自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)原理

光電開關(guān)的結(jié)構(gòu)、分類及應(yīng)用光電斷續(xù)器的結(jié)構(gòu)、分類及應(yīng)用第十章（中）光電傳感器目錄進(jìn)入進(jìn)入光電傳感器（中）介紹第十章的第四節(jié)：“光電開關(guān)及光電斷續(xù)器的原理及應(yīng)用”2023/7/71第四節(jié)光電開關(guān)及光電斷續(xù)器

光電位移傳感器輸出模擬信號(hào)，光電開關(guān)和光電斷續(xù)器輸出“開”和“關(guān)”信號(hào)（斷或通信號(hào)）。從原理上講，光電開關(guān)及光電斷續(xù)器在原理上沒有太大的差別，都由紅外線（或紅色）發(fā)射元件與光敏接收元件組成。光電斷續(xù)器是整體結(jié)構(gòu)，其檢測(cè)距離只有幾毫米至幾十毫米，而光電開關(guān)多數(shù)具有發(fā)射和接收兩大部分，檢測(cè)距離可達(dá)幾米。

一、光電開關(guān)的結(jié)構(gòu)和分類光電開關(guān)可分為遮斷型和反射型兩大類。遮斷型光電開關(guān)的發(fā)射器和接收器相對(duì)安放。軸線嚴(yán)格對(duì)準(zhǔn)。當(dāng)有物體在兩者中間通過時(shí)，紅外光束被遮斷，接收器接收不到紅外線而產(chǎn)生一個(gè)負(fù)脈沖信號(hào)。遮斷型光電開關(guān)對(duì)檢測(cè)能遮斷光線的物體。反射型光電開關(guān)的發(fā)射器和接收器單側(cè)安裝。當(dāng)有物體在光電開關(guān)面前通過時(shí)，紅外光束被反射回來，接收器接收到紅外線，產(chǎn)生一個(gè)正脈沖信號(hào)。反射型光電開關(guān)的檢測(cè)距離一般不超過1m，對(duì)暗色物體無法檢測(cè)。1.遮斷型光電開關(guān)光電開關(guān)應(yīng)用示意圖a）遮斷型b）反射鏡反射型c）散射型1－發(fā)射器2－接收器3－被測(cè)物4－偏振光反射鏡5－帶偏振光濾光片的接收器a）遮斷型光電開關(guān)工作原理Receiver

遮斷型光電開關(guān)由相互分離且相對(duì)安裝的光發(fā)射器和光接受器組成。當(dāng)被檢測(cè)物體位于發(fā)射器和接受器之間時(shí)，光線被阻斷，接受器接受不到紅外線而產(chǎn)生開關(guān)信號(hào)。被檢測(cè)物體光發(fā)射器光接收器光電開關(guān)的部分用途例：光電開關(guān)的發(fā)射、接收電路計(jì)算求:1）發(fā)射器的驅(qū)動(dòng)電流IVL(簡(jiǎn)化的直流驅(qū)動(dòng))

；2）沒有遮光時(shí)的Ui、Uo

；3）沒有遮光時(shí)的接收器飽和電流IC；4）完全遮光時(shí)的IC、Ui'

、Uo'

。解：1）IVL=(12-1.2)/0.51≈21.18mA；2）沒有遮光時(shí)的Ui≈0.3V，Uo≈11.9V；3）沒有遮光時(shí)的IC≈(12-0.3)/10=1.177mA；4）完全遮光時(shí)的IC≈0，Ui'

=12V，Uo'

≈0.1V。某系列光電開關(guān)的電技術(shù)指標(biāo)遮斷型光電開關(guān)示意圖遮斷報(bào)警遮斷型光電開關(guān)用于人的手指保護(hù)

當(dāng)手指進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)，遮斷紅色光線時(shí)，產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。遮斷型光電開關(guān)用于透光孔圓盤轉(zhuǎn)速測(cè)量開孔圓盤轉(zhuǎn)軸斷續(xù)光脈沖遮斷型光電開關(guān)用于檢測(cè)廢品遮斷型光電開關(guān)用于產(chǎn)品質(zhì)量控制遮斷型光電開關(guān)用于扶手電梯的節(jié)能控制扶手電梯節(jié)電自動(dòng)運(yùn)行條件判斷電梯開始向上運(yùn)行電梯靜止遮斷型光電開關(guān)用于入口的人數(shù)、方向檢

人員出入方向由前、后兩個(gè)光電開關(guān)按遮光報(bào)警信號(hào)出現(xiàn)的順序來判斷。若紅色信號(hào)先于綠色信號(hào)，則判斷為從外到內(nèi)。詳見第十一章的“辨向技術(shù)”遮斷型光電開關(guān)用于檢測(cè)閥門手柄位置當(dāng)閥門手柄處于水平位置時(shí)，光電開關(guān)輸出“到位”信號(hào)。光幕（多路遮光型光電開關(guān)）兩個(gè)柱形結(jié)構(gòu)相對(duì)而立，每隔數(shù)十毫米安裝一對(duì)發(fā)光二極管和光敏接收管，形成光幕。當(dāng)有物體遮擋住光線時(shí)，傳感器發(fā)出報(bào)警信號(hào)。接收器發(fā)射器

光幕應(yīng)用當(dāng)有物體遮擋住光線時(shí)，傳感器發(fā)出報(bào)警信號(hào)，起保護(hù)、預(yù)警等作用。光線被遮斷（報(bào)警）

光幕應(yīng)用（續(xù)）產(chǎn)品高度測(cè)量光幕應(yīng)用（續(xù)）孔的檢測(cè)

光幕應(yīng)用（續(xù)）糾偏

光幕可檢測(cè)出帶材在卷曲過程中的偏移，經(jīng)控制器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)使帶材向正確的方向運(yùn)動(dòng)（糾偏）。

光幕應(yīng)用（續(xù)）光幕用于

自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)的車輛檢測(cè)

光幕應(yīng)用（續(xù)）鍛壓機(jī)床的安全區(qū)域設(shè)置及入侵報(bào)警

光幕應(yīng)用（續(xù)）安全區(qū)示警

光幕應(yīng)用（續(xù)）手的安全區(qū)保護(hù)

光幕用途三維尺寸檢測(cè)寬度測(cè)量長度測(cè)量高度測(cè)量光幕應(yīng)用（續(xù)）木材外形截面積檢測(cè)2.反射型光電開關(guān)及分類反射型光電開關(guān)可分為反射鏡反射型及被測(cè)物漫反射型（簡(jiǎn)稱散射型）兩種。反射鏡反射型傳感器的發(fā)射器和接收器單側(cè)安裝，反射鏡在遠(yuǎn)側(cè)安裝，本質(zhì)上仍然是遮斷型傳感器。偏光三角棱鏡能將發(fā)射器發(fā)出的光以固定的偏振方向反射回去。安裝時(shí)，需要在360o平面上調(diào)整反射鏡的偏振方向，使得反射光的偏振面恰好與接收器表面的偏振濾光片的偏振方向一致，才能取得最大靈敏度。由于接收器的光敏元件表面覆蓋一層偏光濾光片，只能接收偏光反射鏡反射回來的偏振光，而不響應(yīng)其他表面光亮物體反射回來的各種非偏振光。這種設(shè)計(jì)使它能用于檢測(cè)諸如不銹鋼等具有反光面的物體是否遮斷，而不受不銹鋼反射（不是偏振光）的影響。反射鏡反射型光電開關(guān)的檢測(cè)距離一般可達(dá)幾米。偏振光光是一種電磁波，電磁波是橫波。而振動(dòng)方向和光波前進(jìn)方向構(gòu)成的平面叫做振動(dòng)面，光的振動(dòng)面只限于某一固定方向，叫做平面偏振光或線偏振光。振動(dòng)方向?qū)τ趥鞑シ较虻牟粚?duì)稱性叫做偏振。偏振片只允許某個(gè)偏振方向的光通過，因此偏振濾光片能夠區(qū)別偏振光的方向，而人的眼睛對(duì)偏振光不敏感。偏振光非偏振光反射型光電開關(guān)及反射鏡外形三角偏振反射鏡

發(fā)射器在上，接收器在下反射鏡反射型光電開關(guān)工作原理

反射鏡為偏光三角棱鏡，能將發(fā)射器發(fā)出的光轉(zhuǎn)變成偏振光反射回去，光接收器表面覆蓋一薄片型偏光片，只能接受反射鏡反射回來的某一確定偏振角的偏振光，對(duì)其他雜散光視而不見。偏振反射鏡被測(cè)物體偏振光發(fā)射光反射鏡反射鏡反射型光電開關(guān)優(yōu)點(diǎn)

雖然塑料瓶的表面也反射光,但不是偏振光，不會(huì)引起接收器動(dòng)作。如果不采用偏振檢測(cè),光亮物體從光電開關(guān)面前掠過時(shí),就不會(huì)產(chǎn)生遮斷負(fù)脈沖。能反光的塑料瓶反射型光電

開關(guān)的應(yīng)用反射型光電開關(guān)廣泛應(yīng)用于自動(dòng)控制系統(tǒng)、生產(chǎn)流水線、機(jī)電一體化設(shè)備、辦公設(shè)備和家用電器中。光電開關(guān)中的發(fā)光二極管大多數(shù)用38kHz窄脈沖電流驅(qū)動(dòng)；紅外LED的正向壓降約為1.1~1.3V，驅(qū)動(dòng)電流峰值控制在20mA以內(nèi)。反射型光電開關(guān)在流水線上的應(yīng)用送料器定區(qū)域式光電開關(guān)咖啡罐流水線運(yùn)行方向罐裝高度檢測(cè)儲(chǔ)料倉落料口遮斷型光電開關(guān)（用于計(jì)數(shù)）反射鏡反射型光電開關(guān)的應(yīng)用（續(xù)）反射鏡反射型檢測(cè)有無物體通過反射鏡反射型光電開關(guān)的應(yīng)用（續(xù)）產(chǎn)品高度錯(cuò)誤檢測(cè)反射型光電開關(guān)的發(fā)射、接收器外形電源指示信號(hào)指示反射型光電開關(guān)外形（續(xù)）靈敏度調(diào)節(jié)電位器被測(cè)物是具有漫反射特性的

反射型光電開關(guān)原理漫反射光線反射光線被檢測(cè)物體光發(fā)射器和光接受器發(fā)射光線

漫反射型光電開關(guān)集光發(fā)射器和光接受器于一體。當(dāng)被測(cè)物體經(jīng)過該光電開關(guān)時(shí)，發(fā)射器發(fā)出的光線經(jīng)被測(cè)物體表面反射由接受器接受，于是產(chǎn)生開關(guān)信號(hào)。額定距離光電開關(guān)激勵(lì)源調(diào)制原理漫反射型光電開關(guān)的LED多采用紅外線中頻(38kHz左右)窄脈沖電流驅(qū)動(dòng),發(fā)射調(diào)制光脈沖，可減小發(fā)射LED的功耗。接收器的光敏管接收到漫反射光線，輸出微弱電流信號(hào)，送到38kHz選頻交流放大器，可以有效地防止太陽光、日光燈的干擾，放大倍數(shù)可達(dá)60dB。解調(diào)前為TTL信號(hào)，解調(diào)后輸出直流負(fù)脈沖報(bào)警信號(hào)。

例：反射型光電開關(guān)激勵(lì)源調(diào)制計(jì)算某光電開關(guān)的紅外LED采用38kHz窄脈沖電流驅(qū)動(dòng)，占空比q=15%，Rc=100Ω，ULED≈1.2V，UCE2≈0.3V.求：ILED的平均值為多少mA？解：ILED的平均值=[(5-1.2-0.3)/0.1]×q

=35×15%=5.25mA.定區(qū)域反射型光電開關(guān)定區(qū)域式光電開關(guān)有一個(gè)較小面積的、確定的檢測(cè)區(qū)域，不經(jīng)過該區(qū)域的被測(cè)物體不會(huì)引起光電開關(guān)產(chǎn)生開關(guān)信號(hào)。檢測(cè)距離檢測(cè)距離表面反射率對(duì)于漫反射型光電開關(guān)，被檢測(cè)物表面必須要能將足夠的光線反射回接收器，所以檢測(cè)距離和被檢測(cè)物體的表面反射率及粗糙程度將決定接收器接收到光線強(qiáng)度。為了提高反射效率，被檢測(cè)物體的表面還應(yīng)盡量垂直于光電開關(guān)的發(fā)射光線。常用材料的反射率（相對(duì)于白紙的估計(jì)值）光電開關(guān)的最大指向角示意圖漫反射型光電開關(guān)用于自動(dòng)水龍頭請(qǐng)思考如何將光電開關(guān)用于衛(wèi)生間的自動(dòng)沖水設(shè)備？若使用200V電源，要注意什么問題？光電開關(guān)用于液面超限報(bào)警

當(dāng)液面超過光電開關(guān)時(shí)，反射光泄漏并減弱，接收電路產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。漫反射型光電開關(guān)應(yīng)用（續(xù)）包裝分類檢測(cè)漫反射型光電開關(guān)應(yīng)用（續(xù)）IC引腳檢測(cè)漫反射型光電開關(guān)應(yīng)用（續(xù)）透明度測(cè)量、控制質(zhì)量檢測(cè)漫反射型光電開關(guān)應(yīng)用（續(xù)）加工控制漫反射型光電開關(guān)應(yīng)用（續(xù)）機(jī)械手定位

漫反射型光電開關(guān)應(yīng)用（續(xù)）機(jī)械手定位

漫反射型光電開關(guān)應(yīng)用（續(xù)）三角皮帶脫落檢測(cè)

漫反射型光電開關(guān)應(yīng)用（續(xù)）步距檢測(cè)

漫反射型光電開關(guān)應(yīng)用（續(xù)）QFP管腳排列的檢測(cè)

構(gòu)件厚度的測(cè)量

漫反射型光電開關(guān)應(yīng)用（續(xù)）集成電路方向檢測(cè)換向器間隙深度測(cè)量

漫反射型光電開關(guān)應(yīng)用（續(xù)）產(chǎn)品計(jì)數(shù)

漫反射型光電開關(guān)應(yīng)用（續(xù)）

漫反射型光電開關(guān)應(yīng)用（續(xù)）產(chǎn)品長度檢測(cè)光電開關(guān)應(yīng)用（續(xù)）產(chǎn)品組裝質(zhì)量檢測(cè)漫反射型光電開關(guān)的應(yīng)用（續(xù)）自動(dòng)注料物位檢測(cè)漫反射型光電開關(guān)的應(yīng)用（續(xù)）物體倒置辨別轉(zhuǎn)速檢測(cè)漫反射型光電開關(guān)的應(yīng)用（續(xù)）產(chǎn)品計(jì)數(shù)漫反射型光電開關(guān)的應(yīng)用（續(xù)）斷裂檢測(cè)智能化自學(xué)習(xí)型光電開關(guān)

常規(guī)反射型光電開關(guān)的動(dòng)作距離是不變的（與型號(hào)有關(guān)），當(dāng)檢測(cè)流水線上的漫反射物體時(shí)，必須調(diào)節(jié)安裝距離，十分不方便。自學(xué)習(xí)型光電開關(guān)上設(shè)置了一只閾值開關(guān)，當(dāng)流水線上的被檢測(cè)物體到達(dá)光電開關(guān)面前時(shí)，按下閾值開關(guān)數(shù)秒，待“學(xué)習(xí)”指示燈閃亮停止后，內(nèi)部的微處理器就記住了兩者之間的距離，就能在一定的允許范圍內(nèi)，可靠地對(duì)之后來到的被檢測(cè)物體作出反應(yīng)。當(dāng)流水線上的被檢測(cè)品種改變時(shí)，只需再次“學(xué)習(xí)”，而不必調(diào)節(jié)機(jī)械安裝螺絲。

智能化光電開關(guān)的自學(xué)習(xí)過程示意圖閾值開關(guān)學(xué)習(xí)指示燈設(shè)定距離安裝距離二、光電斷續(xù)器光電斷續(xù)器也可分為遮斷型和反射型兩大類。遮斷型光電斷續(xù)器也稱為槽式光電開關(guān)，通常是標(biāo)準(zhǔn)的U字型結(jié)構(gòu)。其發(fā)射器和接收器做在體積很小的同一塑料殼體中，分別位于U型槽的兩邊，并形成一光軸，兩者能可靠地對(duì)準(zhǔn)，為安裝和使用提供了方便。當(dāng)被檢測(cè)物體經(jīng)過U型槽且阻斷光軸時(shí)，光電斷續(xù)器就產(chǎn)生表示檢測(cè)到的開關(guān)量信號(hào)。槽式光電斷續(xù)器比較可靠，應(yīng)用比較廣泛。本章所舉應(yīng)用實(shí)例多為槽式光電斷