光電開關原理及應用-三線光電開關工作原理

光電開關原理及應用|三線光電開關工作原理

光電開關原理及應用鄧重一

摘要：介紹了光電開關的原理、術語、種類和運用留意事項；并通過一些實例說明白光電開關的應用。關鍵詞：傳感器；光電開關；原理；應用

中圖分類號：TP212.14文獻標識碼：A

一、前言

光電開關是傳感器大家族中的成員，它把放射端和接收端之間光的強弱改變轉(zhuǎn)化為電流的改變以到達探測的目的。由于光電開關輸出回路和輸入回路是電隔離的〔即電緣絕〕，所以它可以在很多場合得到應用。

二、光電開關介紹

1、工作原理

光電開關〔光電傳感器〕是光電接近開關的簡稱，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，全部能反射光線的物體均可被檢測。光電開關將輸入電流在放射器上轉(zhuǎn)換為光信號射出，接收器再依據(jù)接收到的光線的強弱或有無對目標物體進展探測。工作原理如圖1所示。多數(shù)光電開關選用的是波長接近可見光的紅外線光波型。圖2是德國SICK公司的局部光電開關外型圖。

2、光電開關的分類及術語說明

〔1〕、分類

①漫反射式光電開關：它是一種集放射器和接收器于一體的傳感器，當有被檢測物體經(jīng)過時，物體將光電開關放射器放射的足夠量的光線反射到接收器，于是光電開關就產(chǎn)生了開關信號。當被檢測物體的外表光亮或其反光率極高時，漫反射式的光電開關是首選的檢測模式。

②鏡反射式光電開關：它亦集放射器與接收器于一體，光電開關放射器發(fā)出的光線經(jīng)過反射鏡反射回接收器，當被檢測物體經(jīng)過且完全阻斷光線時，光電開關就產(chǎn)生了檢測開關信號。

③對射式光電開關：它包含了在構造上相互分別且光軸相對放置的放射器和接收器，放射器發(fā)出的光線干脆進入接收器，當被檢測物體經(jīng)過放射器和接收器之間且阻斷光線時，光電開關就產(chǎn)生了開關信號。當檢測物體為不透亮時，對射式光電開關是最牢靠的檢測裝置。

④槽式光電開關：它通常采納標準的U字型構造，其放射器和接收器分別位于U型槽的兩邊，并形成一光軸，當被檢測物體經(jīng)過U型槽且阻斷光軸時，光電開關就產(chǎn)生了開關量信號。槽式光電開關比擬適合檢測高速運動的物體，并且它能辨別透亮與半透亮物體,運用平安牢靠。

⑤光纖式光電開關：它采納塑料或玻璃光纖傳感器來引導光線，可以對距離遠的被檢測物體進展檢測。通常光纖傳感器分為對射式和漫反射式。

它們的工作光線示意圖如圖3所示。

〔2〕術語說明

常見的術語示意圖如圖4所示。

①檢測距離：是指檢測體按必須方式移動，當開關動作時測得的基準位置〔光電開關的感應外表〕到檢測

面的空間距離。額定動作距離指接近開關動作距離的標稱值。

②回差距離：動作距離與復位距離之間的肯定值。

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

④輸出狀態(tài)：分常開和常閉。當無檢測物體時，常開型的光電開關所接通的負載由于光電開關內(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：依據(jù)光電開關在檢測物體時放射器所發(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：見光電開關的指向角示意圖,即如圖4的下部三個小圖所示。

⑧外表反射率：漫反射式光電開關發(fā)出的光線須要經(jīng)檢測物外表才能反射回漫反射開關的承受器，所以檢測距離和被檢測物體的外表反射率將確定承受器接收到光線的強度。粗糙的外表反射回的光線強度必將小于光滑外表反射回的強度,而且，被檢測物體的外表必需垂直于光電開關的放射光線。常用材料的反射率如表1所示。

表1常用材料的反射率

⑨環(huán)境特性：光電開關應用的環(huán)境亦會影響其長期工作牢靠性。當光電開關工作于最大檢測距離狀態(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，以至其運用參數(shù)和牢靠性降低。較簡便的解決方法就是依據(jù)光電開關的最大檢測距離〔Sn〕降額運用來確定最正確工作距離。

〔3〕運用留意事項

①紅外線傳感器屬漫反射型的產(chǎn)品，所采納的標準檢測體為平面的白色畫紙。

②紅外線光電開關在環(huán)境照度高的狀況下都能穩(wěn)定工作，但原那么上應回避將傳感器光軸正對太陽光等強光源。

③對射式光電開關最小可檢測寬度為該種光電開關透鏡寬度的80%。

④當運用感性負載〔如燈、電動機等〕時，其瞬態(tài)沖擊電流較大，可能劣化或損壞溝通二線的光電開關，在這種狀況下，請將負載經(jīng)過溝通繼電器來轉(zhuǎn)換運用。

⑤紅外線光電開關的透鏡可用擦鏡紙擦拭，禁用稀釋溶劑等化學品，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)的光電開關在靈敏度的選擇上增加了50%，以適應在長期運用中延長光電開關維護周期的要求。

⑦產(chǎn)品均為SMD工藝生產(chǎn)制造，并經(jīng)嚴格的測試合格后才出廠，在一般狀況下運用均不會出現(xiàn)損壞。為了幸免意外性發(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。

以上各留意事項示意圖見圖5。

三、應用舉例

從圖6可以看出光電開關的各種應用。其中，圖6〔a〕為光電開關用于對材料的定位剪切限制；圖6〔b〕為用光電開關來限制液面位的上下限值，當液面位高于或低于上下極限液面位時，光電開關限制電路可使閾門翻開或關閉，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〕為將光電開關用在流水生產(chǎn)