guān) 維護(hù)周期的要求。 ⑦產(chǎn)品均為SMD工藝生產(chǎn)制造，并經(jīng)嚴(yán)格的測試合格后才出廠，在一般情況下使用均不會出現(xiàn)損壞。為了避免意外性發(fā)生，請用戶在接通電源前檢查接線是否正 確，核定電壓是否為額定值。
三、應(yīng)用舉例
從圖6可以看出光電開關(guān)的各種應(yīng)用。其中，圖6(a)為光電開關(guān)用于對材料的定位剪切控制;圖6(b)為用光電開關(guān)來控制液面位的上下限值，當(dāng) 液面位高于或低于上下極限液面位時，光電開關(guān)控制電路可使閾門打開或關(guān)閉，使液面位的高度保持在上下限之間;圖6(c)為利用物體對光的遮擋作用，檢測物 體的通過個數(shù)，或物體是否存在;圖6(d)為利用光的直線傳播性，檢驗產(chǎn)品是否等高排列;圖6(e)為將光電開關(guān)用在流水生產(chǎn)線上，來檢測產(chǎn)品的個數(shù);圖 6(f)為用光電開關(guān)檢測液面位的高低。
四、結(jié)束語
除了以上介紹的例子外，光電開關(guān)還在許多方面得到了應(yīng)用，例如在行程控制、直徑限制、轉(zhuǎn)速檢測、氣流量控制等方面。我們相信光電開關(guān)會做得越來越先進(jìn)，它的應(yīng)用也會越來越廣泛。
摘自：中國計量測控網(wǎng)
