光电开关的原理及应用

2009　№2铜 业 工 程文章编号:1009-3842(2009)02-0041-03

光电开关的原理及应用

蒋慧海

(江西铜业集团公司贵溪冶炼厂,江西贵溪　335424)

摘　要:主要介绍光电开关的工作原理、分类、相关术语的解释、使用注意事项、简单的实例。关键词:光电开关;传感器;发射器;接收器;检测开关信号

中图分类号:T N36文献标识码:B

1　前言

收稿日期:2009-05-26

光电开关(即光电传感器)是传感器大家族中

的成员之一,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,以达到检测遮挡物体的目的。由于光电开关输出回路和输入回路是光电隔离(即电缘绝),所以它在工业控制领域得到很好的应用。

2　光电开关的工作原理

光电开关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,从而检测遮挡物体的有无。所有能反射光线的物体均可被检测(物体不限于金属)。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检测。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。光电开关的型号种类很多,图2是部分常用光电开关外型图

。

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3　光电开关的分类

(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检测开关信号。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。通常光纤传感器分为对射式和漫反射式。

它们的工作光线示意图如图3所示

。

图3　各种光电开关工作示意图

4　光电开关的相关术语的解释

常见的术语示意图如图4所示

。

图4　开关术语示意图(θ指向角)

(1)检测距离:是指检测体按一定方式移动,当

开关动作时测得的基准位置(光电开关的感应表

面)到检测面的空间距离。额定动作距离指接近开关动作距离的标称值。

(2)回差距离: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 的时间间隔内,允许光电开关动作循环的次数。

(4)输出状态:分常开和常闭。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出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。

(5)检测方式:根据光电开关在检测物体时发射器所发出的光线被折回到接收器的途径的不同,可分为漫反射式、镜反射式、对射式等。

(6)输出形式:分NP N 二线、NP N 三线、NP N 四线、P NP 二线、P NP 三线、P NP 四线、AC 二线、AC 五线(自带继电器),及直流NP N /P NP /常开/常闭多功能等几种常用的输出形式。

(7)指向角:见光电开关的指向角示意图,即如图4的下部三个小图所示。

(8)表面反射率:漫反射式光电开关发出的光线需要经检测物表面才能反射回漫反射开关的接受器,所以检测距离和被检测物体的表面反射率将决定接受器接收到光线的强度。粗糙的表面反射回的光线强度必将小于光滑表面反射回的强度,而且,被检测物体的表面必须垂直于光电开关的发射光线。常用材料的反射率如表1所示。

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蒋慧海:光电开关的原理及应用表1　常用材料的反射率

材料反射率材料反射率

白画纸90%不透明黑色塑料14%报纸55%黑色橡胶4%餐巾纸47%黑色布料3%包装箱硬纸板68%未抛光白色金属表面130%洁净松木70%光泽浅色金属表面150%干净粗木板20%不锈钢200%透明塑料杯40%木塞35%半透明塑料瓶62%啤酒泡沫70%不透明白色塑料87%人的手掌心75%

(9)环境特性:光电开关应用的环境亦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粘住,甚至会被一些强酸性物质腐蚀,以至其使用参数和可靠性降低。较简便的解决方法就是根据光电开关的最大检测距离(Sn )降额使用来确定最佳工作距离。

5　光电开关的使用注意事项

(1)红外线传感器属漫反射型的产品,所采用

的标准检测体为平面的白色画纸。

(2)红外线光电开关在环境照度高的情况下都能稳定工作,但原则上应回避将传感器光轴正对太

阳光等强光源。

(3)对射式光电开关最小可检测宽度为该种光电开关透镜宽度的80%。

(4)当使用感性负载(如灯、电动机等)

时,其瞬态冲击电流较大,可能劣化或损坏交流二线的光电开关,在这种情况下,请将负载经过交流继电器来转换使用。

(5)红外线光电开关的透镜可用擦镜纸擦拭,禁用稀释溶剂等化学品,以免永久损坏塑料镜。

(6)针对用户的现场实际要求,在一些较为恶劣的条件下,如灰尘较多的场合,所生产的光电开关在灵敏度的选择上增加了50%,以适应在长期使用中延长光电开关维护周期的要求。

(7)光电开关在工艺生产过程中,经过严格的测试合格后才出厂,在一般情况下使用均不会出现损坏。请用户在使用和更换时务必确认电压等级,接线正确,避免发生意外。

6　应用举例

从图5可以看出光电开关的各种应用。

图5　光电开关原理应用图

其中,图5(a )为光电开关用于对材料的定位剪

切控制;图5(b )为用光电开关来控制液面位的上下限值,当液面位高于或低于上下极限液面位时,光电开关控制电路可使阈门打开或关闭,使液面位的高度保持在上下限之间;图5(c )为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;图5(d )为利用光的直线传播性,检验产品是否等高排列;图5(e )为将光电开关用在流水生产线上,来检测产品的个数;图5(f )为用光电开关检测液面位的高低。

7　结束语

随着现代工业的发展,光电开关无论是检测方式、控制参数还是控制精度都越来越能满足工业控制上的要求,它的应用还有很多,例如,行程控制、直径控制、转速检测、气流量控制等等。我们相信光电开关会做得越来越先进,它的应用也会越来越广泛。参考文献:

[1]杨崇志.特殊新型电子元器件手册[M ].沈阳:辽宁科学技术出

版社,2001.

[2]李科杰.新编传感器技术手册[M ].北京:国防工业出版社,

2003.

[3]丁镇生.传感器及传感器技术应用.北京:电子工业出版社,

1998.

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