光电开关原理
【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。
光电开关工作原理
光电开关原理及应用一、前言光电开关是传感器大家族中的成员，它把发射端和接收端之间光的强弱变化转化为电流的变化以达到探测的目的。
由于光电开关输出回路和输入回路是电隔离的（即电缘绝），所以它可以在许多场合得到应用。
? ?二、光电开关介绍1、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，从而检测物体有无的。
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。
工作原理如图1所示。
多数光电开关选用的是波长接近可见光的红外线光波型。
图2是德国SICK公司的部分光电开关外型图。
2、光电开关的分类及术语解释（1）、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，当有被检测物体经过时，物体将光电开关发射器发射的足够量的光线反射到接收器，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，漫反射式的光电开关是首选的检测模式。
②镜反射式光电开关：它亦集发射器与接收器于一体，光电开关发射器发出的光线经过反射镜反射回接收器，当被检测物体经过且完全阻断光线时，光电开关就产生了检测开关信号。
③对射式光电开关：它包含了在结构上相互分离且光轴相对放置的发射器和接收器，发射器发出的光线直接进入接收器，当被检测物体经过发射器和接收器之间且阻断光线时，光电开关就产生了开关信号。
当检测物体为不透明时，对射式光电开关是最可靠的检测装置。
④槽式光电开关：它通常采用标准的U 字型结构，其发射器和接收器分别位于U型槽的两边，并形成一光轴，当被检测物体经过U型槽且阻断光轴时，光电开关就产生了开关量信号。
槽式光电开关比较适合检测高速运动的物体，并且它能分辨透明与半透明物体,使用安全可靠。
⑤光纤式光电开关：它采用塑料或玻璃光纤传感器来引导光线，可以对距离远的被检测物体进行检测。
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。
光电开关工作原理
光电开关原理及应用一、前言光电开关是传感器大家族中的成员，它把发射端和接收端之间光的强弱变化转化为电流的变化以达到探测的目的。
由于光电开关输出回路和输入回路是电隔离的（即电缘绝），所以它可以在许多场合得到应用。
? ?二、光电开关介绍1、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，从而检测物体有无的。
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。
工作原理如图1所示。
多数光电开关选用的是波长接近可见光的红外线光波型。
图2是德国SICK公司的部分光电开关外型图。
2、光电开关的分类及术语解释（1）、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，当有被检测物体经过时，物体将光电开关发射器发射的足够量的光线反射到接收器，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，漫反射式的光电开关是首选的检测模式。
②镜反射式光电开关：它亦集发射器与接收器于一体，光电开关发射器发出的光线经过反射镜反射回接收器，当被检测物体经过且完全阻断光线时，光电开关就产生了检测开关信号。
③对射式光电开关：它包含了在结构上相互分离且光轴相对放置的发射器和接收器，发射器发出的光线直接进入接收器，当被检测物体经过发射器和接收器之间且阻断光线时，光电开关就产生了开关信号。
当检测物体为不透明时，对射式光电开关是最可靠的检测装置。
④槽式光电开关：它通常采用标准的U字型结构，其发射器和接收器分别位于U型槽的两边，并形成一光轴，当被检测物体经过U型槽且阻断光轴时，光电开关就产生了开关量信号。
槽式光电开关比较适合检测高速运动的物体，并且它能分辨透明与半透明物体,使用安全可靠。
⑤光纤式光电开关：它采用塑料或玻璃光纤传感器来引导光线，可以对距离远的被检测物体进行检测。
光电开关的工作原理
光电开关的工作原理
光电开关是一种使用光电效应来检测和测量物体位置、距离、速度等参数的传感器。
它包含一个光源和一个光敏接收器，通过光源发出光束，并通过光敏接收器接收光束的强度变化来判断物体的存在或者运动状态。
光电开关的工作原理如下：
1. 发射光束：光电开关中的光源通常为红外光源，它能够产生一个红外光束。
这个光束会沿着一条直线或者一个区域发射出去。
2. 接收光束：光电开关中的光敏接收器通常为光电二极管或光电三极管。
它会接收到光源发出的光束，并将光束转化为电信号。
3. 检测物体：当没有物体遮挡光束时，光束会被光敏接收器接收到，并转化为一个特定的电信号，表示物体不存在。
4. 遮挡检测：当有物体遮挡光束时，光束中的一部分或全部会被物体阻挡住，光敏接收器接收到的光强度会减小。
这时，光敏接收器会将光束的强度变化转化为一个电信号，表示物体存在。
5. 信号处理：光电开关通常会对光敏接收器接收到的电信号进行放大、滤波等处理，以保证信号的准确性和稳定性。
光电开关的工作原理可以应用于很多领域，例如自动门控制、流水线物体检测、机器人导航等等。
它具有响应速度快、精度高、可靠性好等优点，在物体检测和测量方面有着广泛的应用。
npn光电开关工作原理
npn光电开关工作原理
npn光电开关是一种通过光敏元件、发光二极管和晶体管等装置实现光电转换的开关。
npn是指晶体管的结构，其中N型材料夹在P型材料中间。
npn光电开关的工作原理如下：
1. 通过电路控制发光二极管发出一定量的光，该光传播到检测侧
并照射到光敏元件上。
2. 光敏元件吸收光能，释放出电子，产生电流。
当电流大小达
到一定阈值时，就会让晶体管的基极得到足够的控制电流，将晶体管
打开。
3. 当晶体管打开时，电源正极就被连接到输出端口，电源负极被
连接到原来就在的端口。
这就使得电路中有电流流动，输出信号被触发。
4. 当光源消失或受到屏蔽后，光敏元件就无法接收到光，并因而
不再产生电流，晶体管失去控制电流，即关闭。
输出端口的电势也会
变为接地状态。
总之，npn光电开关通过光敏元件的光电转换和晶体管的放大控制，实现了光信号转成电信号，从而触发开关，达到输出信号或控制电路
的目的。
光电开关测速原理
光电开关测速原理
光电开关又称光电隔离器、光控开关、光脉冲开关等，是一种利用光信号作为控制信号的自动开关。
当被控对象与光栅作动时，它能将电信号转换为光信号。
当输入端接有电压时，它又能将电信号转换成电脉冲。
光电开关主要用于测量高速运动物体的速度，由于它的动作速度很快，所以又称“瞬时型”光电开关。
光电开关测速原理：在测速机的输入端接入一个光敏电阻，当有物体经过光敏电阻时，光敏电阻的阻值发生变化，从而引起光敏电阻两端的电压发生变化，从而使光电开关输出一个与该物体速度成正比的脉冲信号。
将一个光电开关安装在汽车发动机缸体上，当有物体经过时，光电开关内部的两个光敏电阻就会发生变化，从而引起两个光敏电阻两端的电压发生变化。
当检测到有物体经过时，两个光敏电阻就会有一个电压发生变化，另一个没有变化。
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常开光电开关工作原理
常开光电开关工作原理
光电开关工作原理是利用光电元件的特性来实现光电转换和检测。
其基本原理可以分为以下几个步骤：
1. 光电转换：当光线照射到光电开关的光电元件上时，光线中的光子会激发光电元件中的电荷。
光电元件一般是由光敏元件和电荷传输元件组成，常用的光敏元件有光电二极管（Photodiode）和光敏三极管（Phototransistor）。
光电元件根
据所使用的材料和结构不同，可以选择适合的光波段进行光电转换。
2. 信号放大：经过光电转换后，光电元件会输出微弱的电流信号。
为了提高信号的幅度和质量，需要使用放大电路来放大信号，使其能够被后续电路和设备识别和处理。
3. 检测判断：放大后的信号会经过电路的处理和判断，一般使用比较器或者微处理器来进行信号的比较和判断。
当光电开关检测到特定的光强度或者光波长时，会输出相应的触发信号。
4. 输出控制：根据检测到的信号，通过输出控制电路实现对外部电路或器件的控制。
可能的应用包括，切换电路的开关控制、触发报警设备等。
总的来说，光电开关通过光电元件将光信号转换成电信号，并经过放大和判断后，实现对外部电路的控制。
使用场景广泛，包括自动化控制、光电传感器、安防监控等领域。
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光电开关原理
点击次数：1870 发布时间：2009-3-7 10:24:36
光电开关的定义：此种产品以光源为介质、应用光电效应，当光源受物体遮蔽或发生反射、辐射和遮光导致受光量变化来检测对象的有无、大小和明暗，而向产生接点和无接点输出信号的开关元件。
光电开关包括几种类型，自身不具备光源，利用被测物体发射的光的变化量进行检测的；利用自然光对光电开关的照射，物体遮蔽自然光产生的关变化量；光电开关自身具备光源，发射的光源对被检测物体反射、吸收、和透射光的变化量进行检测。
常用的光源为紫外光、可见光、红外光等波段的光源，光源的类型有灯泡、LED、激光管等；输出信号有开关量或模拟量和通讯数据信息等。
光电开关的叫法，主要是输出为开关量的开关元件。
光电传感器的叫法，涵盖了输出开关量、模拟量、通讯数据等。
目前市面光电开关的叫法有分光源、检测形式、用途、结构等命名的。
如：利用红外光源的叫红外光电开关、红外线光电开关、红外线光电传感器等。
利用自然光的叫光控开关、光电继电器等。
利用激光为光源的叫激光光电开关、激光光电传感器等。
利用检测形式叫热金属检测器，俗称热检等。
利用用途的叫光电距离传感器、安全光幕传感器等。
利用结构的叫光幕传感器等。
这里就简要举几个例子，还有很多的叫法，在此无法一一介绍。
一、光电开关原理与分类
1：按检测形式的分类
（1）对射式
对射式是由一个发射器与一个接收器相对配置的，发射器发射出的光指向接收器，发射器与接收器之间组成一个闭合光路，通过对光路的光被遮断或光衰减来进行检测的一种检测形式。
这种检测形式作用距离比较长，但需要一个发射器并需要配电；在某些应用场合比如空间狭小，不合适配电的运用上比较麻烦。
如图1a：
图1a
②发射器与接收器一体化，光传输为直流方式的非调制信号，主要小型缝隙光电开关，如U型、C型的槽型光电开关。
如图1b:
图1b
（2）直接反射式
这种方式是把发射器与接收器构为一体，发射器发射的光直接照射到被检测物上，根据反射光的变化情况来进行检测的。
可以说是近似人的眼睛的一种检测器。
与对射式相比作用距离比较短，只需要单线配电即可，属于通用检测器。
如图2：
图2
（3）镜面反射式
①这种方式是把发射器与接收器构为一体，光电开关对置反角矩阵射镜，发
射器的光被反射镜后反馈回接收器，光电开关与角矩阵反射镜（多棱镜）形成闭合光路，通过对光路的光被遮断或光衰减来进行检测的一种检测形式，这种检测形式作用距离比对射式短，比直接反射式较长。
只需要单线配电即可，由于采用反射镜光轴的调整比对射式容易；反射镜由多棱镜角矩阵板或微晶玻璃颗粒反射膜等。
如图3a：
图3a
②具有M.S.R功能的反射器式光电开关，如果被检测物是平面而且有光泽，则会产生误动作，欲解决此问题，可采用M.S.R功能，它的主要工作原理是基于角矩阵反射器能使偏振光方向改变90°，采用互相垂直的偏振光膜片放在双镜头前，所以使用角矩阵反射器，光路闭合。
如果是平面镜或反光率比较的物体（如：玻璃瓶等）不能改变偏振方向，由它阻挡而产生的反射光不能进入受光器，因此它可以很容易被检测到，从而解决了由它表面反射而它引起的误动作问题。
如图
3b:
图3b
（4）辐射光检测形式
通过对被检测物体辐射出的光进行检测的形式。
如用于钢铁行业的对加热的铁辐射出的红外线进行检测的光电开关。
如图4：
图4
（5）限定反射式
这种方式是把发射器与接收器构为一体，发射器与接收器形成一个角度，发射光轴与接收光轴交叉区域灵敏度最佳。
如图5：
图5
（6）夹角式
这种方式是把发射器与接收器构为一体，发射器与接收器形成一个角度，发射光聚焦点与接收光聚焦交叉区域检测物体，用于精细检测，如标记检测等。
如图6：
图6
（7）同轴检测式（单镜头）
这种方式是把发射器与接收器构为一体，发射光通过镀膜的半透明镜片45°折射后通过镜头聚焦发射出去，接收光线通过聚焦镜头入射到接收器，主要用于标志检测。
目前主流的颜色传感器、标志传感器大多采用这样方式。
如图7：
图7
（8）光导纤维式
光导纤维简称光纤，目前光纤式光电开关的光纤基本是两种，一种塑料光纤，价位比较低，普通检测使用；另一种玻璃光纤，价位比较高，一些检测精度比较高的场合。
①：对射式，把光纤套入发射器，把光纤套入接收器，光纤检测头相对安置。
如图8a：
图8a
②：直接反射式，发射器与接收器构为一体，把光纤套入发射器与接收器（光纤放大器），光纤头为两根光纤并行，直接检测物体。
如图8b：
图8b
③：同轴反射，发射器与接收器构为一体，把光纤套入发射器与接收器（光纤放大器）。
光纤头为两根光纤并为一根的形式，发射光纤在中间，接受光纤围着其圆周排列。
可以直接反射与镜面反射，取决于光纤放大器的光学结构。
如图8c：
图8c
2：按检测方法的分类
（1）光量法
目前大多数光电开关用来检测物体有无的均为光量方式，既光源受物体遮蔽或发生反射、辐射和遮光导致受光量变化来检测对象的有无。
（2）三角测距法
光量方式容易受到物体表面的光洁度、粗糙度、颜色所影响，因此在一些要求比较高的场合就需要采用距离法检测。
（3）激光测量法
由激光器对被测目标发射一个光信号，然后接受目标反射回来的光信号，通过测量光信号往返经过的时间，计算出目标的距离。
3：按光源种类的分类
光源目前采用的大多是发光二极管（LED），根据不同使用目的的区别使用。
（1）白炽灯式（可见光）
用于需要白光的标志检测器，由于寿命与抗震性能，现在使用比较少。
（2）发光二极管（LED）式（可见光、近红外光）
具有调制容易、寿命长、小型、功耗小、抗震等优点是光电开关理想的光源，可用于各种用途。
（3）荧光式（可见光）
主要用于需要长度的光电系统（图像传感器等）
（4）紫外光式（不可见光）
通过照射紫外线用于检测发生可见光的物体（荧光整理疵点、食品中的异物等）。
（5）气体激光式（可见光）
光束比较强，用于探伤系统、条形码系统、及强光衰减大的场合，如蒸汽、烟雾、火焰等场合。
（6）半导体激光式（红光、近红外光）
具有较强的透射率和容易调制的特性，用于如蒸汽、烟雾、火焰等场合钢铁行业与安防。
4：按光源调制种类的分类
（1）直流光式
使发射器的光线为不变的直流光，包括白炽灯和用直流驱动的发光二极管。
这种方式有线路简单、响应速度快的特点，但是抗光干扰比较弱，目前仅在较短的距离检测中使用。
（2）调制式
①、脉冲调制式
使发射器发的出光线为具有一定频率的脉冲波，一般称为调制光，采用这种方式除了可以获得峰值很高的光脉冲功率外，还可以对接收器输出采用具有频率选择
的交流放大器进行放大，从而减少周围光线和电气噪声的影响，这是目前国内外使用最广的一种方式。
②机械旋转调制式
对光源用棱镜或转盘孔旋转后，提取脉冲信号，如用于区域检测和热金属辐射的扫描检测等。
③、扫描式
将多个发射器与接收器组合，通过同步信号逐一扫描，防止相互干扰。
如用于光幕传感器。
5：按供电种类的分类
（1）直流式
采用直流电压供电的形式，一般大多采用12-24V（10-30V）的直流电压的供电。
（2）交流式
采用交流电压供电，电压范围为90-240V交流电，满足110VAC与220VAC场合的供电
（3）直流交流混合式
直流电压与交流电压都可以直接接入同一个供电回路的形式，直流电压范围
12-240V，交流电压范围24-240V，此形式适应性比较灵活，不需要考虑配电的问题。
6：按输出种类的分类
（1）三极管NPN输出
（2）三极管PNP输出
（3）三极管NPN与PNP混合输出
（4）固态隔离无触点输出
（5）继电器触点输出
（6）可控硅输出
（7）模拟电压
（8）模拟电流
（9）数据信号
7：按结构种类的分类
（1）内藏放大器式
即把发光、感光元件和放大电路、信号处理电路、开关驱动电路装配在一个壳体里，接通直流电源就可以获取ON-OFF开关输出，不需要专用放大器，抗噪音能力强，寿命长，电缆线可延长等优点，是主流的一种光电开关。
（2）放大器分离式
这是种早期采用比较多的方式，发光、感光元件装在探头内，用屏蔽线与专用放大器（光电开关主体）连接。
主要是探头可以安装在比较狭小的空间对比较小的物体进行检测，但是有抗噪声能力的问题。
随着技术的发展，内藏放大器式的光电开关的体积越来越小；这种形式采用相对较少，尤其是光纤传感器的发展。
（3）光纤式
这种光电开关是放大器分离式与内藏放大器式结合的产品，通过光纤才传输光信号，光电开关主体上套上光纤线，另一头光纤探头可以对被检测物体进行检测，其优点光纤探头比较小，可以检测比较微小的物体，光纤线传输的只是光信号，所以不用考虑放大器分离式那样需要考虑抗噪声能力的问题。
（4）自控式
这种光电开关是具有一定功能性的。
把发光、感光元件和放大电路、信号处理电路、开关驱动电路、电源、继电器等都装配在一起，接上交流或直流电源就可以工作。
同时还具有其他一些功能如动作信号的延时、光电开关的信号灵敏度调节等。