巴魯夫BALLUFF光電傳感器的工作原理闡述

       由光通量對(duì)光電元件的作用原理不同所制成的光學(xué)測(cè)控系統(tǒng)是多種多樣的,按光電元件(光學(xué)測(cè)控系統(tǒng))輸出量性質(zhì)可分二類,，即模擬式光電傳感器和脈沖(開關(guān))式光電傳感器。模擬式光電傳感器是將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成連續(xù)變化的光電流,，它與被測(cè)量間呈單值關(guān)系.模擬式光電傳感器按被測(cè)量(檢測(cè)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(cè)物體放在光路中,，恒光源發(fā)出的光能量穿過被測(cè)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(cè)物上，再?gòu)谋粶y(cè)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(cè)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(cè)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(chǎng)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(hào),。

光敏三極管除了具有光敏二極管能將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的功能外,，還有對(duì)電信號(hào)放大的功能。光敏三級(jí)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（很小）,，比一般三極管的穿透電流還?。划?dāng)有光照時(shí),，激發(fā)大量的電子-空穴對(duì),，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。

巴魯夫BALLUFF光電傳感器的工作原理

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

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(cè)電路,。

發(fā)送器對(duì)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(cè)電路,，它能濾出有效信號(hào)和應(yīng)用該信號(hào)。

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,。

分類和工作方式

⑴槽型光電傳感器

把一個(gè)光發(fā)射器和一個(gè)接收器面對(duì)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(cè)物體從槽中通過時(shí)，光被遮擋,，光電開關(guān)便動(dòng)作,，輸出一個(gè)開關(guān)控制信號(hào)，切斷或接通負(fù)載電流,，從而完成一次控制動(dòng)作,。槽形開關(guān)的檢測(cè)距離因?yàn)槭苷w結(jié)構(gòu)的限制一般只有幾厘米。

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

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(cè)物擋住光路，收光器收不到光時(shí)，光電開關(guān)就動(dòng)作,，輸出一個(gè)開關(guān)控制信號(hào),。

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(cè)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(cè)時(shí)，當(dāng)檢測(cè)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(hào)，輸出一個(gè)開關(guān)信號(hào),。

沒有信號(hào)輸出的原因

首先要考慮的是接線或配置的問題,。對(duì)于對(duì)射型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(huì)導(dǎo)致輸出信號(hào)沒有,。

上述的原因分析是對(duì)光電傳感器本身的考慮,，我們還需要考慮的是檢測(cè)物體的位置問題，如果檢測(cè)物體不在檢測(cè)區(qū)域,，這樣的檢測(cè)是徒勞的,。檢測(cè)物體必須在傳感器可以檢測(cè)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(duì)準(zhǔn)問題，對(duì)射型的投光部和受光部光軸必須對(duì)準(zhǔn),，對(duì)應(yīng)的回歸反射型的探頭部分和反光板光軸必須對(duì)準(zhǔn),。同樣還要考慮的是檢測(cè)物體是否符合標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)物體或者最小檢測(cè)物體的標(biāo)準(zhǔn)，檢測(cè)物體不能小于最小檢測(cè)物體的標(biāo)準(zhǔn),，從而避免導(dǎo)致對(duì)射型,、反射型不能很好檢測(cè)透明物體，像反射型對(duì)檢測(cè)物體的顏色有要求,，顏色越深,，檢測(cè)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(cè)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(chǎng)環(huán)境有粉塵，就需要我們定期清理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(hào)輸出的話，建議退回廠家檢測(cè)判斷,。 

結(jié)構(gòu)分析

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(cè)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。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,，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槽型光電傳感器

把一個(gè)光發(fā)射器和一個(gè)接收器面對(duì)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(cè)物體從槽中通過時(shí),，光被遮擋,，光電開關(guān)便動(dòng)作。輸出一個(gè)開關(guān)控制信號(hào),，切斷或接通負(fù)載電流,，從而完成一次控制動(dòng)作。槽形開關(guān)的檢測(cè)距離因?yàn)槭苷w結(jié)構(gòu)的限制一般只有幾厘米,。

⑵對(duì)射型光電傳感器

若把發(fā)光器和收光器分離開,，就可使檢測(cè)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(duì)射分離式光電開關(guān),，簡(jiǎn)稱對(duì)射式光電開關(guān),。它的檢測(cè)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(cè)物通過路徑的兩側(cè),，檢測(cè)物通過時(shí)阻擋光路,，收光器就動(dòng)作輸出一個(gè)開關(guān)控制信號(hào)。

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(cè)物擋住,，收光器收不到光時(shí)，光電開關(guān)就動(dòng)作,，輸出一個(gè)開關(guān)控制信號(hào),。

⑷擴(kuò)散反射型光電開關(guān)

它的檢測(cè)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(cè)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(hào),，輸出一個(gè)開關(guān)信號(hào)。