| 一、光電開關原理與分類 1:按檢測形式的分類 (1)對射式 對射式是由一個發射器與一個接收器相對配置的,發射器發射出的光指向接收器,發射器與接收器之間組成一個閉合光路,通過對光路的光被遮斷或光衰減來進行檢測的一種檢測形式。這種檢測形式作用距離比較長,但需要一個發射器并需要配電;在某些應用場合比如空間狹小,不合適配電的運用上比較麻煩。如圖1a: |
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圖1a
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| ②發射器與接收器一體化,光傳輸為直流方式的非調制信號,主要小型縫隙光電開關,如U型、C型的槽型光電開關。如圖1b: |
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圖1b
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| (2)直接反射式 這種方式是把發射器與接收器構為一體,發射器發射的光直接照射到被檢測物上,根據反射光的變化情況來進行檢測的??梢哉f是近似人的眼睛的一種檢測器。與對射式相比作用距離比較短,只需要單線配電即可,屬于通用檢測器。如圖2: |
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| 圖2 |
| (3)鏡面反射式 ①這種方式是把發射器與接收器構為一體,光電開關對置反角矩陣射鏡,發射器的光被反射鏡后反饋回接收器,光電開關與角矩陣反射鏡(多棱鏡)形成閉合光路,通過對光路的光被遮斷或光衰減來進行檢測的一種檢測形式,這種檢測形式作用距離比對射式短,比直接反射式較長。只需要單線配電即可,由于采用反射鏡光軸的調整比對射式容易;反射鏡由多棱鏡角矩陣板或微晶玻璃顆粒反射膜等。如圖3a: |
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| 圖3a |
| ②具有M.S.R功能的反射器式光電開關,如果被檢測物是平面而且有光澤,則會產生誤動作,欲解決此問題,可采用M.S.R功能,它的主要工作原理是基于角矩陣反射器能使偏振光方向改變90°,采用互相垂直的偏振光膜片放在雙鏡頭前,所以使用角矩陣反射器,光路閉合。如果是平面鏡或反光率比較的物體(如:玻璃瓶等)不能改變偏振方向,由它阻擋而產生的反射光不能進入受光器,因此它可以很容易被檢測到,從而解決了由它表面反射而它引起的誤動作問題。如圖3b: |
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| 圖3b |
| (4)輻射光檢測形式 通過對被檢測物體輻射出的光進行檢測的形式。如用于鋼鐵行業的對加熱的鐵輻射出的紅外線進行檢測的光電開關。如圖4: |
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| 圖4 |
| (5)限定反射式 這種方式是把發射器與接收器構為一體,發射器與接收器形成一個角度,發射光軸與接收光軸交叉區域靈敏度最佳。如圖5: |
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| 圖5 |
| (6)夾角式 這種方式是把發射器與接收器構為一體,發射器與接收器形成一個角度,發射光聚焦點與接收光聚焦交叉區域檢測物體,用于精細檢測,如標記檢測等。如圖6: |
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| 圖6 |
| (7)同軸檢測式(單鏡頭) 這種方式是把發射器與接收器構為一體,發射光通過鍍膜的半透明鏡片45°折射后通過鏡頭聚焦發射出去,接收光線通過聚焦鏡頭入射到接收器,主要用于標志檢測。目前主流的顏色傳感器、標志傳感器大多采用這樣方式。如圖7: |
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| 圖7 |
| (8)光導纖維式 光導纖維簡稱光纖,目前光纖式光電開關的光纖基本是兩種,一種塑料光纖,價位比較低,普通檢測使用;另一種玻璃光纖,價位比較高,一些檢測精度比較高的場合。 ①:對射式,把光纖套入發射器,把光纖套入接收器,光纖檢測頭相對安置。如圖8a: |
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| 圖8a |
| ②:直接反射式,發射器與接收器構為一體,把光纖套入發射器與接收器(光纖放大器),光纖頭為兩根光纖并行,直接檢測物體。如圖8b: |
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| 圖8b |
| ③:同軸反射,發射器與接收器構為一體,把光纖套入發射器與接收器(光纖放大器)。光纖頭為兩根光纖并為一根的形式,發射光纖在中間,接受光纖圍著其圓周排列。可以直接反射與鏡面反射,取決于光纖放大器的光學結構。如圖8c: |
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| 圖8c |
| 2:按檢測方法的分類 (1)光量法 目前大多數光電開關用來檢測物體有無的均為光量方式,既光源受物體遮蔽或發生反射、輻射和遮光導致受光量變化來檢測對象的有無。 (2)三角測距法 光量方式容易受到物體表面的光潔度、粗糙度、顏色所影響,因此在一些要求比較高的場合就需要采用距離法檢測。 (3)激光測量法 由激光器對被測目標發射一個光信號, 然后接受目標反射回來的光信號,通過測量光信號往返經過的時間, 計算出目標的距離。 3:按光源種類的分類 光源目前采用的大多是發光二極管(LED),根據不同使用目的的區別使用。 (1)白熾燈式(可見光) 用于需要白光的標志檢測器,由于壽命與抗震性能,現在使用比較少。 (2)發光二極管(LED)式(可見光、近紅外光) 具有調制容易、壽命長、小型、功耗小、抗震等優點是光電開關理想的光源,可用于各種用途。 (3)熒光式(可見光) 主要用于需要長度的光電系統(圖像傳感器等) (4)紫外光式(不可見光) 通過照射紫外線用于檢測發生可見光的物體(熒光整理疵點、食品中的異物等)。 (5)氣體激光式(可見光) 光束比較強,用于探傷系統、條形碼系統、及強光衰減大的場合,如蒸汽、煙霧、火焰等場合。 (6)半導體激光式(紅光、近紅外光) 具有較強的透射率和容易調制的特性,用于如蒸汽、煙霧、火焰等場合鋼鐵行業與安防。 4:按光源調制種類的分類 (1)直流光式 使發射器的光線為不變的直流光,包括白熾燈和用直流驅動的發光二極管。這種方式有線路簡單、響應速度快的特點,但是抗光干擾比較弱,目前僅在較短的距離檢測中使用。 (2)調制式 ①、脈沖調制式 使發射器發的出光線為具有一定頻率的脈沖波,一般稱為調制光,采用這種方式除了可以獲得峰值很高的光脈沖功率外,還可以對接收器輸出采用具有頻率選擇的交流放大器進行放大,從而減少周圍光線和電氣噪聲的影響,這是目前國內外使用最廣的一種方式。 ②機械旋轉調制式 對光源用棱鏡或轉盤孔旋轉后,提取脈沖信號,如用于區域檢測和熱金屬輻射的掃描檢測等。 ③、掃描式 將多個發射器與接收器組合,通過同步信號逐一掃描,防止相互干擾。如用于光幕傳感器。 5:按供電種類的分類 (1)直流式 采用直流電壓供電的形式,一般大多采用12-24V(10-30V)的直流電壓的供電。 (2)交流式 采用交流電壓供電,電壓范圍為90-240V交流電,滿足110VAC與220VAC場合的供電 (3)直流交流混合式 直流電壓與交流電壓都可以直接接入同一個供電回路的形式,直流電壓范圍12-240V,交流電壓范圍24-240V,此形式適應性比較靈活,不需要考慮配電的問題。 6:按輸出種類的分類 (1)三極管NPN輸出 (2)三極管PNP輸出 (3)三極管NPN與PNP混合輸出 (4)固態隔離無觸點輸出 (5)繼電器觸點輸出 (6)可控硅輸出 (7)模擬電壓 (8)模擬電流 (9)數據信號 7:按結構種類的分類 (1)內藏放大器式 即把發光、感光元件和放大電路、信號處理電路、開關驅動電路裝配在一個殼體里,接通直流電源就可以獲取ON-OFF開關輸出,不需要專用放大器,抗噪音能力強,壽命長,電纜線可延長等優點,是主流的一種光電開關。 (2)放大器分離式 這是種早期采用比較多的方式,發光、感光元件裝在探頭內,用屏蔽線與專用放大器(光電開關主體)連接。主要是探頭可以安裝在比較狹小的空間對比較小的物體進行檢測,但是有抗噪聲能力的問題。隨著技術的發展,內藏放大器式的光電開關的體積越來越小;這種形式采用相對較少,尤其是光纖傳感器的發展。 (3)光纖式 這種光電開關是放大器分離式與內藏放大器式結合的產品,通過光纖才傳輸光信號,光電開關主體上套上光纖線,另一頭光纖探頭可以對被檢測物體進行檢測,其優點光纖探頭比較小,可以檢測比較微小的物體,光纖線傳輸的只是光信號,所以不用考慮放大器分離式那樣需要考慮抗噪聲能力的問題。 (4)自控式 這種光電開關是具有一定功能性的。把發光、感光元件和放大電路、信號處理電路、開關驅動電路、電源、繼電器等都裝配在一起,接上交流或直流電源就可以工作。同時還具有其他一些功能如動作信號的延時、光電開關的信號靈敏度調節等。 |