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     德國BALLUFF巴魯夫光電傳感器的型號分類及原理

BALLUFF光電傳感器是將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的一種器件。其工作原理基于光電效應(yīng),。光電效應(yīng)是指光照射在某些物質(zhì)上時(shí),，物質(zhì)的電子吸收光子的能量而發(fā)生了相應(yīng)的電效應(yīng)現(xiàn)象。根據(jù)光電效應(yīng)現(xiàn)象的不同將光電效應(yīng)分為三類：外光電效應(yīng),、內(nèi)光電效應(yīng)及光生伏應(yīng),。光電器件有光電管、光電倍增管,、光敏電阻,、光敏二極管、光敏三極管,、光電池等,。分析了光電器件的性能、特性曲線,。

BALLUFF光電傳感器一般由處理通路和處理元件2 部分組成,。其基本原理是以光電效應(yīng)為基礎(chǔ)，把被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號的變化,，然后借助光電元件進(jìn)一步將非電信號轉(zhuǎn)換成電信號,。光電效應(yīng)是指用光照射某一物體，可以看作是一連串帶有一定能量為的光子轟擊在這個(gè)物體上,，此時(shí)光子能量就傳遞給電子,，并且是一個(gè)光子的全部能量一次性地被一個(gè)電子所吸收，電子得到光子傳遞的能量后其狀態(tài)就會發(fā)生變化,，從而使受光照射的物體產(chǎn)生相應(yīng)的電效應(yīng),。通常把光電效應(yīng)分為3 類：（1 ）在光線作用下能使電子溢出物體表面的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)，如光電管,、光電倍增管等,；（2 ）在光線作用下能使物體的電阻率改變的現(xiàn)象稱為內(nèi)光電效應(yīng),，如光敏電阻、光敏晶體管等,；（3 ）在光線作用下,，物體產(chǎn)生一定方向電動勢的現(xiàn)象稱為光生伏應(yīng)，如光電池等,。

光電檢測方法具有精度高,、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點(diǎn),，而且可測參數(shù)多,，傳感器的結(jié)構(gòu)簡單，形式靈活多樣,，因此,光電式傳感器在檢測和控制中應(yīng)用非常廣泛,。

BALLUFF光電傳感器是各種光電檢測系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件，它是把光信號（可見及紫外鐳射光）轉(zhuǎn)變成為電信號的器件,。

光電式傳感器是以光電器件作為轉(zhuǎn)換元件的傳感器,。它可用于檢測直接引起光量變化的非電物理量，如光強(qiáng),、光照度,、輻射測溫、氣體成分分析等,；也可用來檢測能轉(zhuǎn)換成光量變化的其他非電量,，如零件直徑、表面粗糙度,、應(yīng)變,、位移、振動,、速度,、加速度，以及物體的形狀,、工作狀態(tài)的識別等,。光電式傳感器具有非接觸、響應(yīng)快,、性能可靠等特點(diǎn),，因此在工業(yè)自動化裝置和機(jī)器人中獲得廣泛應(yīng)用。新的光電器件不斷涌現(xiàn),，特別是CCD圖像傳感器的誕生,，為BALLUFF光電傳感器的進(jìn)一步應(yīng)用開創(chuàng)了新的一頁。

由光通量對光電元件的作用原理不同所制成的光學(xué)測控系統(tǒng)是多種多樣的,按光電元件(光學(xué)測控系統(tǒng))輸出量性質(zhì)可分二類,，即模擬式BALLUFF光電傳感器和脈沖(開關(guān))式BALLUFF光電傳感器,。模擬式BALLUFF光電傳感器是將被測量轉(zhuǎn)換成連續(xù)變化的光電流,，它與被測量間呈單值關(guān)系.模擬式BALLUFF光電傳感器按被測量(檢測目標(biāo)物體)方法可分為透射(吸收)式，漫反射式,，遮光式(光束阻檔)三大類,。所謂透射式是指被測物體放在光路中，恒光源發(fā)出的光能量穿過被測物,，部份被吸收后,，透射光投射到光電元件上,；所謂漫反射式是指恒光源發(fā)出的光投射到被測物上,，再從被測物體表面反射后投射到光電元件上；所謂遮光式是指當(dāng)光源發(fā)出的光通量經(jīng)被測物光遮其中一部份,，使投射到光電元件上的光通量改變,，改變的程度與被測物體在光路位置有關(guān)。

光敏二極管是常見的光傳感器,。光敏二極管的外型與一般二極管一樣,，當(dāng)無光照時(shí)，它與普通二極管一樣,，反向電流很小,，稱為光敏二極管的暗電流；當(dāng)有光照時(shí),，載流子被激發(fā),，產(chǎn)生電子-空穴，稱為光電載流子,。在外電場的作用下,，光電載流子參與導(dǎo)電，形成比暗電流大得多的反向電流,，該反向電流稱為光電流,。光電流的大小與光照強(qiáng)度成正比，于是在負(fù)載電阻上就能得到隨光照強(qiáng)度變化而變化的電信號,。

光敏三極管除了具有光敏二極管能將光信號轉(zhuǎn)換成電信號的功能外,，還有對電信號放大的功能。光敏三級管的外型與一般三極管相差不大,，一般光敏三極管只引出兩個(gè)極——發(fā)射極和集電極,，基極不引出，管殼同樣開窗口,，以便光線射入,。為增大光照，基區(qū)面積做得很大,，發(fā)射區(qū)較小,，入射光主要被基區(qū)吸收,。工作時(shí)集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏,。在無光照時(shí)管子流過的電流為暗電流Iceo=（1+β）Icbo（很?。纫话闳龢O管的穿透電流還??；當(dāng)有光照時(shí)，激發(fā)大量的電子-空穴對,，使得基極產(chǎn)生的電流Ib增大,，此刻流過管子的電流稱為光電流，發(fā)射極電流Ie=（1+β）Ib,，可見光電三極管要比光電二極管具有更高的靈敏度,。

工作原理

BALLUFF光電傳感器是通過把光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換成電信號的變化來實(shí)現(xiàn)控制的。

BALLUFF光電傳感器在一般情況下,，有三部分構(gòu)成,，它們分為：發(fā)送器、接收器和檢測電路,。

發(fā)送器對準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束,，發(fā)射的光束一般來源于半導(dǎo)體光源，發(fā)光二極管(LED),、激光二極管及紅外發(fā)射二極管,。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度,。接收器有光電二極管,、光電三極管、光電池組成,。在接收器的前面,，裝有光學(xué)元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測電路,，它能濾出有效信號和應(yīng)用該信號,。

此外，光電開關(guān)的結(jié)構(gòu)元件中還有發(fā)射板和光導(dǎo)纖維,。 [3] 

分類和工作方式

⑴槽型BALLUFF光電傳感器

把一個(gè)光發(fā)射器和一個(gè)接收器面對面地裝在一個(gè)槽的兩側(cè)組成槽形光電,。發(fā)光器能發(fā)出紅外光或可見光，在無阻情況下光接收器能收到光,。但當(dāng)被檢測物體從槽中通過時(shí),，光被遮擋，光電開關(guān)便動作,，輸出一個(gè)開關(guān)控制信號,，切斷或接通負(fù)載電流,，從而完成一次控制動作。槽形開關(guān)的檢測距離因?yàn)槭苷w結(jié)構(gòu)的限制一般只有幾厘米,。

⑵對射型BALLUFF光電傳感器,，若把發(fā)光器和收光器分離開，就可使檢測距離加大,，一個(gè)發(fā)光器和一個(gè)收光器組成對射分離式光電開關(guān),，簡稱對射式光電開關(guān)。對射式光電開關(guān)的檢測距離可達(dá)幾米乃至幾十米,。使用對射式光電開關(guān)時(shí)把發(fā)光器和收光器分別裝在檢測物通過路徑的兩側(cè),，檢測物通過時(shí)阻擋光路，收光器就動作輸出一個(gè)開關(guān)控制信號,。

⑶反光板型光電開關(guān)

把發(fā)光器和收光器裝入同一個(gè)裝置內(nèi),，在前方裝一塊反光板，利用反射原理完成光電控制作用,，稱為反光板反射式(或反射鏡反射式)光電開關(guān)。正常情況下,，發(fā)光器發(fā)出的光源被反光板反射回來再被收光器收到;一旦被檢測物擋住光路,，收光器收不到光時(shí)，光電開關(guān)就動作,，輸出一個(gè)開關(guān)控制信號,。

⑷擴(kuò)散反射型光電開關(guān)

擴(kuò)散反射型光電開關(guān)的檢測頭里也裝有一個(gè)發(fā)光器和一個(gè)收光器，但擴(kuò)散反射型光電開關(guān)前方?jīng)]有反光板,。正常情況下發(fā)光器發(fā)出的光收光器是找不到的,。在檢測時(shí)，當(dāng)檢測物通過時(shí)擋住了光,，并把光部分反射回來,，收光器就收到光信號，輸出一個(gè)開關(guān)信號,。

沒有信號輸出的原因

首先要考慮的是接線或配置的問題,。對于對射型BALLUFF光電傳感器必須由投光部和受光部組合使用，兩端都需要供電,；而回歸反射型必須由傳感器探頭和回歸反射板組合使用,；同時(shí)，用戶必須給傳感器提供穩(wěn)定電源,，如果是直流供電,，必須確認(rèn)正負(fù)極，如若正負(fù)極連接錯(cuò)誤則會導(dǎo)致輸出信號沒有,。

上述的原因分析是對BALLUFF光電傳感器本身的考慮,，我們還需要考慮的是檢測物體的位置問題,，如果檢測物體不在檢測區(qū)域，這樣的檢測是徒勞的,。檢測物體必須在傳感器可以檢測的區(qū)域內(nèi),，也就是光電可以感知的范圍內(nèi)。其次,，要考慮傳感器光軸有沒有對準(zhǔn)問題,，對射型的投光部和受光部光軸必須對準(zhǔn)，對應(yīng)的回歸反射型的探頭部分和反光板光軸必須對準(zhǔn),。同樣還要考慮的是檢測物體是否符合標(biāo)準(zhǔn)檢測物體或者最小檢測物體的標(biāo)準(zhǔn),，檢測物體不能小于最小檢測物體的標(biāo)準(zhǔn)，從而避免導(dǎo)致對射型,、反射型不能很好檢測透明物體,，像反射型對檢測物體的顏色有要求，顏色越深,，檢測距離就越近,。

如果以上情況都可以很明確地做出排除后，我們需要做的事就是檢測環(huán)境的干擾因素,。如光照強(qiáng)度不能超出額定范圍,；如果現(xiàn)場環(huán)境有粉塵，就需要我們定期清理BALLUFF光電傳感器探頭表面,；或者是多個(gè)傳感器緊密安裝,，互相產(chǎn)生干擾；還有一種影響比較大的是電氣干擾,，如果周圍有大功率設(shè)備,，產(chǎn)生干擾時(shí)必須要有相應(yīng)的抗干擾措施。如果做過上述的逐一排查,，這些因素都可以明確地排除還是沒有信號輸出的話,，建議退回廠家檢測判斷。

結(jié)構(gòu)分析

BALLUFF光電傳感器通常由三部分構(gòu)成,，它們分別為：發(fā)送器,、接收器和檢測電路。

發(fā)射器帶一個(gè)校準(zhǔn)鏡頭,，將光聚焦射向接收器,，接收器出電纜將這套裝置接到一個(gè)真空管放大器上。在金屬圓筒內(nèi)有一個(gè)小的白熾燈做為光源,，這些小而堅(jiān)固的白熾燈傳感器就是如今BALLUFF光電傳感器的雛形,。

接收器有光電二極管、光電三極管及光電池組成。光敏二極管是現(xiàn)在常見的傳感器,。BALLUFF光電傳感器光敏二極管的外型與一般二極管一樣,，只是它的管殼上開有一個(gè)嵌著玻璃的窗口，以便于光線射入,，為增加受光面積,，PN結(jié)的面積做得較大，光敏二極管工作在反向偏置的工作狀態(tài)下,，并與負(fù)載電阻相串聯(lián),，當(dāng)無光照時(shí)，它與普通二極管一樣,，反向電流很小稱為光敏二極管的暗電流;當(dāng)有光照時(shí),，載流子被激發(fā)，產(chǎn)生電子-空穴,，稱為光電載流子,。

此外，BALLUFF光電傳感器的結(jié)構(gòu)元件中還有發(fā)射板和光導(dǎo)纖維,。角反射板是結(jié)構(gòu)牢固的發(fā)射裝置,，它由很小的三角錐體反射材料組成，能夠使光束準(zhǔn)確地從反射板中返回,。它可以在與光軸0到25的范圍改變發(fā)射角,，使光束幾乎是從一根發(fā)射線，經(jīng)過反射后,，仍從這根反射線返回。

類型

⑴槽型BALLUFF光電傳感器

把一個(gè)光發(fā)射器和一個(gè)接收器面對面地裝在一個(gè)槽的兩側(cè)的是槽形光電,。發(fā)光器能發(fā)出紅外光或可見光,，在無阻情況下光接收器能收到光。但當(dāng)被檢測物體從槽中通過時(shí),，光被遮擋,，光電開關(guān)便動作。輸出一個(gè)開關(guān)控制信號,，切斷或接通負(fù)載電流,，從而完成一次控制動作。槽形開關(guān)的檢測距離因?yàn)槭苷w結(jié)構(gòu)的限制一般只有幾厘米,。

⑵對射型BALLUFF光電傳感器

若把發(fā)光器和收光器分離開,，就可使檢測距離加大。由一個(gè)發(fā)光器和一個(gè)收光器組成的光電開關(guān)就稱為對射分離式光電開關(guān),，簡稱對射式光電開關(guān),。它的檢測距離可達(dá)幾米乃至幾十米。使用時(shí)把發(fā)光器和收光器分別裝在檢測物通過路徑的兩側(cè)，檢測物通過時(shí)阻擋光路,，收光器就動作輸出一個(gè)開關(guān)控制信號,。

⑶反光板型光電開關(guān)

把發(fā)光器和收光器裝入同一個(gè)裝置內(nèi)，在它的前方裝一塊反光板,，利用反射原理完成光電控制作用的稱為反光板反射式(或反射鏡反射式)光電開關(guān),。正常情況下，發(fā)光器發(fā)出的光被反光板反射回來被收光器收到;一旦光路被檢測物擋住,，收光器收不到光時(shí),，光電開關(guān)就動作，輸出一個(gè)開關(guān)控制信號,。

⑷擴(kuò)散反射型光電開關(guān)

它的檢測頭里也裝有一個(gè)發(fā)光器和一個(gè)收光器,，但前方?jīng)]有反光板。正常情況下發(fā)光器發(fā)出的光收光器是找不到的,。當(dāng)檢測物通過時(shí)擋住了光,，并把光部分反射回來，收光器就收到信號,，輸出一個(gè)開關(guān)信號,。

標(biāo)準(zhǔn)類型

1）漫反射型：一般型或能量型 (-8)，聚焦式 (-8-H),，帶背景抑制功能型 (-8-H),，帶背景分析功能型 (-8-HW)

2）反射板型：一般型 (-6)，帶偏振濾波功能型 (-54, -55),，帶透明體檢測功能型 (-54-G),，帶前景抑制功能型 (-54-V)

3）對射型

4）槽型

5）光纖傳感器：塑料光纖型，玻璃光纖型

6）色標(biāo)傳感器,，顏色傳感器,，熒光傳感器

7）光通訊

8）激光測距：三角反射原理型，相位差原理型,，時(shí)間差原理型

9）光柵

10）防爆/隔爆型