光電開(kāi)關(guān)的原理
英飛凌汽車(chē)電子生態(tài)圈
掃碼關(guān)注
獲取最新最全汽車(chē)電子
技術(shù)方案與實(shí)用技巧
光是一種電磁射線，其特性如同無(wú)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(kāi)關(guān)是利用人眼不可見(jiàn)（波長(zhǎng)為780nm-1mm）的近紅外線和紅外線的來(lái)檢測(cè)、判別物體。通過(guò)光電裝置瞬間發(fā)射的微弱光束能被安全可靠的準(zhǔn)確的發(fā)射和接收。
光電開(kāi)關(guān)的重要功能是能夠處理光的強(qiáng)度變化：利用光學(xué)元件，在傳播媒介中間使光束發(fā)生變化；利用光束來(lái)反射物體；使光束發(fā)射經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離后瞬間返回。
光電開(kāi)關(guān)的工作原理
光電開(kāi)關(guān)（光電傳感器）是光電接近開(kāi)關(guān)的簡(jiǎn)稱(chēng)，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)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)。多數(shù)光電開(kāi)關(guān)選用的是波長(zhǎng)接近可見(jiàn)光的紅外線光波型。
光電開(kāi)關(guān)是由發(fā)射器、接收器和檢測(cè)電路三部分組成。發(fā)射器對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來(lái)源于半導(dǎo)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(qiáng)度在發(fā)射中經(jīng)過(guò)多次選擇，朝著目標(biāo)不間接地運(yùn)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(xué)元件如透鏡和光圈等。在其后面的是檢測(cè)電路，它能濾出有效信號(hào)和應(yīng)用該信號(hào)。此外，光電開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)元件中還有發(fā)射板和光導(dǎo)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(zhǔn)確地從反射板中返回，具有實(shí)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(guò)反射后，還是從這根反射線返回。
光電開(kāi)關(guān)一般都具有良好的回差特性，因而即使被檢測(cè)物在小范圍內(nèi)晃動(dòng)也不會(huì)影響驅(qū)動(dòng)器的輸出狀態(tài)，從而可使其保持在穩(wěn)定工作區(qū)。同時(shí)，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(shí)監(jiān)視光電開(kāi)關(guān)的工作。
光電開(kāi)關(guān)的類(lèi)型
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(lèi)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。可分為對(duì)射型、漫反射型、鏡面反射型。
對(duì)射型光電開(kāi)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(huì)產(chǎn)生一個(gè)開(kāi)關(guān)信號(hào)變化，典型的方式是位于同一軸線上的光電開(kāi)關(guān)可以相互分開(kāi)達(dá)50米。特征：辨別不透明的反光物體；有效距離大，因?yàn)楣馐缭礁袘?yīng)距離的時(shí)間僅一次；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(gè)單元都必須敷設(shè)電纜。
漫反射型光電開(kāi)關(guān):是當(dāng)開(kāi)關(guān)發(fā)射光束時(shí)，目標(biāo)產(chǎn)生漫反射，發(fā)射器和接收器構(gòu)成單個(gè)的標(biāo)準(zhǔn)部件，當(dāng)有足夠的組合光返回接收器時(shí)，開(kāi)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(biāo)的反射能力決定，由目標(biāo)表面性質(zhì)和和顏色決定；較小的裝配開(kāi)支，當(dāng)開(kāi)關(guān)由單個(gè)元件組成時(shí)，通常是可以達(dá)到粗定位；采用背景抑制功能調(diào)節(jié)測(cè)量距離；對(duì)目標(biāo)上的灰塵敏感和對(duì)目標(biāo)變化了的反射性能敏感。
鏡面反射型光電開(kāi)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(biāo)準(zhǔn)配置，從發(fā)射器發(fā)出的光束在對(duì)面的反射鏡被反射，即返回接收器，當(dāng)光束被中斷時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)開(kāi)關(guān)信號(hào)的變化。光的通過(guò)時(shí)間是兩倍的信號(hào)持續(xù)時(shí)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(kāi)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(lèi)。
放大器分離型是將放大器與傳感器分離，并采用專(zhuān)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(lèi)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(zhuān)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(zhuān)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。
光電開(kāi)關(guān)的術(shù)語(yǔ)解釋
?、贆z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(chēng)值。
?、诨夭罹嚯x：動(dòng)作距離與復(fù)位距離之間的絕對(duì)值。
?、垌憫?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。
?、掭敵鲂问剑悍諲PN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。
?、啾砻娣瓷渎剩郝瓷涫焦怆婇_(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。常用材料的反射率如表1所示。
光電開(kāi)關(guān)的使用注意事項(xiàng)
光電開(kāi)關(guān)可用于各種應(yīng)用場(chǎng)合。另外，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?？煽康墓ぷ鳌＃?）注意事項(xiàng)：
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。
2）防止相互干擾
防止相互干擾最有效的辦法是投光器和受光器交叉設(shè)置，超過(guò)2組時(shí)還拉開(kāi)組距。當(dāng)然，使用不同頻率的機(jī)種也是一種好辦法。
3）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10～20°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）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)定檢測(cè)。
因此可以改用距離限定型投、受光器，或者采用遠(yuǎn)離背景物、拆除背景物、將背景物涂成無(wú)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(shí)，有時(shí)可能會(huì)由于臺(tái)面或背景影響以及使用振動(dòng)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(wèn)題。這些問(wèn)題有可能會(huì)使光電開(kāi)關(guān)偏離穩(wěn)定工作區(qū)，這時(shí)可以利用光電開(kāi)關(guān)的自診斷功能而使其通過(guò)STABLITY綠色穩(wěn)定指示燈發(fā)出通知，以提醒使用者及時(shí)對(duì)其進(jìn)行調(diào)整。
6）消除臺(tái)面影響
投光器與受光器在貼近臺(tái)面安裝時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)臺(tái)面反射的部分光束照到受光器而造成工作不穩(wěn)定。對(duì)此可使受光器與投光器離開(kāi)臺(tái)面一定距離并加裝遮光板。
嚴(yán)禁用稀釋劑等化學(xué)物品，以免損壞塑料鏡。
高壓線、動(dòng)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(huì)由于感應(yīng)而造成（有時(shí)）光電開(kāi)關(guān)的誤動(dòng)作或損壞，所以原則上要分別單獨(dú)配線。
下列場(chǎng)所，一般有可能造成光電開(kāi)關(guān)的誤動(dòng)作，應(yīng)盡量避開(kāi)：
①灰塵較多的場(chǎng)所；
?、诟g性氣體較多的場(chǎng)所；
③水、油、化學(xué)品有可能直接飛濺的場(chǎng)所；
?、軕?hù)外或太陽(yáng)光等有強(qiáng)光直射而無(wú)遮光措施的場(chǎng)所。
?、莪h(huán)境溫度變化超出產(chǎn)品規(guī)定范圍的場(chǎng)所；
?、拚駝?dòng)、沖擊大，而未采取避震措施的場(chǎng)所。
評(píng)論