行業(yè)常用傳感器類型及工作原理

傳感器講座一.傳感器的定義國際電工委員會IEC的定義為：“傳感器是測量系統(tǒng)中的一種前置部件，它將輸入變量轉換成可供測量的信號”。信號處理A/D轉換信號輸入信號輸出傳感器工作流程熱（溫度）光（光量）磁(磁場）電信號（電流或其它）工業(yè)傳感器分類人類五官與傳感器視覺觸覺聽覺味覺光電傳感器超音波傳感器PH傳感器溫度傳感器接近傳感器濕度傳感器壓力傳感器嗅覺氣體傳感器1、IP（INTERNATIONALPROTECTION）防護等級系統(tǒng)是由IEC

（INTERNATIONALELECTROTECHNICALCOMMISSION）所起草。

2、IP指保護指數，是根據IEC529和NFC20-010標準所規(guī)定的電子材料包裝外殼的保護程度.用IP××表示防塵、防水。

二.IP防護等級系統(tǒng)說明IP防護等級系統(tǒng)說明IP防護等級系統(tǒng)說明IP防護等級系統(tǒng)說明IP防護等級系統(tǒng)說明保護構造（防油的保護等級）

JEM（日本電機工業(yè)會）規(guī)格

IP-□□后標有ｆ

或者ｇ

ｆ:

防油（不因有油而受到有害影響）

ｇ:

耐油（油不會侵入其內部）三.光電傳感器光的性質折射空氣玻璃光的折射平行光點光源焦點（F）平行光通過透鏡聚集光線或制造平行光焦點（F）光在同一物質中通過時是直線傳播的。讓光彎曲的方法＝折射或反射

光的性質反射研磨金屬空氣入射角空氣玻璃空氣玻璃入射角全反射鏡子的原理折射光纖的BendingLoss原理全反射光纖導波的原理光被反射率高的物質所反射即便是透明體入射角大的話也能反射玻璃或透明塑料光在光纖中呈不斷地全反射狀傳播光的性質光纖應用光纖λ（nm）400780100200300UV-A紫外線（UltraViolet）UV-BUV-C紫

藍

青

綠

橙

黃

紅可見光（VisibleLight）紅外線（Infra-Red）人的眼睛只能看到可見光遠紅外線（3000nm以上）傳播熱紫外線對人的眼睛和皮膚有害光的性質

波長和色彩光是橫波有其波長（λ）光的顏色隨不同波長變化光的性質

偏光（難理解）由于光是橫波，所以通過偏光板（偏光元件）可以進行偏光利用偏光性能，可在回歸反射型內附帶MSR機能（后述），在對射型內附帶防相互干擾機能（后述）光偏光元件檢光元件例：歐姆龍光電傳感器的型號標準E3/F3=表示光電傳感器

到E3□□-為止的3～4個字母稱為型名

E3S-A、E3S-B、E3S-C、E3G-L是例外的型名）

-之后的部分稱為號名

T=對射型

R或RS=回歸反射型

D或DS

=擴散反射型

LS=距離射定型

G或GS

=凹槽型四.各類光電傳感器介紹

對射型光電傳感器檢測距離較長。發(fā)射器/接受器兩者都需要光電傳感器始于對射型。發(fā)射元件從燈泡開始發(fā)展到LED，接受元件從光電阻元件發(fā)展到PD。被測物體被測物體回歸反射型光電傳感器檢測距離小于對射型。只需在一處配線，反射板在光的入射方向上形成反射光光軸對合方便。被測物體沿襲了對射型的特點（穩(wěn)定性），配線?光軸調整更方便。發(fā)明MSR（后述）功能后位置精度急增，但比起對射型還是稍遜一籌。被測物體擴散反射型光電傳感器檢測距離短。只需在一處配線，無需反射板。有發(fā)射/接受二個透鏡，投/接受器檢測距離被測物體雖然安裝方式最為簡單，但檢測距離短，位置精度也不高。根據用途備有將光線擴伸的機種。將光線絞合為細光束的話，適合用于檢測小物體，擴伸的光線檢測時不易受背景物的影響。（參照E3Z）限定反射型光電傳感器投/接受器檢測距離限定范圍（□+/-□ｍｍ）。與擴散反射型一樣，只需在一處配線，無需反射板。被測物體呈正反射的光學結構，受到被測物體顏色的影響小，檢測距離限定于某個范圍，不易受到背景物的影響。適合檢測段差和傳送帶上流過的薄型物體。（代表例

=E3S-LS3N基板傳感器）比后述的距離射定型（有優(yōu)秀的背景切除機能）價格便宜。θθ背景物檢測距離發(fā)射軸接受軸(正反射光)

色標傳感器（應用）投/接受器被測物體檢測距離標識檢測專用。與擴散反射型一樣，只需在一處配線，無需反射板。細光束、呈垂直發(fā)射?傾斜接受的擴散反射光學結構，以微小光點檢測色標。在白底黑標識這樣對比度高的情況下，可使用紅色LED。檢測彩色標識可使用綠色或藍色LED。代表商品有E3S-VS、E3C-VS、以及采用抗干擾強的同軸光學原理（投接受采用相同的透鏡）的E3M-VG。θ發(fā)射軸接受軸(擴散反射光)距離設定型光電傳感器測距型、也叫BGS。以細光束發(fā)射，讓被測物體上的光點的像能在PSD上成像，根據光點位置演算傳感器表面到物體的距離。檢測距離可由旋鈕設定，也能去除背景的影響。PSD＝PositionSensingDeviceBGS＝Back-GroundSuppre-ssion（背景切除）不易受被測物體顏色的影響，使用方便。投/接受器被測物體檢測距離（MAX）LD或LEDPSD等設定范圍檢測距離有一定范圍，PSD傾斜，以便使物體上的光點像能夠清晰地成像。

五.光電傳感器參數介紹

指向角指對于對射型?回歸反射型光電傳感器，由于光束的擴散而可能發(fā)生動作的角度范圍。為使發(fā)射器光軸調整更方便，發(fā)射不是平行的，而是呈擴散狀發(fā)射。接受器指向角發(fā)射器應差的距離指對于擴散反射型，為了不發(fā)生振蕩（Chattering）必須明確隔開動作距離和復歸距離。ON

OFF動作距離復歸距離應差的距離如沒有應差（Hysteresis）的話，接近動作距離時就會發(fā)生反復ON/OFF的Chattering現(xiàn)象。不感應帶不感應區(qū)域發(fā)射接受由于反射型傳感器的發(fā)射/接受透鏡一般都不同，便會引起在近距離的某個范圍，反射光無法進入接受透鏡的情況。這個范圍稱為不感應帶。MSR功能(不太理解）

MSR=MirrorSurfaceRejection回歸反射型如果沒有MSR功能的話，可能會發(fā)生無法檢測光澤表面的物體的情況。反射板的cornercube通過光的三次反射返回同方向的光。這時將偏光方向變化90°來放置偏光元件/檢光元件的話則反射板反射的光能通過，光澤物體的反射光被遮光，從而避免了誤動作。投/接受器反射板光澤表面物體偏光元件（Polarizer）檢光元件（Analizer）光Cornercube（反射板）對射型平行移動特性發(fā)射器/接受器距離ｖｓ光軸偏差的允許值E3Z-T□1（T□6）同左＋狹縫E3Z-T□A狹縫2x10狹縫φ230m30m2mXYXXXYYY5m動作領域動作領域特性數據是代表性數值（TypicalValue）。發(fā)射器接受器回歸反射型平行移動特性

發(fā)射器/反射板距離ｖｓ光軸偏差的允許值E3Z-R□1（R□6）＋反射板（1）E3Z-R□1（R□6）＋反射板（2）E39-R2E39-R98mYXYE39-RS3E39-RS12mCornerCube型反射板Sheet型反射板XY投/接受器反射板擴散反射型動作領域特性

傳感器/檢測物體距離ｖｓ物體頂端距離XYSUS白紙黑紙XY投/接受器檢測物體動作領域遮光/入光動作接受器入光時的動作＝Light-ON接受器遮光時的動作＝Dark-ON

選擇上述何種方式因客戶需要而定。

有L-ON/D-ON的不同機種，也有可

通過開關切換的機種。ON=Light-ON光輸出ON=Dark-ON光輸出使用周圍照度指接受器的表面照度（Lux）的允許值(即傳感器不

會發(fā)生誤動作的照度)。盛夏太陽的直射照度在100,000Lux左右,

辦公室內在1000Lux以下。沒有格外注意的必要。（但不能在戶外使用）標準檢測物體/最小檢測物體/裝載狹縫時的最小檢測物體標準檢測物體＝在光學原理中用尺寸相當的棒的直徑表示該傳感器適合檢測物體的大小程度

最小檢測物體＝代表例即檢測的標準，要檢測小

物體時需要進行實驗來確認裝載狹縫時的＝記載于狹縫（另售配件）的額定值最小檢測物體一覽表內,有必要通過實驗確認自我診斷/外部診斷功能是用來確認光電傳感器是否正常運作的功能。自我診斷＝通過光量的穩(wěn)定度判斷。

與一般光電傳感器都帶有的綠色

穩(wěn)定指示燈連動，穩(wěn)定指示燈熄滅則輸出ON，表示不穩(wěn)定。

外部診斷＝從外部（PLC等）輸入，傳感器停止發(fā)射，傳感器通過檢查受否處于

D-ON的狀態(tài)，

判斷自身是否正常動作并返回信號。E3Z穩(wěn)定指示燈（綠）動作指示燈（橙）

NPN輸出/PNP輸出+V0VRL控制輸出電流+V0VRL控制輸出電流collectoremitteremittercollectorPNP輸出PNPTransistorNPN輸出相互干擾/干擾１．相互干擾對策(1)帶防止相互干擾功能的傳感器(2)防干擾濾波片(3)隔開一定距離(4)發(fā)射器/接受器交替排列(5)錯開光軸２．干擾對策的一般解決方法(1)common＝傳感器和安裝金屬臺間絕緣mode干擾＝0V和安裝金屬臺間加電容(2)輻射干擾＝將傳感器與干擾源隔開(3)電源線干擾＝線間加入電容方形光電開關——E3Z系列圓柱形光電開關——E3F2/3系列+光電傳感器放大器內藏方形光電開關——E3JK/E3JM系列通用放大器內藏型光電開關E3Z系列通用品的主力機種/21世紀的標準光電開關除標準機種外，還有細徑、透明瓶、凹槽型。E3Z-L狹小光點限定反射型Application六.磁性接近傳感器原理檢測對象是會發(fā)生渦電流的電導體，越接近磁性體）產生的渦電流越大、靈敏度越高。若是絕緣體，不會發(fā)生渦電流，所以不易被檢測。傳感器通過高頻發(fā)振器而發(fā)出高頻磁場（當它接近磁性金屬表面時，磁場被破壞。我們通過振動的有無使控制輸出ON/OFF。高頻率發(fā)送機Coil檢測對象（金屬板）渦電流線圈引發(fā)的高頻率磁場渦電流引發(fā)的

磁場無被測對象有被測對象OFFON發(fā)震器的動作控制輸出接近傳感器的應答頻率應答頻率標準檢測物體低速高速界限（非響應）屏蔽/非屏蔽屏蔽磁束?。綑z測距離短磁束在前方＝可平面安裝磁束大＝檢測距離長側面有磁束＝周圍金屬的影響非屏蔽檢測物體的大小和材質檢測距離Xmm檢測物體的一邊邊長dmm鐵SUS（StainlessSteel）黃銅（Brass）銅Ａｌ檢測物體厚度的影響檢測距離Al檢測物體的厚度（mm）9mm根據表皮效果（SkinEffect）、檢測物體越薄，產生的渦電流強，檢測距離越長。（即便是Al也比厚鐵

片的距離長）接近傳感器的型號標準E2/TL＝接近傳感器（TLは舊型號：也有主力機種）-X＝帶螺絲的圓柱型-C＝無螺絲圓柱型-F/-W

＝扁平型-□2＝數字是額定檢測距離（mm）

R為小數點1R5＝1.5ｍｍ、R5＝0.5mm-□□M＝非屏蔽型-□□D＝直流2線式-□□B＝直流3線式PNP集電極開路輸出-□□C＝直流3線式NPN集電極開路輸出-□□E＝直流3線式NPN電壓輸出-□□F＝直流3線式PNP電壓輸出-□□Y＝交流2線式-□□T＝交流/直流2線式-□□□１

＝NO輸出-□□□２

＝NC輸出-□□□□-M

＝接插件連接型（M1＝M12、M3＝M8）模塊化圓柱形接近開關E2E系列產品構造傳感器模塊部輸出模塊部保護器,導線導線帶外殼環(huán)繞線圈雙端線圈芯核,純鐵検出回路基板PWB連接帶輸出回路基板夾具,底座夾具,導線封裝成型樹脂填充E2AE2EZ防鋁切粉接近即使表面堆積有鋁或鐵的切粉，也不會發(fā)生誤動作E2ES金屬接近探頭傳感器表面也采用SUS材料不易損壞檢測物體造成接近傳感器損壞的最大原因是由于被測物體撞擊傳感器的檢測面世界上只有歐姆龍等2個公司生產E2EY非磁性金屬用接近世界上只有歐姆龍生產檢測物體大小和材質的影響Al?銅?黃銅SUS鉄?Ni不檢測鐵或Ni這樣的磁性金屬，而只檢測鋁或銅等非磁性金屬。不受周圍金屬（鐵）的影響，可以檢測鋁罐等物體。靜電電容接近開關的原理根據檢測物體的有無，電極和大地間的靜電電容。會發(fā)生變化，靜電電容的增加引起振動。振動回路＋＋＋＋＋＋－－－－－－－＋＋＋＋＋＋＋檢測對象分極無物體有物體電極C=小C=大振動回路的動作控制輸出OFFON無物體有物體靜電電容接近開關E2K-C＝φ34mm圓柱型

有靈敏度調整旋鈕E2K-X＝帶螺絲的圓柱型（M12/M18/M30）E2K-F＝扁平型E2KQ-X＝特氟龍外殼的帶螺絲的圓柱型

耐油、耐化學品性能優(yōu)越E2J＝放大器分離型（電極分離型）

傳感器部只有電極，可以做得很薄

多用于半導體晶圓片檢測磁性型接近傳感器用來檢測金屬、靜電電容式是分級使用的，也可以檢測金屬以外的物體。誘電率大的材質容易被檢測將特性數據作為參考，可以大致判斷何種材質的檢測距離大致是多少光纖單元E32-?連接光纖放大器使用。?針對不同目的/應用備有多種型號。?頂端細小，不占空間，適合在狹窄場所安裝。?適用于檢測微小物體（細徑探頭）?可進行從放大器分離光電到光纖光電的轉化。?柔軟型光纖（E32-□□R）的允許彎曲半徑為１mm。?適用光纖切割機（E39-F4）可在現(xiàn)場自由切割光纖。

光纖越長檢測距離越短。?充實了配件（提高了透鏡單元的性能）柔軟光纖的原理細光纖反射次數多，臨界角不會變小。多束細光纖組成柔軟光纖