光电开关使用知识

电子知识摘要
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(一）光电开关的基础知识
（二）光电开关基础知识
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（二）光电开关基础知识
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(一）光电开关的基础知识
2010-08-20 22:27:50| 分类：默认分类 | 标签： |字号大中小订阅
（一）光是开关的分类
压力传感器光电开关可分为镜面反射型、漫反射型、对射型。

镜面反射型光电开关:由发射器和接收器构成的情况是一种标准配置，从发射器发出的光束在对面的反射镜被反射，即返回接收器，当光束被中断时会产生一个开关信号的变化。

光的通过时间是两倍的信号持续时间，有效作用距离从米至20米。

特征：辨别不透明的物体；借助反射镜部件，形成高的有效距离范围；不易受干扰，可以可靠合适的使用在野外或者有灰尘的环境中。

漫反射型光电开关:是当开关发射光束时，目标产生漫反射，发射器和接收器构成单个的标准部件，当有足够的组合光返回接收器时，开关状态发生变化，作用距离的典型值一直到3米。

特征：有效作用距离是由目标的反射能力决定，由目标表面性质和和颜色决定；较小的装配开支，当开关由单个元件组成时，通常是可以达到粗定位；采用背景抑制功能调节测量距离；对目标上的灰尘敏感和对目标变化了的反射性能敏感。

对射型光电开关:由发射器和接收器组成，结构上是两者相互分离的，在光束被中断的情况下会产生一个开关信号变化，典型的方式是位于同一轴线上的光电开关可以相互分开达50米。

特征：辨别不透明的反光物体；有效距离大，因为光束跨越感应距离的时间仅一次；不易受干扰，可以可靠合适的使用在野外或者有灰尘的环境中；装置的消耗高，两个单元都必须敷设电缆。

位移传感器
光电开关是传感器大家族中的成员，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探测的目的。

由于光电开关输出回路和输入回路是电隔离的(即电缘绝)，所以它可以在许多场合得到应用。

2、光电开关的分类及术语解释
(1)、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*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。

(2)术语解释
常见的术语。

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

⑦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。

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%
⑧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。

(3)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产品均为SMD工艺生产制造，并经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。

为了避免意外性发生，请用户在接通电源前检查接线是否正确，核定电压是否为额定值。

三.结束语
光电开关还在许多方面得到了应用，例如在行程控制、直径限制、转速检测、气流量控制等方面。

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。

红外线光电开关是一种具有开关量输出的位置传感器, 由发射器、接收器和检测电路三部分组成，它利用被检测物体对红外光束的遮光或反射来检出物体的有或无，光电传感器检测不局限于金属，对其他物体均可检测，而且检测距离是接近开关不能相比的。

光电开关可分为槽式、对射式、反光板反射式、扩散反射式、光纤式。

可直接驱动继电器、计数器、接触器、达到自动控制目的。

广泛应用于机械、纺织、...
红外线光电开关分类和工作方式：
1．槽式光电开关
把一个光发射器和一个光接收器面对面地装在一个槽的两侧叫槽形光电开关。

发光器能发出红外光或可见光，在无阻情况下光接收器能收到光。

但当被检测物体从槽中通过时，光被遮挡，光电开关便动作。

输出一个开关控制信号，切断或接通负载电流，从而完成一次控制动作。

槽式光电开关的检测距离因为受整体结构的限制一般较短。

2．对射式光电开关
若把发光器和收光器分离开，就可使检测距离加大。

由一个发光器和一个收光器组成的光电开关就称为对射分离式光电开光，简称对射式光电开关。

它的检测距离可达几米乃至几十米。

使用时把发光器和收光器分别装在检测物通过路径的两侧，检测物通过时阻挡光路，收光器就动作输出一个开关控制信号。

3．反光板反射式光电开关
把发光器和收光器装入同一个装置内，在它的前方装一块反光板，利用反射原理完成光电控制作用的称为反光板反射式（或反射镜反射式）光电开关。

正常情况下，发光器发出的光通过反光板反射回来被收光器收到；一旦光路被检测物挡住，收光器收不到光时，光电开关就动作，输出一个开关控制信号。

4．扩散反射式（漫反射）光电开关
它的检测头里也装有一个发光器和一个收光器，但前方没有反光板。

正常情况下发光器发出的光收光器是收不到的；当检测物通过时挡住了光，并把光部分反射回来，收光器就收到光信号，输出一个开关控制信号。

5．光纤式光电开关
把发光器发出的光用光纤引导到检测点，再把检测到的光信号用光纤引导到光接收器就组成光纤式光电开关。

按动作方式的不同，光纤式光电开关也可分成对射式、反光板反射式、扩散反射式等多种类型。

光电开关的分类,光电开关的特点
光电开关的分类
按检测方式分
常用光电开关的分类方法：按检测方式可分为反射式、对射式和镜面反射式三种类型。

对射式检测距离远，可检测半透明物体的密度（透光度）。

反射式的工作距离被限定在光束的交点附近，以避免背景影响。

镜面反射式的反射距离较远，适宜作远距离检测，也可检测透明或半透明物体。

表1给出了光电开关的检测分类方式及特点说明。

按结构分类
光电开关按结构可分为放大器分离型、放大器内藏型和电源内藏型三类。

放大器分离型是将放大器与传感器分离，并采用专用集成电路和混合安装工艺制成，由于传感器具有超小型和多品种的特点，而放大器的功能较多。

因此，该类型采用端子台连接方式，并可交、直流电源通用。

具有接通和断开延时功能，可设置亮、音动切换开关，能控制6种输出状态，兼有接点和电平两种输出方式。

放大器内藏型是将放大器与传感一体化，采用专用集成电路和表面安装工艺制成，使用直流电源工作。

其响应速度局面（有和1ms两种），能检测狭小和高速运动的物体。

改变电源极性可转换亮、暗动，并可设置自诊断稳定工作区指示灯。

兼有电压和电流两种输出方式，能防止相互干扰，在系统安装中十分方便。

电源内藏型是将放大器、传感器与电源装置一体化，采用专用集成电路和表面安装工艺制成。

它一般使用交流电源，适用于在生产现场取代接触式行程开关，可直接用于强电控制电路。

也可自行设置自诊断稳定工作区指示灯，输出备有SSR固态继电器或继电器常开、常闭接点，可防止相互干扰，并可紧密安装在系统中。

3 光电开关工作原理
图1 所示是反射式光电开关的工作原理框图。

图中，由振荡回路产生的调制脉冲经反射电路后，由发光管GL辐射出光脉冲。

当被测物体进入受光器作用范围时，被反射回来的光脉冲进入光敏三极管DU。

并在接收电路中将光脉冲解调为电脉冲信号，再经放大器放大和同步选通整形，然后用数字积分或RC积分方式排除干扰，最后经延时（或不延时）触发驱动器输出光电开关控制信号。

光电开关一般都具有良好的回差特性，因而即使被检测物在小范围内晃动也不会影响驱动器的输出状态，从而可使其保持在稳定工作区。

同时，自诊断系统还可以显示受光状态和稳定工作区，以随时监视光电开关的工作。

4 光电开关的特点
MGK系列光电开关是现代微电子技术发展的产物，是HGK系列红外光电开关的升级换代产品。

与以往的光电开关相比具有自己显著的特点：
●具有自诊断稳定工作区指示功能，可及时告知工作状态是否可靠；
●对射式、反射式、镜面反射式光电开关都有防止相互干扰功能，安装方便；
●对ES外同步（外诊断）控制端的进行设置可在运行前预检光电开关是否正常工作。

并可随时接受计算机或可编程控制器的中断或检测指令，外诊断与自诊断的适当组合可使光电开关智能化；
●响应速度快，高速光电开关的响应速度可达到，每分钟可进行30万次检测操作，能检出高速移动的微小物体；
●采用专用集成电路和先进的SMT表面安装工艺，具有很高的可靠性；
●体积小（最小仅20×31×12mm）、重量轻，安装调试简单，并具有短路保护功能。

5 专用名词说明
检出距离
对射式和镜面反射式光电开关的检出距离是指光轴上无有效遮挡物野战，可稳定检出的最大距离。

反射式光电开关的检出距离则是可稳定检出标准检测物的最大距离。

回差距离
回差距离指动作距离与复位距离之差。

它用检出距离的比率来表示，一般在检出距离的20%以下。

响应时间
把从受光器初始有效受光到输出动作所需的时间称作响应时间。

把从受光器初始有效遮光到输出复位所需的时间称为复位应用时间。

暗动
暗动（DARK ON）：即遮光动作。

它表示在进入受光器的光速减少到一定程序时或被全遮时，输出晶体管将导通输出。

亮动
亮动（LIGHT ON），也称受光动作。

它是指进入受光器的光束增加到一定量时，输出晶体管导通且有输出。

外同步输入功能
在一般情况下，凡具有外部诊断输入功能的光电开关，一般均具有外同步功能。

也就是说，用接点或晶体管导通等方法使图2中的蓝线与黑线短接（ON）可随时停止投光。

可以据此在工作前预检传感器检测是否正常。

在工作中，利用此性质也可随时接受控制系统发出的运行或中断指令。

如果将前一个输出与后一个外同步输入进行串接，则可实现与门等功能。

6 使用
光电开关可用于各种应用场合，图3所示为光电开关在多种场合的应用例图。

另外，在使用光电开关时，还应注意环境条件，以使光电开关能够正常可靠的工作。

避免强光源
光电开关在环境照度较高时，一般都能稳定工作。

但应回避将传感器光轴正对太阳光、白炽灯等强光源。

在不能改变传感器（受光器）光轴与强光源的角度时，可在传感器上方四周加装遮光板或套上遮光长筒。

防止相互干扰
MGK 系列新型光电开关通常都具有自动防止相互干扰的功能，因而不必担心相互干扰。

然而，HGK系列对射式红外光电开关在几组并列靠近安装时，则应防止邻组和相互干扰。

防止这种干扰最有效的办法是投光器和受光器交叉设置，超过2组时还拉开组距。

当然，使用不同频率的机种也是一种好办法。

HGK系列反射式光电开关防止相互干扰的有效办法是拉开间隔。

而且检测距离越远，间隔也应越大，具体间隔应根据调试情况来确定。

当然，也可使用不同工作频率的机种。

镜面角度影响
当被测物体有光泽或遇到光滑金属面时，一般反射率都很高，有近似镜面的作用，这时应将投光器与检测物体安装成10～20°的夹角，以使其光轴不垂直于被检测物体，从而防止误动作。

排除背景物影响
使用反射式扩散型投、受光器时，有时由于检出物离背景物较近，光电开关或者背景是光滑等反射率较高的物体而可能会使光电开关不能稳定检测。

因此可以改用距离限定型投、受光器，或者采用远离背景物、拆除背景物、将背景物涂成无光黑色、或设法使背景物粗糙、灰暗等方法加以排除。

自诊断功能使用
在安装或使用时，有时可能会由于台面或背景影响以及使用振动等原因而造成光轴的微小偏移、透镜沾污、积尘、外部噪声、环境温度超出范围等问题。

这些问题有可能会使光电开关偏离稳定工作区，这时可以利用光电开关的自诊断功能而使其通过STABLITY绿色稳定指示灯发出通知，以提醒使用者及时对其进行调整。

消除台面影响
如图4（a）所示，投光器与受光器在贴近台面安装时，可能会出现台面反射的部分光束照到受光器而造成工作不稳定。

对此可采用如图4（b）的方法，使受光器与投光器离开台面一定距离并加装遮光板。

严禁用稀释剂等化学物品，以免损坏塑料镜。

高压线、动力线和光电传感器的配线不应放在同一配线管或用线槽内，否则会由于感应而造成（有时）光电开关的误动作或损坏，所以原则上要分别单独配线。

下列场所，一般有可能造成光电开关的误动作，应尽量避开：
●灰尘较多的场所；
●腐蚀性气体较多的场所；
●水、油、化学品有可能直接飞溅的场所；
●户外或太阳光等有强光直射而无遮光措施的场所。

●环境温度变化超出产品规定范围的场所；
●振动、冲击大，而未采取避震措施的场所。

光电开关是传感器大家族中的成员，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探测的目的。

由于光电开关输出回路和输入回路是电隔离的（即电缘绝），所以它可以在许多场合得到应用。

采用集成电路技术和SMT表面安装工艺而制造的新一代光电开关器件，具有延时、展宽、外同步、抗相互干扰、可靠性高、工作区域稳定和自诊断等智能化功能。

这种新颖的光电开关是一种采用脉冲调制的主动
式光电探测系统型电子开关，它所使用的冷光源有红外光、红色光、绿色光和蓝色光等，可非接触，无损伤地
迅速和控制各种固体、液体、透明体、黑体、柔软体和烟雾等物质的状态和动作。

接触式行程开关存在响应速度低、精度差、接触检测容易损坏被检测物及寿命短等缺点，而晶体管接近开关的作用距离短，不能直接检测非金属材料。

但是，新型光电开关则克服了它们的上述缺点，而且体积小、
功能多、寿命长、精度高、响应速度快、检测距离远以及抗光、电、磁干扰能力强。

目前，这种新型的光电开关已被用作物位检测、液位控制、产品计数、宽度判别、速度检测、定长剪切、孔洞识别、信号延时、自动门传感、色标检出、冲床和剪切机以及安全防护等诸多领域。

此外，利用红外
线的隐蔽性，还可在银行、仓库、商店、办公室以及其它需要的场合作为防盗警戒之用。

光电开关的分类
1 按检测方式分
常用光电开关的分类方法：按检测方式可分为反射式、对射式和镜面反射式三种类型。

对射式检测距离远，可检测半透明物体的密度（透光度）。

反射式的工作距离被限定在光束的交点附近，以避免背景影响。

镜面反射式的反射距离较远，适宜作远距离检测，也可检测透明或半透明物体。

表1给出了光电开关的检测分类方式及特点说明。

2 按结构分类
光电开关按结构可分为放大器分离型、放大器内藏型和电源内藏型三类。

放大器分离型是将放大器与传感器分离，并采用专用集成电路和混合安装工艺制成，由于传感器具有超小型和多品种的特点，而放大器的功能较多。

因此，该类型采用端子台连接方式，并可交、直流电源通用。

具有接通和断开延时功能，可设置亮、音动切换开关，能控制6种输出状态，兼有接点和电平两种输出方式。

放大器内藏型是将放大器与传感一体化，采用专用集成电路和表面安装工艺制成，使用直流电源工作。

其响应速度局面（有和1ms两种），能检测狭小和高速运动的物体。

改变电源极性可转换亮、暗动，并可设置
自诊断稳定工作区指示灯。

兼有电压和电流两种输出方式，能防止相互干扰，在系统安装中十分方便。

电源内藏型是将放大器、传感器与电源装置一体化，采用专用集成电路和表面安装工艺制成。

它一般使用交流电源，适用于在生产现场取代接触式行程开关，可直接用于强电控制电路。

也可自行设置自诊断稳定工作区指示灯，输出备有SSR固态继电器或继电器常开、常闭接点，可防止相互干扰，并可紧密安装在系统中。

光电开关工作原理
图1 所示是反射式光电开关的工作原理框图。

图中，由振荡回路产生的调制脉冲经反射电路后，由发光管GL辐射出光脉冲。

当被测物体进入受光器作用范围时，被反射回来的光脉冲进入光敏三极管DU。

并在接收电路中将光脉冲解调为电脉冲信号，再经放大器放大和同步选通整形，然后用数字积分或RC积分方式排除干扰，最后经延时（或不延时）触发驱动器输出光电开关控制信号。

光电开关一般都具有良好的回差特性，因而即使被检测物在小范围内晃动也不会影响驱动器的输出状态，从而可使其保持在稳定工作区。

同时，自诊断系统还可以显示受光状态和稳定工作区，以随时监视光电开关的工作。

光电开关的特点
MGK系列光电开关是现代微电子技术发展的产物，是HGK系列红外光电开关的升级换代产品。

与以往的光电开关相比具有自己显著的特点：
●具有自诊断稳定工作区指示功能，可及时告知工作状态是否可靠；
●对射式、反射式、镜面反射式光电开关都有防止相互干扰功能，安装方便；
●对ES外同步（外诊断）控制端的进行设置可在运行前预检光电开关是否正常工作。

并可随时接受计算机或可编程控制器的中断或检测指令，外诊断与自诊断的适当组合可使光电开关智能化；
●响应速度快，高速光电开关的响应速度可达到，每分钟可进行30万次检测操作，能检出高速移动的微小物体；
●采用专用集成电路和先进的SMT表面安装工艺，具有很高的可靠性；
●体积小（最小仅20×31×12mm）、重量轻，安装调试简单，并具有短路保护功能。

专用名词说明
1 检出距离
对射式和镜面反射式光电开关的检出距离是指光轴上无有效遮挡物野战，可稳定检出的最大距离。

反射式光电开关的检出距离则是可稳定检出标准检测物的最大距离。

2 回差距离
回差距离指动作距离与复位距离之差。

它用检出距离的比率来表示，一般在检出距离的20%以下。

3 响应时间
把从受光器初始有效受光到输出动作所需的时间称作响应时间。

把从受光器初始有效遮光到输出复位所需的时间称为复位应用时间。

4 暗动
暗动（DARK ON）：即遮光动作。

它表示在进入受光器的光速减少到一定程序时或被全遮时，输出晶体管将导通输出。

5 亮动
亮动（LIGHT ON），也称受光动作。

它是指进入受光器的光束增加到一定量时，输出晶体管导通且有输出。

6 外同步输入功能
在一般情况下，凡具有外部诊断输入功能的光电开关，一般均具有外同步功能。

也就是说，用接点或晶体管导通等方法使图2中的蓝线与黑线短接（ON）可随时停止投光。

可以据此在工作前预检传感器检测是否正常。

在工作中，利用此性质也可随时接受控制系统发出的运行或中断指令。

如。