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光电传感器

时间:2013-05-15来源:机器视觉网http://shixinhua.com 作者:石鑫华 点击: 999999次

光开关

光开关,是指应用线性光学特性,使光路在传输过程中中断或继续,从而实现信号的开或者关。
 
最简单的例子,是用不透光的隔板中断光线传输。在MEMS中,应用平面镜的微位移或角度旋转改变反射光线的光路,从而中断光的传输。在光通信中,可以采用布拉格光栅等使在光纤中传输的相应波长的光线反射回去。
 
光开关的应用,有助于实现全光网络。在未来的光计算机中,也将成为其基础单元。
 

光电传感器

光电传感器(光电开关)是光电接近传感器的简称,它是利用被检测物对光束的遮挡或反射,由同步回路选通电路,从而检测物体有无的。物体不限于金属,所有能反射光线的物体均可被检测。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出,接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。安防系统中常见的光电开关烟雾报警器,工业中经常用它来记数机械臂的运动次数。
光电传感器
光电传感器

光电开关概述

光电开关是传感器大家族中的成员,它把发射端和接收端之间光的强弱变化转化为电流的变化以达到探测的目的。由于光电开关输出回路和输入回路是电隔离的(即电缘绝),所以它可以在许多场合得到应用。采用集成电路技术和SMT表面安装工艺而制造的新一代光电开关器件,具有延时、展宽、外同步、抗相互干扰、可靠性高、工作区域稳定和自诊断等智能化功能。这种新颖的光电开关是一种采用脉冲调制的主动式光电探测系统型电子开关,它所使用的冷光源红外光、红色光、绿色光和蓝色光等,可非接触,无损伤地迅速和控制各种固体、液体、透明体、黑体、柔软体和烟雾等物质的状态和动作。
各种光电开关
各种光电开关
接触式行程开关存在响应速度低、精度差、接触检测容易损坏被检测物及寿命短等缺点,而晶体管接近开关的作用距离短,不能直接检测非金属材料。但是,新型光电开关则克服了它们的上述缺点,而且体积小、功能多、寿命长、精度高、响应速度快、检测距离远以及抗光、电、磁干扰能力强。
 
这种新型的光电开关已被用作物位检测、液位控制、产品计数、宽度判别、速度检测、定长剪切、孔洞识别、信号延时、自动门传感、色标检出、冲床和剪切机以及安全防护等诸多领域。此外,利用红外线的隐蔽性,还可在银行、仓库、商店、办公室以及其它需要的场合作为防盗警戒之用。
 

光电开关按检测方式分类

常用光电开关的分类方法:按检测方式可分为反射式、对射式和镜面反射式三种类型。对射式检测距离远,可检测半透明物体的密度(透光度)。反射式的工作距离被限定在光束的交点附近,以避免背景影响。镜面反射式的反射距离较远,适宜作远距离检测,也可检测透明或半透明物体。
槽型光电开关
槽型光电开关

光电传感器的工作原理

对射式光电开关的工作原理框图
上图为对射式光电开关的工作原理框图。图中,由振荡回路产生的调制脉冲经反射电路后,然后用数字积分或RC积分方式排除干扰,最后经延时(或不延时)触发驱动器输出光电开关控制信号。
 
光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件。它由发光源和受光器两部分组成。把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内,彼此间用透明绝缘体隔离。发光源的引脚为输入端,受光器的引脚为输出端,常见的发光源为发光二极管,受光器为光敏二极管、光敏三极管等等。光电耦合器的种类较多,常见有光电二极管型、光电三极管型、光敏电阻型、光控晶闸管型、光电达林顿型、集成电路型等。在光电耦合器输入端加电信号使发光源发光,光的强度取决于激励电流的大小,此光照射到封装在一起的受光器上后,因光电效应而产生了光电流,由受光器输出端引出,这样就实现了电一光一电的转换。
 
基本工作特性(以光敏三极管为例)
 
1、共模抑制比很高在光电耦合器内部,由于发光管和受光器之间的耦合电容很小(2pF以内)所以共模输入电压通过极间耦合电容对输出电流的影响很小,因而共模抑制比很高。
 
2、输出特性 光电耦合器的输出特性是指在一定的发光电流IF下,光敏管所加偏置电压VCE与输出电流IC之间的关系,当IF=0时,发光二极管不发光,此时的光敏晶体管集电极输出电流称为暗电流,一般很小。当IF>0时,在一定的IF作用下,所对应的IC基本上与VCE无关。IC与IF之间的变化成线性关系,用半导体管特性图示仪测出的光电耦合器的输出特性与普通晶体三极管输出特性相似。
 
3、光电耦合器可作为线性耦合器使用。在发光二极管上提供一个偏置电流,再把信号电压通过电阻耦合到发光二极管上,这样光电晶体管接收到的是在偏置电流上增、减变化的光信号,其输出电流将随输入的信号电压作线性变化。光电耦合器也可工作于开关状态,传输脉冲信号。在传输脉冲信号时,输入信号和输出信号之间存在一定的延迟时间,不同结构的光电耦合器输入、输出延迟时间相差很大。
常用光电传感器工作原理
常用光电传感器工作原理

光电传感器按结构分类

光电开关按结构可分为放大器分离型、放大器内藏型和电源内藏型三类。
 
放大器分离型是将放大器与传感器分离,并采用专用集成电路和混合安装工艺制成,由于传感器具有超小型和多品种的特点,而放大器的功能较多。因此,该类型采用端子台连接方式,并可交、直流电源通用。具有接通和断开延时功能,可设置亮、音动切换开关,能控制6种输出状态,兼有接点和电平两种输出方式。
 
放大器内藏型是将放大器与传感一体化,采用专用集成电路和表面安装工艺制成,使用直流电源工作。其响应速度局面(有0.1ms和1ms两种),能检测狭小和高速运动的物体。改变电源极性可转换亮、暗动,并可设置自诊断稳定工作区指示灯。兼有电压和电流两种输出方式,能防止相互干扰,在系统安装中十分方便。
 
电源内藏型是将放大器、传感器与电源装置一体化,采用专用集成电路和表面安装工艺制成。它一般使用交流电源,适用于在生产现场取代接触式行程开关,可直接用于强电控制电路。也可自行设置自诊断稳定工作区指示灯,输出备有SSR固态继电器或继电器常开、常闭接点,可防止相互干扰,并可紧密安装在系统中。
 

光电传感器的应用领域

除了安防系统中常见的光电开关烟雾报警器,工业中经常用它来记数机械臂的运动次数。光电开关还在许多方面得到了应用,例如在行程控制、直径限制、转速检测、气流量控制等方面。我们相信光电开关会做得越来越先进,它的应用也会越来越广泛。应用举例:下图可以看出光电开关的各种应用。其中,图(a)为光电开关用于对材料的定位剪切控制;图(b)为用光电开关来控制液面位的上下限值,当液面位高于或低于上下极限液面位时,光电开关控制电路可使阈门打开或关闭,使液面位的高度保持在上下限之间;图(c)为利用物体对光的遮挡作用,检测物体的通过个数,或物体是否存在;图(d)为利用光的直线传播性,检验产品是否等高排列;图(e)为将光电开关用在流水生产线上,来检测产品的个数;图(f)为用光电开关检测液面位的高低。
光电开关的应用
光电开关的应用

光电传感器品牌

法国施耐德、日本欧姆龙、德国西门子、台湾明纬、以及国内正泰、德力西、梅兰日兰、人民、华通、天正、环宇等品牌产品。
 
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