傳感器基礎(chǔ)2課件

營(yíng)業(yè)者研修初級(jí)教程

傳感器基礎(chǔ)2講座目的通過對(duì)光纖傳感器、區(qū)域傳感器（包括安全光幕）的學(xué)習(xí)來掌握傳感器的檢測(cè)原理、分類和構(gòu)成。學(xué)習(xí)本教程是使你成為選擇，使用傳感器高手的第一步。SUNX株式會(huì)社平成15年2月24日第2版光纖傳感器區(qū)域傳感器（包括安全光幕）1-1序言P31-2光纖傳感器的原理和構(gòu)成P51-3光纖傳感器的種類和特性P71-4光纖傳感器的特征P91-5放大器部的選定P141-6光纖部的選定P171-7光纖傳感器使用上的注意事項(xiàng)P181-8數(shù)字表示光纖傳感器的閥值P202-1區(qū)域傳感器的產(chǎn)生P272-2名詞解釋P322-3產(chǎn)品線和今后發(fā)展面貌P352-4輸出動(dòng)作和自動(dòng)防故障性P402-5系統(tǒng)的構(gòu)成P412-6按ISO13849-1標(biāo)準(zhǔn)查定P422-7應(yīng)用P432-8使用上的注意事項(xiàng)P442.區(qū)域傳感器（包括安全光幕）P271.光纖傳感器P3目錄1.光纖傳感器1-1序言光電傳感器中的光纖傳感器需求量近年來大幅度增加。

光纖傳感器是光電傳感器中用光纖作測(cè)量部分的傳感器，測(cè)量部分也就是光纖部分，因?yàn)榭梢赃x擇不同的光纖用于不同的用途，故有很大的優(yōu)勢(shì)。用在機(jī)器人手臂的可動(dòng)部上的可以設(shè)置的耐屈曲光纖，在高溫和低溫環(huán)境下也可使用的耐熱耐寒光纖，能安置在象書頁一樣的縫隙中的極細(xì)光纖，以前的光電傳感器不能做到的檢測(cè)，現(xiàn)在光纖傳感器一一做到了?，F(xiàn)在SUNX已經(jīng)采用了300種以上的光纖，今后隨著感應(yīng)領(lǐng)域的擴(kuò)大和檢測(cè)精度的提高，種類還要增加。由于光纖應(yīng)用的種類繁多,很多光纖傳感器的用戶認(rèn)為感應(yīng)的性能和范圍變得越來越好了，這是一個(gè)優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)他們也認(rèn)為種類多就給選擇帶來了困難，害怕使用方法會(huì)出錯(cuò)等，這也是事實(shí)。本章介紹了傳感器的基礎(chǔ)知識(shí)，光纖選擇的技術(shù)，使用上的注意事項(xiàng)等。寫這樣一個(gè)資料的目的，就是為了能在現(xiàn)場(chǎng)更熟練靈活的使用光纖傳感器。1-2光纖傳感器的原理和構(gòu)成光纖傳感器是光電傳感器中用光纖作測(cè)量部分的傳感器，測(cè)量部分也就是光纖部分，因?yàn)榭梢赃x擇不同的光纖用于不同的用途，故有很大的優(yōu)勢(shì)。光纖傳感器是光電傳感器的一種，所以它的基本原理是和光電傳感器相同的。與其它光電傳感器相比光纖傳感器最大的不同就是采用光纖作為測(cè)量部分。除此之外，它基本具備了光電傳感器的特征。光纖傳感器光纖光電傳感器放大器內(nèi)藏型相同PDAPS橡皮絕緣軟電纜PDAPS橡皮絕緣軟電纜光電傳感器放大器內(nèi)藏型放大器的構(gòu)成光纖部的構(gòu)成光纖結(jié)構(gòu)如圖所示，中間部分是由折射率不同的金屬層構(gòu)成。光射入光纖中心并在金屬層上發(fā)生全反射，同時(shí)向前傳遞。從光纖內(nèi)出來后，光分散成60°角，照到被檢測(cè)的物體上，這個(gè)角度稱為開口角。放大器部光纖部30°30°光源60°中心金屬層外皮高折射率低折射率光纖結(jié)構(gòu)圖開口角1-3傳感器的種類和特性種類和特征種類特點(diǎn)類型塑料纖維中心是φ0.125~φ1.5mm的丙烯樹脂線芯一根或幾根作成，因?yàn)閮r(jià)格較便宜，是現(xiàn)在主要應(yīng)用的類型通用類型玻璃纖維由Φ0.05mm的線芯捆扎而成，比塑料纖維耐熱性，耐藥性好，價(jià)格較高，用于特殊場(chǎng)合耐熱類型耐真空類型形狀概要平行型塑料纖維采用的一般類型同軸型分成中央部和外周部，從哪個(gè)位置過來的檢出物體通過檢出位置都不發(fā)生變化的高精度類型分離型玻璃纖維采用的類型，由很多直徑φ0.05mm的玻璃光纖線芯組成，投光部和受光部分離形狀透過型和反射型光纖的檢出方式有很大不同:透過型由投光部和受光部?jī)刹糠謽?gòu)成；反射型按芯線的排列方式分為平行型、同軸型和分割型。1-4光纖傳感器的特征光纖傳感器是檢測(cè)部分從放大器部分離出來的結(jié)構(gòu)，同放大器分離型相似。但是，它克服了放大器分離型的弱點(diǎn)，同時(shí)吸收了放大器內(nèi)藏型的優(yōu)點(diǎn)，并克服了它的缺點(diǎn)。換句話說，它同時(shí)吸取了分離型和內(nèi)藏型的優(yōu)點(diǎn)。還有，分離型和內(nèi)藏型都不具備的優(yōu)點(diǎn)，光纖傳感器也具備（如在檢出部沒有電流）?；谶@些原因，光纖傳感器在近年得到廣泛使用。光纖部（檢測(cè)部）體積小透過型反射型鏡面反射型Φ1.0能夠?qū)?yīng)各種各樣的檢出形態(tài)變換光纖部，就能夠?qū)?yīng)各種各樣的檢測(cè)形態(tài)4.510.0放大器內(nèi)藏型光電傳感器光纖選擇

從通用到特殊用途的，應(yīng)有盡有

光纖部因?yàn)椴皇褂秒?，能夠?yīng)用在各種環(huán)境中（這是同放大器分離型光電傳感器的最大差別）對(duì)電的抗干擾能力強(qiáng)溫度特性好（耐熱、耐寒）防爆規(guī)格空間傳送

自動(dòng)防干涉功能防干涉功能FX-311CX400(透過型除外)FX302EQ-20FX-311EQ-30RX(透過型、RX-LS200除外)NX5(透過型除外)SS-A5BRX(只有鏡面反射型和擴(kuò)散反射型)PX-2FX-11ASF1-FSU-7NA2-NSF4-AHNA1-PK5/5SF2-NNA1-PK3SF2-EHSF1-PSF1-NBFX4NNA40都是不包括透過型放大器部準(zhǔn)備了各種光源類型系列防干涉型傳感器一覽表因?yàn)榉糯笃鞑渴且苑瓷湫凸怆妭鞲衅鞯男螒B(tài)存在，即使是在使用透過型光纖部的場(chǎng)合，也能防止干涉。（一般的透過型光纖傳感器不能防止干涉）1-5放大器的選定一般用途數(shù)字表示自動(dòng)感度設(shè)定手動(dòng)操作設(shè)定FX-305FX-305FX-301FX-301GFX-301BFX-301HFX-311FX-311GFX-311B其他（選定特殊用途光纖）特殊用途檢測(cè)顏色LED點(diǎn)燈確認(rèn)防爆高速模擬輸出FZ-11FX2-A3R-LEDBFX4NFX-301HSFX-11A2輸出高性能通用紅色綠色青色紅外紅色綠色青色主要光纖放大器對(duì)工作物顏色的反射光量FX-301黑紫青綠黃橙赤白黑紫青綠黃橙赤白FX-301B黑紫青綠黃橙赤白黑紫青綠黃橙赤白FX-301HFX-301G1-6光纖部的選擇光纖傳感器的特點(diǎn)在其它地方有說明，光纖部的種類豐富，不同的應(yīng)用場(chǎng)合都有不同的光纖對(duì)應(yīng)，這也成了光纖傳感器的一個(gè)特點(diǎn)。從種類豐富的光纖部中選擇最合適的光纖部，已成為穩(wěn)定和高信賴檢測(cè)的一個(gè)要點(diǎn)。傳感器綜合目錄中有光纖傳感器的選定，請(qǐng)參考。

1-7光纖傳感器使用上的注意事項(xiàng)光電開關(guān)的一般注意事項(xiàng)，以及在此基礎(chǔ)上增加的注意事項(xiàng)要注意。在使用特殊用途的光纖傳感器的場(chǎng)合，一些個(gè)別的注意事項(xiàng)要加以確認(rèn)。切斷使用自由切斷的場(chǎng)合，光纖在插入放大器的插口前一定要切斷。使用自由切斷的場(chǎng)合，設(shè)置的檢測(cè)距離要留有余量（切斷的狀態(tài)不好，檢測(cè)距離會(huì)下降20%）。連接確認(rèn)放大器插口處已連上光纖。插入量不足，光連接的不充分，檢出距離變短。在連接同軸反射型光纖（FD-FM2等）的時(shí)候，在投光部裝入中心光纖，受光部裝入外周光纖。設(shè)置不能給光纖太大的壓力。（也有耐屈曲光纖和防護(hù)金屬管的使用和安裝方法）光線的開口角約60度，因?yàn)檩^寬，應(yīng)注意光的相互干涉和反射《例2》反射有工作物時(shí)，從墻壁來的光作為反射光是光線進(jìn)入入光狀態(tài)解決辦法*分開到不會(huì)干涉的距離*將距離L1設(shè)定為l1的2倍以上*投光部和受光部交換位置*使用狹視界類型的光纖部*遠(yuǎn)離墻壁*使用干涉防止機(jī)能（光纖傳感器的特征：放大器是以反射型的形態(tài)存在即使是透過型的光纖部也能防止干涉）l1l1L1投光器受光器圖中L1應(yīng)是l1的2倍以上左中心右平行移動(dòng)特性設(shè)定距離Ll1L1《例1》相互干涉相鄰的其他光纖傳感器的光進(jìn)入，即使在遮光（無入射光）的狀態(tài)下也有光進(jìn)入，狀況變得不穩(wěn)定自動(dòng)感度（閥值）在可能的機(jī)種中可用電鈕操作來設(shè)定，對(duì)誰來說都是簡(jiǎn)單的。透過型反射型有工件時(shí)按下按鈕透過型反射型無工件時(shí)按下按鈕入光量表示和閥值設(shè)定光纖傳感器由于頭較小，檢測(cè)精度高，在檢測(cè)微小工件時(shí)常采用。這種檢測(cè)，有、無工件時(shí)光亮差較小，很難檢測(cè)。這個(gè)時(shí)候，工件有無時(shí)的光量和感度（閥值）可以用數(shù)值確認(rèn)，閥值的微調(diào)整，檢出容余度的數(shù)值管理，光線頭部選定是否錯(cuò)誤的判斷（判斷結(jié)果用于再選定）等就變得簡(jiǎn)單了。光纖傳感器都使用了數(shù)字表示部。以前是“感度”設(shè)定，當(dāng)光量可以用數(shù)字表示時(shí)，就叫閥值。這時(shí)，閥值和感度的關(guān)系如下：對(duì)透過型來說，光不能從投光部傳到受光部對(duì)反射型來說，光不能傳到工件那里閥值小入射光量小對(duì)透過型來說，就是光能從投光部傳到受光部對(duì)反射型來說，就是光能傳到工件那里感度高閥值大入射光量大感度低閥值的微調(diào)性機(jī)能通常情況下，根據(jù)有工件時(shí)的入射光量和無工件時(shí)的入射光量來確定一個(gè)中間值，當(dāng)入射光量處于中間值這一位置時(shí)來設(shè)定閥值。基本上用這個(gè)方法就已經(jīng)把閥值確定下來了，但可以根據(jù)不同情況來上下微調(diào)。1)周圍環(huán)境有較大變化2）工件的變化和差別大3）其他可進(jìn)行自動(dòng)感度設(shè)定的光纖傳感器，幾乎所有的機(jī)種都可以進(jìn)行閥值微調(diào)順便說一下，以前的傳感器設(shè)定感度之后是不可以調(diào)整的可進(jìn)行自動(dòng)感度設(shè)定的光纖傳感器，用基本的兩點(diǎn)設(shè)定閥值后，還可以對(duì)其微調(diào)整閥值的微調(diào)是為了讓入射光變得更穩(wěn)定。中間取該處入射光量取該處入射光量閥值（通常的設(shè)定）L—ON情況下入光量OFFON閥值（通常的設(shè)定）即使有工件，由于半透明膠片的透過率變化，入射光量在閥值的上方，不顯示ON狀態(tài)。工件的變化大D-ON的情況無工件有工件中間入光量OFFON例如：用透過型光纖傳感器檢測(cè)半透明膠片D-ON的情況無工件有工件閥值（通常的設(shè)定）微調(diào)整后的閥值L-ON的情況閥值（通常的設(shè)定）微調(diào)后的閥值入光量ONOFF閥值（通常的設(shè)定）L-ON的情況接頭零件的差別，由于光逃逸掉，入光量在閥值下邊，即使有接頭也顯示OFF背景反射在距離一定時(shí)是不變的從接頭來的反射光中間入光量ONOFF例如：用反射型光纖傳感器檢測(cè)正在傳送的接頭工件的差別大接頭零件的差別2.區(qū)域傳感器2-1區(qū)域傳感器的產(chǎn)生歷史20多年前，在一家汽車廠的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)提出了這樣的期望：有沒有在不降低生產(chǎn)率的前提下提高生產(chǎn)安全性的好方法？區(qū)域傳感器就是在這樣的呼聲中產(chǎn)生了（后來是安全光幕）。確保安全性的方法有兩種，一個(gè)是停止原則，一個(gè)是隔離原則。用門關(guān)起來就是沿用傳統(tǒng)的安全對(duì)策。的確，門是由安全作用的，但門的開閉增加了工程時(shí)間，大約是3—5秒左右。由于有了這個(gè)時(shí)間，想讓生產(chǎn)率提高是不可能的。但是，如果沒有門的話，開閉工程的時(shí)間省下來了，卻不能確保安全性，人們就會(huì)處在危險(xiǎn)的環(huán)境下工作。所以，人們考慮了很多很多方式。

為了克服感壓式地毯開關(guān)的缺點(diǎn)，又考慮出了配置多個(gè)透過型光電傳感器的方法。這種方法能夠直接檢測(cè)到作業(yè)者的手（或身體）而使機(jī)器停止下來，因?yàn)榫哂袎勖L(zhǎng)的特點(diǎn)而被采用，然而，下面的問題又出現(xiàn)了。多個(gè)透過型光電傳感器并列配置使用的問題：1、傳感器間相互干擾2、配線工數(shù)增加（比如：10臺(tái)傳感器需要50次配線作業(yè)）l1l1L1投光器受光器圖中L1應(yīng)是l1的2倍以上左中心右平行移動(dòng)特性設(shè)定距離Ll1L1區(qū)域傳感器的主要特征：1、非接觸式（沒有可動(dòng)部分和接觸部分，壽命長(zhǎng)）；2、能檢測(cè)到手等身體部位；3、施工性、維護(hù)性好；4、采用了掃描方式，無相互干擾，信賴性高；5、在一個(gè)區(qū)域內(nèi)檢測(cè)，比單光軸對(duì)危險(xiǎn)的確認(rèn)率要高；6、通用性好，設(shè)計(jì)工時(shí)能降低。注：用于安全用途的侵入檢測(cè)，并符合國(guó)際安全規(guī)格的區(qū)域傳感器，稱為安全光幕。區(qū)域傳感器的誕生那么，把透過型光電傳感器放到一個(gè)外殼里面，用掃描的方式來克服相互干擾的缺點(diǎn)，這就是區(qū)域傳感器。

為了上面的原因而產(chǎn)生的區(qū)域傳感器安全性和作業(yè)性兼有

在汽車界得到廣泛使用。檢測(cè)距離（有效距離）光軸間距光軸數(shù)檢測(cè)高度（防護(hù)高度）檢測(cè)區(qū)域=投光器設(shè)置間隔×檢測(cè)高度最小檢測(cè)物體=光軸間距+α（透鏡直徑等）安全距離（只適用于安全光幕）失效保護(hù)功能在設(shè)計(jì)時(shí)，要有這樣的設(shè)計(jì)思想：當(dāng)系統(tǒng)的一部分發(fā)生故障時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)會(huì)向更安全的方向靠。檢測(cè)距離光軸間距2-2名詞解釋區(qū)域傳感器是透過型光電傳感器的一種，基本上具備了與光電傳感器相同的特點(diǎn)。需要了解的內(nèi)容很多，這里把它整理如下：注：檢測(cè)高度（防護(hù)高度）的定義安全光幕和區(qū)域傳感器對(duì)檢測(cè)高度的定義是不一樣的。區(qū)域傳感器的場(chǎng)合檢測(cè)高度=光軸間距×（光軸數(shù)-1）（即最上端的光軸中心到最下端的光軸中心的距離）20mm間距檢測(cè)高度光軸間距連接電纜線安全光幕的場(chǎng)合（SF4-EH系列除外）最小檢測(cè)物體能把最上端光軸完全遮住的最上方位置，到能把最下端光軸完全遮住的最下端位置，稱為安全光幕的防護(hù)高度。防護(hù)高度=光軸間距×(光軸數(shù)-1)＋2×(最小檢測(cè)物體－透鏡）20mm間距光軸間距連接電纜線防護(hù)高度25mm25mm2-3產(chǎn)品線和今后的發(fā)展面貌用于侵入檢測(cè)（安全用途）的區(qū)域傳感器，除了用在安全防護(hù)方面以外，還用在其他地方。為了選擇最合適的傳感器，對(duì)這個(gè)產(chǎn)品線的了解非常重要。下一頁的產(chǎn)品線一覽和綜合目錄里能確認(rèn)。這個(gè)產(chǎn)品線里，對(duì)選定來說最重要的是安全光幕。日本開始將ISO12100開始轉(zhuǎn)化為符合國(guó)際安全規(guī)格的JIS標(biāo)準(zhǔn)，這樣運(yùn)到海外的必須是安全光幕，國(guó)內(nèi)使用的安全光幕，要先進(jìn)行“危險(xiǎn)的大小”和“危險(xiǎn)的可能性”的評(píng)價(jià)，然后才能選擇。包括所有安全光幕和區(qū)域傳感器的產(chǎn)品線（可參見2003年綜合目錄）[安全防護(hù)用途]安全光幕侵入安全Type4SF1-P(日本國(guó)內(nèi)）SF2-EHSF4-AH微小型牢固型20mm間距:20mm間距:Type2單獨(dú)類型直列連續(xù)類型40mm間距:20mm間距:SF2-NASF2-NHSF2-AASF2-AH40mm間距:20mm間距:[非安全防護(hù)用途]通用20mm間距：SF1-N40mm間距：NA40超薄型：NA2-NPICKING微小型：NA1-PK3高亮度作業(yè)指示書型：NA1-PK5長(zhǎng)距離型：NA1-5小、薄物體檢測(cè)NA1-11光軸輸出功率SF1-F以前通用（用于安全防護(hù)用途）自動(dòng)防故障功能全球安全類型侵入安全今后通用（非安全防護(hù)用途）全球安全類型侵入安全JIS全球化以前的日本國(guó)際化將來的日本區(qū)域傳感器適合規(guī)格認(rèn)證安全光幕（區(qū)域傳感器）適合規(guī)格認(rèn)證通用（NA40/SF1/NA2）無無通用（非安全用途）無無自動(dòng)防故障功能（NA40-S/SF1-S）無廠家自己認(rèn)證國(guó)際安全等級(jí)Type2（SF2-A）Type4(SF4-A)IEC/EN61496UL491JISB9704第三方機(jī)關(guān)認(rèn)證（TUV等）國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（SF2-EH）IEC/EN61496UL491第三方機(jī)關(guān)認(rèn)證（TUV等）侵入安全（SF1-P）構(gòu)造規(guī)格勞動(dòng)省侵入安全SF1-P構(gòu)造規(guī)格勞動(dòng)省勞動(dòng)安全衛(wèi)生法規(guī)治的對(duì)象是侵入和剪斷，對(duì)一般的機(jī)械沒有特別要求，業(yè)界和廠家要自己制定安全對(duì)策。也可以綜合考慮成本、風(fēng)險(xiǎn)等來選擇傳感器。根據(jù)ISO12100等國(guó)際規(guī)定JIS化后的法規(guī)制度來評(píng)定危險(xiǎn)的大小，危險(xiǎn)發(fā)生的可能性，根據(jù)具體評(píng)定內(nèi)容來實(shí)施安全對(duì)策對(duì)應(yīng)危險(xiǎn)來選擇機(jī)種：安全等級(jí)——3以上——Type4安全等級(jí)——2以下——Type2Type2Type4應(yīng)用安全等級(jí)2以下故障程度輕割傷、擦傷等可以恢復(fù)的傷害發(fā)生危險(xiǎn)頻度少，時(shí)間短安全等級(jí)3以上事故嚴(yán)重（死亡，殘疾等不可挽回的事故）頻繁發(fā)生的危險(xiǎn)要求事項(xiàng)與安全相關(guān)的部品要切實(shí)定期檢查一個(gè)與安全相關(guān)的部品損壞后，系統(tǒng)的安全性不會(huì)喪失備份化冗余化為了防止系統(tǒng)喪失安全機(jī)能，要及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障（隨時(shí)診斷）傳感器的構(gòu)造OSSD:輸出信號(hào)開關(guān)電器在歐洲，安全光幕（區(qū)域傳感器）等安全裝置必須獲得機(jī)關(guān)等第三方單位的認(rèn)證，還有，在美國(guó)，光電安全裝置不一定要取得第三方的認(rèn)證，注：為了符合安全規(guī)格，不但要從傳感器的電路設(shè)計(jì)上考慮，也要對(duì)系統(tǒng)中其他部件的安全性進(jìn)行考慮?？刂齐娐繁O(jiān)視部(CPU)警報(bào)輸出電路投光電路受光電路控制電路監(jiān)視部(CPU)輸出電路同期警報(bào)輸出檢驗(yàn)檢驗(yàn)測(cè)試輸入OSSD（檢測(cè)輸出）※定期檢驗(yàn)受光電路控制電路A監(jiān)視部A(CPU)輸出電路B監(jiān)視部(CPU)控制電路投光電路檢驗(yàn)檢驗(yàn)指向角5°指向角2.5°投光停止輸入輸出電路A監(jiān)視部B(CPU)控制電路B檢驗(yàn)檢驗(yàn)檢驗(yàn)檢驗(yàn)ABOSSD1OSSD2自動(dòng)隨時(shí)檢測(cè)投光器受光器投光器受光器2-4輸出動(dòng)作和自動(dòng)防故障特性作為侵入檢測(cè)（安全用途）的安全光幕設(shè)計(jì)了自動(dòng)防故障功能。未侵入侵入斷線全光軸入光時(shí)ON全光軸入光時(shí)OFFON機(jī)械動(dòng)作OFF機(jī)械動(dòng)作

機(jī)械停止

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