光电开关实用电路2
【实用】光电开关的工作原理及分类PPT文档
梁召峰 副教授
光电开关的工作原理
光电开关（光电传感器）是光电接近开 关的简称，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，从而检测物体的 有无。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。
各种光电开关光线工作示意图
各种光电开关光线工作示意图 物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。 遮断型光电开关的发射器和接收器相对安放，轴线严格对准。 反射镜通常使用三角棱镜，它对安装角度的变化不太敏感，有的还采用偏光镜，它能将光源发出的光转变成偏振光(波动方向严格一致 的光)反射回去，提高抗干扰能力。 反射镜使用偏光三角棱镜，能将发射器发出的光转变成偏振光反射回去，光接收器表面覆盖一层偏光透镜，只能接受反射镜反射回来 的偏振光。 遮断型光电开关的发射器和接收器相对安放，轴线严格对准。 遮断型光电开关工作原理 漫反射型光电开关集光发射器和光接收器于一体。 漫反射型光电开关集光发射器和光接收器于一体。 反射镜反射型光电开关集光发射器和光接受器于一体，与反射镜相对安装配合使用。 反射镜反射型光电开关采用较为方便的单侧安装方式，但需要调整反射镜的角度以取得最佳的反射效果。 遮断型光电开关的发射器和接收器相对安放，轴线严格对准。 物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。 遮断式光电开关由相互分离且相对安装的光发射器和光接受器组成。 反射型光电开关分为两种情况：反射镜反射型及被测物漫反射型(简称散射型)。 当有物体在两者中间通过时，红外光束被遮断，接收器接收不到红外线而产生一个负脉冲信号。 遮断型光电开关工作原理 反射镜反射型光电开关集光发射器和光接受器于一体，与反射镜相对安装配合使用。
光电开关的原理和应用
光电开关的原理和应用光电开关是一种利用光电效应原理实现检测和控制的设备。
它通过光电传感器将光信号转换为电信号，实现对物体的检测、计数、测距等功能。
光电开关具有响应速度快、反应灵敏、使用寿命长的特点，广泛应用于自动化控制系统中。
本文将介绍光电开关的原理、分类以及在工业生产和日常生活中的应用。
一、光电开关的工作原理光电开关的工作原理基于光电效应。
光电效应是指在光照射下，物质中的电子吸收光能并发生电离现象。
光电开关利用光电效应来实现信号的检测和控制。
其工作过程包含光电传感器和光电控制器两个部分。
光电传感器：光电传感器是光电开关中最重要的组成部分，它通常由光源、光敏元件和光电电路三部分组成。
光源发射光线照射到被测物体上，被测物体反射的光线再经过光敏元件接收。
光敏元件可以是光电二极管、光敏电阻、光敏三极管等。
当光线照射到光敏元件上时，光敏元件会产生电流或电压信号，完成对光信号的转换。
光电控制器：光电控制器是光电开关中的控制部分，其主要功能是对光敏元件输出的信号进行放大、滤波和判别。
根据不同的应用需求，光电控制器可以进行信号增强、阈值设置、控制输出等操作，使得光电开关能够适应不同环境下的检测要求。
二、光电开关的分类光电开关可以根据不同的工作原理和检测方式进行分类。
1. 按照工作原理分类：根据光电效应的不同机理，光电开关可以分为光电导型开关和光电障碍型开关。
光电导型开关：光电导型开关是利用光敏电阻的变化来实现控制开关的工作。
当被测物体出现时，光源照射到光敏电阻上，光敏电阻的阻值发生变化，从而改变了电路的导通状态。
光电障碍型开关：光电障碍型开关是利用物体进入或离开光束来实现控制开关的工作。
当被测物体进入或离开光束时，光线被遮挡或接收，从而改变了光敏元件的光信号，进而控制开关的状态。
2. 按照检测方式分类：根据被测物体与光电传感器之间的相对位置，光电开关可以分为接近式光电开关和光电遮挡式开关。
接近式光电开关：接近式光电开关是通过测量物体与光电传感器之间的距离，实现对物体的接近与离开的检测。
光电开关简介ppt课件可修改文字
光幕应用（续） 木材外形截面积检测
光幕应用（续）
光幕可检 测出带材在 卷曲过程中 的偏移，经 控制器和执 行机构使带 材向正确的 方向运动 （纠偏）。
纠偏
光幕应用（续）
光幕用于 自动收费系统的
车辆检测
超限超载车辆经过固定式称重台时， 计算机管理系统自动生成车牌号，轮轴 数.车货总重，车长，车速，车辆通过后 红外线收尾系统自动提示检测完毕.
反射式光电
直射型光电开关的发射器和接收器相对安放，轴线严格对准。 相应地，接收光电元件的输出信号经40kHz选频交流放大器及专用的解调芯片处理，可以有效地防止太阳光、日光灯的干扰，又可减
断续器 小发射LED的功耗。
反射镜使用偏光三角棱镜，能将发射器发出的光转变成偏振光反射回去，光接收器表面覆盖一层偏光透镜，只能接受反射镜反射回来 的偏振光。 被测物漫反射型光电开关原理 请写出转速与频率的关系式 光电断续器是较便宜、简单、可靠的光电器件。 它广泛应用于自动控制系统、生产流水线、机电一体化设备、办公设备和家用电器中。 漫反射型光电开关的应用 直射型光电开关的发射器和接收器相对安放，轴线严格对准。 当被检测物体位于发射器和接受器之间时，光线被阻断，接受器接受不到红外线而产生开关信号。 反射型光电开关分为两种情况： 被测物漫反射型（简称散射型）。 反射镜使用偏光三角棱镜，能将发射器发出的光转变成偏振光反射回去，光接收器表面覆盖一层偏光透镜，只能接受反射镜反射回来
光电断续器外形
两个柱形结构相对而立，每隔数十毫米安装一对发光二极管和光敏接收管，形成光幕，当有物体遮挡住光线时，传感器发出报警信号。 超限超载车辆经过固定式称重台时，计算机管理系统自动生成车牌号，轮轴数. 超限超载车辆经过固定式称重台时，计算机管理系统自动生成车牌号，轮轴数. 遮断式光电开关（计数） 光电开关在流 水线上的应用 一、光电开关的结构和分类 反射镜反射型光电开关集光发射器和光接受器于一体，与反射镜相对安装配合使用。 漫反射型光电开关的应用 光幕可检测出带材在卷曲过程中的偏移，经控制器和执行机构使带材向正确的方向运动（纠偏）。 被测物漫反射型（简称散射型）。 车货总重，车长，车速，车辆通过后红外线收尾系统自动提示检测完毕. 定区域式光电开关有一个非常确定的检测区域，不经过该区域的被测物体不会引起光电开关产生开关信号。 反射镜使用偏光三角棱镜，能将发射器发出的光转变成偏振光反射回去，光接收器表面覆盖一层偏光透镜，只能接受反射镜反射回来 的偏振光。 但在实际制作中，上下两路总存在干扰，很难提高测量精度。 对于漫反射式光电开关发出的光线需要被检测物表面将足够的光线反射回接收器，所以检测距离和被检测物体的表面反射率及粗糙程 度将决定接收器接收到光线强度，被检测物体的表面还应尽量垂直于光电开关的发射光线。 光电断续器可分为直射式（槽式）和反射型两种。 直射式光电开关由相互分离且相对安装的光发射器和光接受器组成。 红外LED的正向压降约为1. 超限超载车辆经过固定式称重台时，计算机管理系统自动生成车牌号，轮轴数. 光电断续器是较便宜、简单、可靠的光电器件。
NPN和PNP型三极管及光电开关详解(摘)
开关三极管的工作原理：截止状态：当加在三极管发射结的电压小于PN结的导通电压，基极电流为零，集电极电流和发射极电流都为零，三极管这时失去了电流放大作用，集电极和发射极之间相当于开关的断开状态，即为三极管的截止状态饱和导通状态：当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压，并丐当基极的电流增大到一定程度时，集电极电流不再随着基极电流的增大而增大，而是处于某一定值附近不再怎么变化，此时三极管失去电流放大作用，集电极和发射极之间的电压很小，集电极和发射极之间相当于开关的导通状态，即为三极管的导通状态。
开关三极管正是基于三极管的开关特性来工作的。
PNP型三极管：由2块P型半导体中间夹着1块N型半导体所组成的三极管,称为PNP型三极管。
也可以描述成,电流从发射极E流入的三极管. PNP型三极管发射极电位最高,集电极电位最低,UBE<0.NPN型三极管：由2块N型半导体中间夹着一块P型半导体所组成的三极管,称为NPN型三极管. 也可以描述成,电流从发射极E流出的三极管.两者的区别：NPN和PNP主要就是电流方向和电压正负不同，说得“丏业”一点，就是“极性”问题。
NPN 是用 B→E 的电流（IB）控制 C→E 的电流（IC），E极电位最低，丐正常放大时通常C极电位最高，即 VC > VB > VE。
PNP 是用 E→B 的电流（IB）控制 E→C 的电流（IC），E极电位最高，丐正常放大时通常C极电位最低，即 VC < VB < VE。
PNP与NPN型传感器其实就是利用三极管的饱和和截止，输出两种状态，属于开关型传感器。
但输出信号是截然相反的，即高电平和低电平。
NPN输出是低电平0，PNP输出的是高电平1。
接近开关：接近开关有两线制和三线制之区别，三线制接近开关又分为NPN型和PNP 型，它们的接线是不同的。
请见下图所示：三线制简单的讲就是信号输出分PNP型（24V输出）和NPN型（0V输出）。
光电开关原理及应用
动作距离与复位距离之间的绝对值。
（3） 响应频率：
在规定的1s的时间间格内，允许光电开关动作 循环的次数。
（4） 输出状态：
分为常开和常闭，当无检测物体时，常开型的 光电开关所接通的负载由于光电开关内部的输 入晶体管的截止而不工作，
当检测到物体时，晶体管导通，负载得电工作。 常闭型的光电开关所接通的负载由于光电开关 内部的输入晶体管的导通而工作，当检测到物 体时，晶体管截止，负载失电不工作。常用的 为常开型。
除上面介绍的外, 光电开关还在许多方面得到 了应用,例如行程控制,直径控制,转速检测,气流 量控制等方面.
（9）环境特性：
光电开关应用的环境也会影响其长期工作可靠 性。当光电开关工作于最大检测距离状态时， 由于光学透镜会被环境中的污物沾住，甚至会 被一些强酸性的物质腐蚀，以至其使用参数和 可靠性降低。较简单的解决办法就是根据光电 开关的最大检测距离降额使用来确定最佳工作 距离。
使用注意事项
（1）红外线传感器属于谩反射型的产品， 采用的标准检测物为平面的白色画纸。
(5) 针对现场实际要求,可对灵敏度进行 选择,以适应在长期使用中延长光电开关 维护周期.
应用
光电开关的各种应用.(1)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;(2) 利用物体对光的直线传播性,检测是否等高排列 等;(3)将光电开关拥在流水线上,来检测产品的 个数;(4)用于材料的定位剪切控制;(5)控制液面 的上下限等.
分类
（1） 漫反射式光电开关： 它是一种集发射器和接收器于一体的传
感器，当被测物体经过时，物体将光电 开关发射的足够量的光线反射到接受器， 于是光电开关就产生了开关信号，当被 检测物体的表面光亮或其反光率极高时， 漫反射式光电开关是首选的检测模式。 用在包卷输送线和奖包输送线。
【精选】槽型光电开关的应用和检测与LM393运用电路
【精选】槽型光电开关的应用和检测与LM393运用电路槽型光电开关的应用和检测现在，各种光电开关在自动监测、自动控制、自动计数等生产领域得到了广泛的应用。
在实际生产维修当中，笔者根据光电开关的工作原理，利用两只万用表，对槽型光电开关的好坏进行快速判别。
现以电动绕线机上计数用的槽型光电开关为例(也有称为"凹型光电开关的)，将测试方法介绍给大家。
槽型光电开关实物图见图1，内部原理图见图2。
先把万用表拨在R×100挡，两表笔分别测C、E的正、反向电阻应为无穷大，否则已损坏或性能变差。
再把黑表笔搭在C脚，红表笔搭在E脚，然后把另一只万用表拨在R×1挡，其黑表笔搭在A脚，红表笔搭在K脚，利用万用表内部电池电压使光电发射管工作，此时C、E脚的电阻值马上降为较小值。
拿掉A、K脚表笔，C、E脚电阻值马上恢复为无穷大。
如把黑表笔搭在K脚，红表笔搭在A脚，则C、E无穷大电阻值不变，即可判断光电开关基本正常。
把搭A、K脚的万用表拨到R×lO或R×100挡时，C、E脚的导通电阻值将逐步增大，这主要是随着万用表电阻挡位的增大，其电阻挡"输出"的工作电流也随着下降，使流过光电发射管的电流变小，发射红外线能力变弱，光电接收管的导通电阻也随着增大，可进一步证明光电开关正常。
需要说明：如一只采用指针式万用表，另一只采用数字式万用表，测试时应把数字式万用表接C、E脚，指针式万用表接A、K脚。
这是由于数字式万用表的二极管挡或电阻挡只能提供微小的电流，不足以使光电开关中的发射管正常工作。
在实际应用当中，光电开关的大小和形状因使用场合、用途的不同而干差万别。
槽式光电开关通常是标准的凹字形结构，其光电发射管和接收管分别位于凹形槽的两边，并形成一光轴。
当被检测物体经过凹形槽并阻断光轴时，光电开关就产生了检测到的开关信号。
槽式光电开关安全可靠，适合检测高速变化的生产监测场所。
itr光电开关基本电路
itr光电开关基本电路
摘要：
1.ITR 光电开关概述
2.ITR 光电开关基本电路
3.ITR 光电开关的工作原理
4.ITR 光电开关的应用领域
正文：
1.ITR 光电开关概述
ITR 光电开关，全称Infrared Transmitter and Receiver，即红外线发射器与接收器，是一种利用红外线进行检测的电子元器件。
ITR 光电开关具有响应速度快、检测距离远、抗干扰能力强、尺寸小等特点，因此在各种自动控制和检测设备中得到了广泛的应用。
2.ITR 光电开关基本电路
ITR 光电开关的基本电路主要由发射器、接收器和信号处理电路三部分组成。
发射器通常采用红外线发射二极管，接收器则采用红外线接收二极管或光敏电阻。
信号处理电路负责对发射器和接收器之间的信号进行放大、滤波和处理，从而实现对红外线的检测。
3.ITR 光电开关的工作原理
ITR 光电开关的工作原理是基于红外线的反射和接收。
当发射器发出红外线时，如果接收器前方有物体存在，红外线会被物体反射回接收器，从而实现对物体的检测。
如果没有物体存在，红外线则会直接照射到接收器上，使得接收器产生电流。
通过检测接收器是否有电流流过，即可判断物体是否存在。
4.ITR 光电开关的应用领域
ITR 光电开关广泛应用于各种自动控制和检测设备中，例如自动门、自动售货机、流水线检测、安防监控等。
光电开关原理图
光电开关原理图光电开关是一种利用光电传感器原理来检测物体存在或不存在的一种开关装置。
它通过光电传感器将光信号转换成电信号，实现对物体的检测和控制。
光电开关通常由发射器和接收器两部分组成，发射器发出红外光束，接收器接收光束，当有物体遮挡光束时，接收器将不再接收光束，从而产生信号，实现对物体的检测。
光电开关原理图主要包括以下几个部分：1. 发射器，发射器通常由红外发光二极管组成，它能够发出红外光束，这种光束在空气中不可见，但能够被光电传感器接收到。
发射器的位置通常与接收器相对，两者之间形成一条光束，用于检测物体的存在与否。
2. 接收器，接收器通常由光敏二极管组成，它能够接收发射器发出的光束。
当有物体遮挡光束时，接收器将不再接收到光束，从而产生信号，用于控制相关设备的启停或者其他操作。
3. 控制电路，控制电路通常由放大电路、比较电路和输出电路组成。
放大电路用于放大接收器接收到的光信号，比较电路用于比较光信号的强弱，输出电路用于控制相关设备的启停或者其他操作。
4. 电源，光电开关通常需要外部直流电源供电，电源的稳定性和电压的合适性对光电开关的正常工作起着至关重要的作用。
光电开关原理图的设计需要考虑以下几点：1. 发射器和接收器的位置关系，发射器和接收器之间的距离和位置关系决定了光束的有效检测范围，需要合理设计以满足实际应用需求。
2. 光束的稳定性，光束的稳定性对光电开关的检测精度和稳定性有着重要影响，需要合理设计发射器和接收器，以确保光束的稳定传输。
3. 控制电路的设计，控制电路需要根据实际应用需求进行合理设计，以确保光电开关能够准确、稳定地对物体进行检测和控制。
4. 电源的选择和设计，电源的选择和设计需要考虑光电开关的功耗和电压要求，以确保光电开关能够正常工作。
光电开关原理图的设计需要根据实际应用需求进行合理设计，以确保光电开关能够稳定、准确地对物体进行检测和控制。
在设计过程中，需要充分考虑发射器和接收器的位置关系、光束的稳定性、控制电路的设计和电源的选择和设计等因素，以确保光电开关的可靠性和稳定性。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
光电开关实用电路（2）
漫反射式NPN型 NO输出
本文介绍的NPN型常开输出光电开关电路，是利用CMOS集成电路为核心制作的最基本的漫反射电路。
以这种电路生产的光电开关在工业自动化生产线及各种行业中得以广泛使用，且性能稳定、工作可靠。
电路以是CD4013B双D触发器为核心，外加一些元器件组成的。
CD4013B 是集成触发器芯片，内部有两个独立的D触发器。
每个触发器都有一个置位端（SET),复位端（RESET),时钟端（CLOCK),数据输入端（DATA),两个输出端Q和Q/端。
图1为CD4013B的封装形式，图2为引脚排列。
图1 CD4013B二种封装形式 图2 CD4013B引脚排列 CD4013B使用电压范围：3-18V。
CD4013B双D触发器引脚功能：1、1Q；2、1Q反；3、1CP；4、1R；5、1D；6、1S；7、Vss；8、2S；9、2D；10、2R；
11、2CP；12、2Q反；13、2Q；14、V DD。
Q-原码输出端，Q反-反码输出端，CP-时钟输入端，R-直接复位端，D-数据输入端，S-直接置位端，V DD-电源正，V SS-接地端。
CD4013B双D触发器的引脚功能如表1所示，CD4013B双D触发器的真值表如表2所示。
表1 CD4013B引脚功能表
表2 CD4013B真值表
CD4013B的逻辑图见图3。
图3 CD4013B逻辑图
从真值表可见，当R为1、S为0时，无论D和CL（时钟）为什么状态，输出Q一定为0，因此R可称为复位端。
当S为1、R为0时，输出Q一定为1，s称为置位端。
当R、S均为0时，Q在CP端有脉冲上升沿到来时动作，具体是Q=D，即若D为1则Q也为1，若D为0则Q也为0。
CD4013B可用作单稳态电路，双稳态电路及无稳态电路。
所以利用这个集成电路的功能和特性，可用来设计实用的光电开关电路。
本文讨论的电路就是采用CD4013B双D触发器功能设计的漫反射式NPN型光电开关，其中一个触发器(a)与有关的元器件构成脉冲振荡发生器，从图中可见这是一个多谐振荡器，振荡产生的脉冲信号的波形及占空比、频率等参数取决于阻容元件值，可通过改变其数值来实现改变脉冲信号的频率，本电路的发射的红外脉冲频率一般可调整在1000HZ左右，这个电路与平常所见的CD4013做成的振荡器不同，输出的波形不是方波而是矩形脉冲波，其频率、占空比可按图中相关参数计算，脉冲波的波形可见图5。
其振荡电路可见图4。
图4 CD4013B（a）触发器组成的脉冲振荡电路
对应于图4所标注的u r、u Q、u Q/其振荡波形见图5
图5 振荡器输出的脉冲波形
脉冲信号经晶体管Q4、Q5所组成的开关电路推动发射二极管发射近红外光，其电路和输出波形见下图6。
为了提高发
射效率增大发射电流所以Q5发射极和集电极分别接在V CC和V SS上。
图6红外发射波形
光电开关的接收管接收到反射回来的红外脉冲信号，是由晶体三极管所组成的交流放大电路进行放大的。
光电开关放大电路对外界的影响比较敏感，如温度、环境光和其它干扰等，因此外界对电路的影响是要考虑的必要因素，而分压式偏置放大电路本身具有电流直流负反馈稳定静态工作点、抑制零点漂移的特点，这种电路适合精度要求比较高的地方。
所以在光电开关电路设计中采用这种电路对接收到的信号进行放大是比较合适的。
本电路中下偏置电阻采用10K可调电阻，当改变其阻值时实质上就改变了基极电压，相应的就改变了静态工作点，从而使电路的放大倍数发生改变。
表观的就是光电开关的检测距离的大小发生变化，所以此电阻也称为灵敏度调节电阻。
关于晶体管发射极串联电阻，并在8.2K 电阻并联电容的作用在晶体管分压偏置放大电路中都有详细的讨论，这里不再细述了。
此放大电路的晶体管放大倍数一般选150-200，可用C1740或C2785等小功率三极管。
放大后的脉冲信号直接输入至CD4013B的另一个触发器（b）的数据输入端（D），其电路见图7，CP（3）和D（5）输入波形见图8。
图7 输出电路
图8 触发器（b）D 和CP输入波形
电路中CD4013B（b）构成一双稳态电路，常态时（无接收信号）Q端输出为高电平，晶体管Q6截止，Q7也关断则Q7集电极输为高电平，无电流流过负载（即所谓的常开NO）。
当光电开关接收到反射回来的红外信号时，在触发信号作用下触发器状态发生翻转，输出端Q从高电平转换为低电平，输出的是矩形波。
这时晶体管Q6从原先的截止状态变为导通，则Q7也导通，Q7的集电极从原来的高电平转变为低电平，带动负载工作，流过负载的最大电流100毫安左右。
触发器（b）的数据输出端Q的输出脉冲波形和频率与光电开关检测物的感应的频繁程度有关，比如检测物体的个数，当一个物经过开关的检测面时，Q端就输出一个脉冲，感应n次就输出n个脉冲，所以可以用光电开关来实现计数功能。
为了使开关的前置电路稳定可靠地工作所以本电路采用串联型稳压。
即使电源电压在10-30V之间变化也不影响其正常工作，由电路可见此稳压方式输出的电压稳定在8V左右，从而保证集成电路及前级放大电路可靠工作。
也可适当地调整稳压电路的输出电压，但电路相应稍有变化。
稳压电源部分的电路见下图9：
图10为光电开关完整电路图
图10 NPN NO光电开关电路
光电开关元件的选择：在制作光电开关时可选用贴片式器件，电路板可做到14*30mm尺寸，若用SMT生产线批量生产，则产品有较低缺陷率而且可靠性也高。
滤波电容可采用体积小、性能稳定的钽电容，振荡电容要求用高频电容，其他电容可用独石电容。
三极管有关参数可参考电路图标出的晶体管型号。
光电接收二极管和发射二极采用金属外壳封装，接收管若采用光电三极管抗干扰能力会增强，但相应的前置电路要略加修改。
光电开关的检测距离除电路本身设计时确定参数等因素外还与采用的透镜有关，对最普通的M18圆柱型光电开关其检测距离可调节在8-30cm之间，其它外形的光电
开关检测距离可以做的更大一些。
本电路正常工作的适用电压在10-30VDC,为了防止误接电源采用二极管1N4001进行极性保护。
本电路适合生产工业级的光电开关，如M18型、M30型等圆柱形、方型或其它形状的光电传感器，由于光电开关用途广泛所以在自动控制、物体检测、产品计数、安全防护等领域有十分广泛的应用。
潘多拉
2013.05.10。