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上海申思特自動化設(shè)備有限公司
主營產(chǎn)品： 美國E E傳感器,美國E E減壓閥,意大利ATOS阿托斯油缸,丹麥GRAS麥克風(fēng),丹麥GRAS人工頭, ASCO電磁閥,IFM易福門傳感器 |
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2019-9-16 閱讀(309)
| 提 供 商 | 上海申思特自動化設(shè)備有限公司 | 資料大小 | 6.7KB |
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光電傳感器
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，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,。中文名光電傳感器外文名photoelectricsensor/microsensor學(xué)科物理組成光源、光學(xué)通路和光電元件目的被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號的變化原理光電效應(yīng)
傳感器概述
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物體上，此時光子能量就傳遞給電子,，并且是一個光子的全部能量一次性地被一個電子所吸收,，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逸出物體表面的現(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。
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,，為光電傳感器的進(jìn)一步應(yīng)用開創(chuàng)了新的一頁。
原理
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量轉(zhuǎn)換
光電傳感器
光電傳感器
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，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，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,。工作時集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏,。在無光照時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?。划?dāng)有光照時,，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
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,。
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,。
分類和工作方式
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把一個光發(fā)射器和一個接收器面對面地裝在一個槽的兩側(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，光被遮擋,，光電開關(guān)便動作,，輸出一個開關(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。
?、茖ι湫凸怆妭鞲衅?，若把發(fā)光器和收光器分離開，就可使檢測距離加大,，一個發(fā)光器和一個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),，檢測物通過時阻擋光路，收光器就動作輸出一個開關(guān)控制信號,。
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把發(fā)光器和收光器裝入同一個裝置內(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,，光電開關(guān)就動作，輸出一個開關(guān)控制信號,。
?、葦U(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發(fā)光器和一個收光器，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，當(dāng)檢測物通過時擋住了光,，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，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)極連接錯誤則會導(dǎo)致輸出信號沒有,。
上述的原因分析是對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)檢測物體或者小檢測物體的標(biāo)準(zhǔn),，檢測物體不能小于小檢測物體的標(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光電傳感器探頭表面,；或者是多個傳感器緊密安裝，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
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真空管放大器上,。在金屬圓筒內(nèi)有一個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,，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,，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
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⑶反光板型光電開關(guān)
?、葦U(kuò)散反射型光電開關(guān)
分類
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)
光電傳感器
光電傳感器
,，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，時間差原理型
9）光柵
10）防爆/隔爆型
安全類型
1）安全對射光電
2）安全光柵
3）安全光幕
4）安全控制器
門控類型
1）雷達(dá)傳感器：區(qū)域檢測型
雷達(dá)傳感器
雷達(dá)傳感器
2）主動式傳感器：單光束型,，多光束型,，區(qū)域檢測型
3）被動式傳感器：區(qū)域檢測型
4）電梯光幕
5）通用光電：槽形，對射型等
特長
?、贆z測距離長
如果在對射型中保留10m以上的檢測距離等,，便能實(shí)現(xiàn)其他檢測手段（磁性、超聲波等）無法遠(yuǎn)距離檢測,。
?、趯z測物體的限制少
由于以檢測物體引起的遮光和反射為檢測原理，所以不象接近傳感器等將檢測物體限定在金屬,，它可對玻璃,、塑料、木材,、液體等幾乎所有物體進(jìn)行檢測,。
?、垌憫?yīng)時間短
光本身為高速，并且傳感器的電路都由電子零件構(gòu)成,，所以不包含機(jī)械性工作時間，響應(yīng)時間非常短,。
?、芊直媛矢?/span>
能通過設(shè)計(jì)技術(shù)使投光光束集中在小光點(diǎn)，或通過構(gòu)成特殊的受光光學(xué)系統(tǒng),，來實(shí)現(xiàn)高分辨率,。也可進(jìn)行微小物體的檢測和高精度的位置檢測。
?、菘蓪?shí)現(xiàn)非接觸的檢測
可以無須機(jī)械性地接觸檢測物體實(shí)現(xiàn)檢測,，因此不會對檢測物體和傳感器造成損傷。因此,，傳感器能長期使用,。
⑥可實(shí)現(xiàn)顏色判別
通過檢測物體形成的光的反射率和吸收率根據(jù)被投光的光線波長和檢測物體的顏色組合而有所差異,。利用這種性質(zhì),，可對檢測物體的顏色進(jìn)行檢測。
?、弑阌谡{(diào)整
在投射可視光的類型中,，投光光束是眼睛可見的，便于對檢測物體的位置進(jìn)行調(diào)整,。
