自动检测技术梁森版第十章中

一、光电开关的结构和分类
光电开关可分为遮断型和反射型两大类。 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。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。遮断型光电开关对检测能遮断光线的物体。 反射型光电开关的发射器和接收器单侧安装。当 有物体在光电开关面前通过时，红外光束被反射回来， 接收器接收到红外线，产生一个正脉冲信号。反射型 光电开关的检测距离一般不超过1m，对暗色物体无法 检测。
扶手电梯节电 自动运行条件 判断
遮断型光电开关用于入口的人数、方向检
人员出入 方向由前、 后两个光电 开关按遮光 报警信号出 现的顺序来 判断。 若红色信 号先于绿色 信号，则判 断为从外到 内。
详见第Hale Waihona Puke Baidu一章的“辨向技术”
遮断型光电开关用于检测阀门手柄位置
当阀门手柄处于水平位置时， 光电开关输出“到位”信号。
反射型光电开关及反射镜外形
三角偏振反射镜
发射器在上， 接收器在下
反射镜反射型光电开关 工作原理
偏振反射镜
发射光
偏振光 被测物体
反射镜为偏光三角棱镜， 能将发射器发出的光转变 成偏振光反射回去，光接 收器表面覆盖一薄片型偏 光片，只能接受反射镜反 射回来的某一确定偏振角 的偏振光，对其他杂散光 视而不见。
“光电开关及光电断续器的原理及应用” 光电开关的结构、分类及应用 光电断续器的结构、分类及应用
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2019/2/23 2
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第四节
光电开关及光电断续器
光电位移传感器输出模拟信号，光电开关和 光电断续器输出“开”和“关”信号（断或通 信号）。从原理上讲，光电开关及光电断续器 在原理上没有太大的差别，都由红外线（或红 色）发射元件与光敏接收元件组成。光电断续 器是整体结构，其检测距离只有几毫米至几十 毫米，而光电开关多数具有发射和接收两大部 分，检测距离可达几米。
例：反射型光电开关激励源调制计算
某光电开关的红外LED采用38kHz窄脉冲电流驱动， 占空比q=15%，Rc=100Ω，ULED≈1.2V， UCE2≈0.3V. 求：ILED的平均值为多少mA？
解： ILED的平均值=[(5-1.2-0.3)/0.1] ×q
=35×15%=5.25mA
.
定区域反射型光电开关
光幕应用（续）
孔的检测
光幕应用（续）
光幕可检 测出带材在 卷曲过程中 的偏移，经 控制器和执 行机构使带 材向正确的 方 向 运 动 （纠偏）。
纠偏
光幕应用（续）
光幕用于 自动收费系统的 车辆检测
光幕应用（续）
锻压机床的 安全区域设置 及入侵报警
光幕应用（续）
安全区示警
光幕应用（续）
手的安全区保护
步距检测
漫反射型光电开关应用（续）
QFP管脚排列 的检测 构件厚度 的测量
漫反射型光电开关应用（续）
集成电路方向检测
换向器间隙深度测量
漫反射型光电开关应用（续）
产品计数
漫反射型光电开关应用（续）
漫反射型光电开关应用（续）
产品长度检测
光电开关应用（续）
产品组装质量检测
漫反射型光电开关的应用（续）
光幕用途三维尺寸检测
宽度 测量 长度 测量
高度 测量
光幕应用（续）
木材外形截面积检测
2.反射型光电开关及分类
反射型光电开关可分为反射镜反射型及被测物漫反射 型（简称散射型）两种。 反射镜反射型传感器的发射器和接收器单侧安装，反 射镜在远侧安装，本质上仍然是遮断型传感器。 偏光三角棱镜能将发射器发出的光以固定的偏振方向 反射回去。安装时，需要在360º 平面上调整反射镜的偏 振方向，使得反射光的偏振面恰好与接收器表面的偏振 滤光片的偏振方向一致，才能取得最大灵敏度。 由于接收器的光敏元件表面覆盖一层偏光滤光片，只 能接收偏光反射镜反射回来的偏振光，而不响应其他表 面光亮物体反射回来的各种非偏振光。这种设计使它能 用于检测诸如不锈钢等具有反光面的物体是否遮断，而 不受不锈钢反射（不是偏振光）的影响。反射镜反射型 光电开关的检测距离一般可达几米。
反射型光电开关外形（续）
灵敏度调节电位器
被测物是具有漫反射特性的 反射型光电开关原理
被检测物体
漫反射光线 发射光线
反射光线
光发射器 和光接受器
漫 反 射型光 电开关集光发 射器和光接受 器于一体。当 被测物体经过 该光电开关时， 发射器发出的 光线经被测物 体表面反射由 接受器接受， 于是产生开关 信号。
光电开关的部分用途
例：光电开关的发射、接收电路计算
求:1）发射器的驱动电流IVL (简化的直流驱动) ；
2）没有遮光时的Ui、Uo ； 3）没有遮光时的接收器饱和电流IC； 4）完全遮光时的IC 、 Ui' 、Uo' 。
解：1）IVL=(12-1.2)/0.51≈21.18mA； 2）没有遮光时的Ui ≈ 0.3V，Uo ≈11.9V； 3）没有遮光时的IC ≈ (12-0.3)/10=1.177mA； 4）完全遮光时的IC ≈ 0，Ui' =12V，Uo' ≈0.1V。
某系列光电开关的电技术指标
遮断型光电开关示意图
遮断报警
遮断型光电开关用于人的手指保护
当手指进入危险区，遮断红色光线时，产 生报警信号。
遮断型光电开关用于透光孔圆盘转速测量
开孔圆盘 转轴
断续光脉冲
遮断型光电开关用于检测废品
遮断型光电开关用于产品质量控制
遮断型光电开关用于扶手电梯的节能控制
电梯静止
漫反射型光电开关应用（续）
包装分类检测
漫反射型光电开关应用（续）
IC引脚检测
漫反射型光电开关应用（续）
透明度测量、控制
质量检测
漫反射型光电开关应用（续）
加工控制
漫反射型光电开关应用（续）
机械手定位
漫反射型光电开关应用（续）
机械手定位
漫反射型光电开关应用（续）
三角皮带脱落检测
漫反射型光电开关应用（续）
智能化光电开关的自学习过程示意图
学习指示灯 阈值开关
二、光电断续器
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光电断续器也可分为遮断型和反射型两大类。遮断型 光电断续器也称为槽式光电开关，通常是标准的U字型 结构。其发射器和接收器做在体积很小的同一塑料壳体 中，分别位于U型槽的两边，并形成一光轴，两者能可 靠地对准，为安装和使用提供了方便。当被检测物体经 过U型槽且阻断光轴时，光电断续器就产生表示检测到 的开关量信号。槽式光电断续器比较可靠，应用比较广 泛。本章所举应用实例多为槽式光电断续器。 光电断续器的价格比较便宜，不超过十元，但内部大 多不包含信号处理电路，用户必须自行设计LED驱动电 路，以及光敏晶体的信号检测电路。可参考漫反射光电 开关的例题。
反射镜反射型光电开关优点
虽然塑料瓶 的表面也反射 光,但不是偏振 光，不会引起 接收器动作。
如果不采用 偏振检测,光亮 物体从光电开 关面前掠过时, 就不会产生遮 断负脉冲。
反射镜
能反光的 塑料瓶
反射型 光电 开关的 应用
反射型光电开关广泛应用于自动控制系统、生产流 水线、机电一体化设备、办公设备和家用电器中。光 电开关中的发光二极管大多数用38kHz窄脉冲电流驱动； 红外LED的正向压降约为1.1~1.3V，驱动电流峰值控制 在20mA以内。
检测距离
检测距离
定区域式光电开关有 一个较小面积的、确定 的检测区域，不经过该 区域的被测物体不会引 起光电开关产生开关信 号。
表面反射率
对于漫反射型光电开关，被检测物表面必 须要能将足够的光线反射回接收器，所以检 测距离和被检测物体的表面反射率及粗糙程 度将决定接收器接收到光线强度。
为了提高反射效率，被检测物体的表面还
机电类 《自动检测技术及应用》
多媒体课件
（共13章，第十章 中）
统一书号：ISBN 978-7-111-34300-4
课程配套网站 www.sensor-measurement.net 或www.liangsen.net
2012年7月版
第十章（中）光电传感器
目录
光电传感器（中）介绍第十章的第四节：
光幕（多路遮光型光电开关）
两个柱形结 构相对而立， 每隔数十毫米 安装一对发光 二极管和光敏 接收管，形成 光幕。当有物 体遮挡住光线 时，传感器发 出报警信号。
发射器
接收器
光幕应用
当有物体遮 挡住光线时， 传感器发出报 警信号，起保 护、预警等作 用。
光线被遮断（报警）
光幕应用（续）
产品高度测量
a）遮断型 b）反射型 1－发光二极管 2－红外光 3－光敏元件 4－槽 5－被测物 6－透光孔
.
遮断型光电断续器示意图
接收器
发射器
遮光报警
槽
遮断型光电断续器外形
遮断型光电断续器外形（续）
遮断型光电断续器的应用（续）
红色 光柱
遮断型光电断续器的应用
透明物上的 标记物检出
透明簿膜
遮断型光电断续器用于转速测量
光电开关激励源调制原理
漫反射型光电开关的LED多采用红外线中频(38kHz 左右)窄脉冲电流驱动,发射调制光脉冲，可减小发射 LED的功耗。接收器的光敏管接收到漫反射光线，输 出微弱电流信号，送到38kHz选频交流放大器，可以有 效地防止太阳光、日光灯的干扰，放大倍数可达60dB。 解调前为TTL信号，解调后输出直流负脉冲报警信号。
齿盘每转过 一个齿，光电 断续器就输出 一个脉冲。通 过脉冲频率的 测量或脉冲计 数，即可获得 齿盘转速和角 位移。
n
请写出转速与频率的关系式
n= ？
光电断续器的应用（续）
当块状工 件经过光电 断续器时， 接收器即产 生一个计数 脉冲。
休 息 一 下
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偏振光
光是一种电磁波，电磁波是横波。而振动方向和光波 前进方向构成的平面叫做振动面，光的振动面只限于某 一固定方向，叫做平面偏振光或线偏振光。 振动方向对于传播方向的不对称性叫做偏振。 偏振片只允许某个偏振方向的光通过， 因此偏振滤 光片能够区别偏振光的方向，而人的眼睛对偏振光不敏 感。 非偏振光 偏振光
应尽量垂直于光电开关的发射光线。
常用材料的反射率（相对于白纸的估计值）
光电开关的最大指向角示意图
漫反射型光电开关用于自动水龙头
请思考如何将光电开关用于卫生间的自动冲水设备？ 若使用200V电源，要注意什么问题？
光电开关用于液面超限报警
当液面超过光电开关时，反射光泄漏并减弱， 接收电路产生报警信号。
物位检测
自动注料
漫反射型光电开关的应用（续）
物体倒置辨别
转速检测
漫反射型光电开关的应用（续）
产品计数
漫反射型光电开关的应用（续）
断裂检测
智能化自学习型光电开关
常规反射型光电开关的动作距离是不变的 （与型号有关），当检测流水线上的漫反射物体 时，必须调节安装距离，十分不方便。自学习型 光电开关上设置了一只阈值开关，当流水线上的 被检测物体到达光电开关面前时，按下阈值开关 数秒，待“学习”指示灯闪亮停止后，内部的微 处理器就记住了两者之间的距离，就能在一定的 允许范围内，可靠地对之后来到的被检测物体作 出反应。当流水线上的被检测品种改变时，只需 再次“学习”，而不必调节机械安装螺丝。
反射型光电开关在 流水线上的应用
定区域式光电开关 罐装高度检测
送料器 储料仓 咖啡罐 落料口
流水线运行方向
遮断型光电开关 （用于计数）
反射镜反射型光电开关的应用（续）
反射镜反射型检测有无物体通过
反射镜反射型光电开关的应用（续）
产品高度错误检测
反射型光电开关的发射、接收器外形
信号 指示 电源 指示
1.遮断型光电开关
光电开关应用 示意图
a）遮断型 b）反射镜反射型c） 散射型 1－发射器 a） 2－接收器 3－被测物 4－偏振光反射镜 5－带偏振光滤光 片的接收器
遮断型光电开关工作原理
Receiver 光发射器
光接收器
被检测物体
遮断型光电开关由相 互分离且相对安装的光 发射器和光接受器组成。 当被检测物体位于发射 器和接受器之间时，光 线被阻断，接受器接受 不到红外线而产生开关 信号。