光電開關(guān)原理及應(yīng)用-三線光電開關(guān)工作原理

光電開關(guān)原理及應(yīng)用|三線光電開關(guān)工作原理

光電開關(guān)原理及應(yīng)用鄧重一

摘要：介紹了光電開關(guān)的原理、術(shù)語、種類和運(yùn)用留意事項(xiàng)；并通過一些實(shí)例說明白光電開關(guān)的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：傳感器；光電開關(guān)；原理；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TP212.14文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

一、前言

光電開關(guān)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(qiáng)弱改變轉(zhuǎn)化為電流的改變以到達(dá)探測(cè)的目的。由于光電開關(guān)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(chǎng)合得到應(yīng)用。

二、光電開關(guān)介紹

1、工作原理

光電開關(guān)〔光電傳感器〕是光電接近開關(guān)的簡(jiǎn)稱，它是利用被檢測(cè)物對(duì)光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測(cè)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(cè)。光電開關(guān)將輸入電流在放射器上轉(zhuǎn)換為光信號(hào)射出，接收器再依據(jù)接收到的光線的強(qiáng)弱或有無對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)展探測(cè)。工作原理如圖1所示。多數(shù)光電開關(guān)選用的是波長(zhǎng)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(guān)外型圖。

2、光電開關(guān)的分類及術(shù)語說明

〔1〕、分類

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

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

③對(duì)射式光電開關(guān)：它包含了在構(gòu)造上相互分別且光軸相對(duì)放置的放射器和接收器，放射器發(fā)出的光線干脆進(jìn)入接收器，當(dāng)被檢測(cè)物體經(jīng)過放射器和接收器之間且阻斷光線時(shí)，光電開關(guān)就產(chǎn)生了開關(guān)信號(hào)。當(dāng)檢測(cè)物體為不透亮?xí)r，對(duì)射式光電開關(guān)是最牢靠的檢測(cè)裝置。

④槽式光電開關(guān)：它通常采納標(biāo)準(zhǔn)的U字型構(gòu)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(dāng)被檢測(cè)物體經(jīng)過U型槽且阻斷光軸時(shí)，光電開關(guān)就產(chǎn)生了開關(guān)量信號(hào)。槽式光電開關(guān)比擬適合檢測(cè)高速運(yùn)動(dòng)的物體，并且它能辨別透亮與半透亮物體,運(yùn)用平安牢靠。

⑤光纖式光電開關(guān)：它采納塑料或玻璃光纖傳感器來引導(dǎo)光線，可以對(duì)距離遠(yuǎn)的被檢測(cè)物體進(jìn)展檢測(cè)。通常光纖傳感器分為對(duì)射式和漫反射式。

它們的工作光線示意圖如圖3所示。

〔2〕術(shù)語說明

常見的術(shù)語示意圖如圖4所示。

①檢測(cè)距離：是指檢測(cè)體按必須方式移動(dòng)，當(dāng)開關(guān)動(dòng)作時(shí)測(cè)得的基準(zhǔn)位置〔光電開關(guān)的感應(yīng)外表〕到檢測(cè)

面的空間距離。額定動(dòng)作距離指接近開關(guān)動(dòng)作距離的標(biāo)稱值。

②回差距離：動(dòng)作距離與復(fù)位距離之間的肯定值。

③響應(yīng)頻率：在規(guī)定的1s的時(shí)間間隔內(nèi)，允許光電開關(guān)動(dòng)作循環(huán)的次數(shù)。

④輸出狀態(tài)：分常開和常閉。當(dāng)無檢測(cè)物體時(shí)，常開型的光電開關(guān)所接通的負(fù)載由于光電開關(guān)內(nèi)部的輸出晶體管的截止而不工作，當(dāng)檢測(cè)到物體時(shí)，晶體管導(dǎo)通，負(fù)載得電工作。

⑤檢測(cè)方式：依據(jù)光電開關(guān)在檢測(cè)物體時(shí)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(duì)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(guān)的指向角示意圖,即如圖4的下部三個(gè)小圖所示。

⑧外表反射率：漫反射式光電開關(guān)發(fā)出的光線須要經(jīng)檢測(cè)物外表才能反射回漫反射開關(guān)的承受器，所以檢測(cè)距離和被檢測(cè)物體的外表反射率將確定承受器接收到光線的強(qiáng)度。粗糙的外表反射回的光線強(qiáng)度必將小于光滑外表反射回的強(qiáng)度,而且，被檢測(cè)物體的外表必需垂直于光電開關(guān)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(guān)應(yīng)用的環(huán)境亦會(huì)影響其長(zhǎng)期工作牢靠性。當(dāng)光電開關(guān)工作于最大檢測(cè)距離狀態(tài)時(shí)，由于光學(xué)透鏡會(huì)被環(huán)境中的污物粘住，甚至?xí)灰恍?qiáng)酸性物質(zhì)腐蝕，以至其運(yùn)用參數(shù)和牢靠性降低。較簡(jiǎn)便的解決方法就是依據(jù)光電開關(guān)的最大檢測(cè)距離〔Sn〕降額運(yùn)用來確定最正確工作距離。

〔3〕運(yùn)用留意事項(xiàng)

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

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

③對(duì)射式光電開關(guān)最小可檢測(cè)寬度為該種光電開關(guān)透鏡寬度的80%。

④當(dāng)運(yùn)用感性負(fù)載〔如燈、電動(dòng)機(jī)等〕時(shí)，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(guān)，在這種狀況下，請(qǐng)將負(fù)載經(jīng)過溝通繼電器來轉(zhuǎn)換運(yùn)用。

⑤紅外線光電開關(guān)的透鏡可用擦鏡紙擦拭，禁用稀釋溶劑等化學(xué)品，以免永久損壞塑料鏡。

⑥針對(duì)用戶的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際要求，在一些較為惡劣的條件下，如灰塵較多的場(chǎng)合，所生產(chǎn)的光電開關(guān)在靈敏度的選擇上增加了50%，以適應(yīng)在長(zhǎng)期運(yùn)用中延長(zhǎng)光電開關(guān)維護(hù)周期的要求。

⑦產(chǎn)品均為SMD工藝生產(chǎn)制造，并經(jīng)嚴(yán)格的測(cè)試合格后才出廠，在一般狀況下運(yùn)用均不會(huì)出現(xiàn)損壞。為了幸免意外性發(fā)生，請(qǐng)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(xiàng)示意圖見圖5。

三、應(yīng)用舉例

從圖6可以看出光電開關(guān)的各種應(yīng)用。其中，圖6〔a〕為光電開關(guān)用于對(duì)材料的定位剪切限制；圖6〔b〕為用光電開關(guān)來限制液面位的上下限值，當(dāng)液面位高于或低于上下極限液面位時(shí)，光電開關(guān)限制電路可使閾門翻開或關(guān)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(duì)光的遮擋作用，檢測(cè)物體的通過個(gè)數(shù)，或物體是否存在；圖6〔d〕為利用光的直線傳播性，檢驗(yàn)產(chǎn)品是否等高排列；圖6〔e〕為將光電開關(guān)用在流水生產(chǎn)