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1、机电类自动检测技术及应用多媒体课件（共（共13章，第十章章，第十章 中）中）2023-9-82光电开关的结构、分类及应用及应用光电断续器的结构、分类及应用第十章（中）光电传感器第十章（中）光电传感器 目录目录进入进入进入进入光电传感器（中）介绍第十章的第四节：光电传感器（中）介绍第十章的第四节：“光电开关及光电断续器光电开关及光电断续器的原理及应用的原理及应用”第四节第四节 光电开关及光电断续器光电开关及光电断续器 光电位移传感器输出模拟信号，光电开关和光电位移传感器输出模拟信号，光电开关和光电断续器输出光电断续器输出“开开”和和“关关”信号（断或通信号（断或通信号）。从原理上讲，光电开关及光
2、电断续器信号）。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，都由在原理上没有太大的差别，都由红外线红外线（或（或红红色色）发射元件发射元件与与光敏接收元件光敏接收元件组成组成。光电断续光电断续器是整体结构，其检测距离只有几毫米至几十器是整体结构，其检测距离只有几毫米至几十毫米毫米，而，而光电开关多数具有发射和接收光电开关多数具有发射和接收两大部两大部分分，检测距离可达几米检测距离可达几米。一、光电开关的结构和分类一、光电开关的结构和分类 光电开关可分为光电开关可分为遮断型遮断型和和反射型反射型两大类。两大类。遮断型光电开关的遮断型光电开关的发射器和接收器相对安放发射器和接收器相对安
3、放。轴。轴线严格对准。线严格对准。当有物体在两者中间通过时，红外光束当有物体在两者中间通过时，红外光束被遮断被遮断，接收器接收不到红外线而，接收器接收不到红外线而产生一个产生一个负负脉冲信脉冲信号号。遮断型光电开关对检测能遮断光线的物体。遮断型光电开关对检测能遮断光线的物体。反射型光电开关的反射型光电开关的发射器发射器和和接收器接收器单侧安装单侧安装。当。当有物体在光电开关面前通过时，红外光束被反射回来，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，接收器接收到红外线，产生一个产生一个正正脉冲信号脉冲信号。反射型。反射型光电开关的光电开关的检测距离一般不超过检测距离一般不
4、超过1m1m，对暗色物体无法对暗色物体无法检测检测。1.遮断型光电开关遮断型光电开关光电开关应用光电开关应用示意图示意图a）遮断型）遮断型 b）反射镜反射型）反射镜反射型c）散射型散射型1发射器发射器 2接收器接收器 3被测物被测物 4偏振光反射镜偏振光反射镜 5带偏振光滤光带偏振光滤光片的接收器片的接收器a）遮断型光电开关工作原理遮断型光电开关工作原理Receiver 遮断型光电开关遮断型光电开关由相由相互分离且相对安装的光互分离且相对安装的光发射器和光接受器组成。发射器和光接受器组成。当被检测物体位于发射当被检测物体位于发射器和接受器之间时，光器和接受器之间时，光线被阻断，接受器接受线被阻
5、断，接受器接受不到红外线而产生开关不到红外线而产生开关信号。信号。被检测物体光发射器光接收器光电开关的部分用途光电开关的部分用途例：光电开关的发射、接收电路计算例：光电开关的发射、接收电路计算求求:1）发射器的驱动电流）发射器的驱动电流IVL(简化的直流驱动简化的直流驱动)；2）没有遮光时的）没有遮光时的Ui、Uo；3）没有遮光时的接收器饱和电流）没有遮光时的接收器饱和电流IC；4）完全遮光时的）完全遮光时的IC、Ui、Uo。解解：1）IVL=(12-1.2)/0.5121.18mA；2）没有遮光时的）没有遮光时的Ui 0.3V，Uo 11.9V；3）没有遮光时的）没有遮光时的IC (12-0
6、.3)/10=1.177mA；4）完全遮光时的）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型光电开关示意图遮断报警遮断报警遮断型遮断型光电开关用于人的手指保护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，产当手指进入危险区，遮断红色光线时，产生报警信号。生报警信号。遮断型遮断型光电开关用于透光孔圆盘转速测量光电开关用于透光孔圆盘转速测量开孔圆盘开孔圆盘转轴转轴断续光脉冲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检测废品遮断型光电开关用于产品质量控制遮断型遮断型光电光电开关用于扶手电梯
7、的节能控制开关用于扶手电梯的节能控制扶手电梯节电扶手电梯节电自动运行条件自动运行条件判断判断电梯开始向上运行电梯开始向上运行电梯静止电梯静止遮断型遮断型光电光电开关用于开关用于入口的人数、方向检入口的人数、方向检 人员人员出入出入方向方向由前、由前、后后两个光电两个光电开关按遮光开关按遮光报警信号出报警信号出现的顺序现的顺序来来判断。判断。若若红色信红色信号先于号先于绿色绿色信号信号，则则判判断为从断为从外外到到内内。详见第十一章的详见第十一章的“辨向技术辨向技术”遮断型遮断型光电光电开关用于检测阀门手柄位置开关用于检测阀门手柄位置当阀门手柄处于水平位置时，当阀门手柄处于水平位置时，光电开关输
8、出光电开关输出“到位到位”信号。信号。光幕（多路遮光型光电开关）光幕（多路遮光型光电开关）两个柱形结两个柱形结构相对而立，构相对而立，每隔数十毫米每隔数十毫米安装一对发光安装一对发光二极管和光敏二极管和光敏接收管，形成接收管，形成光幕。当有物光幕。当有物体遮挡住光线体遮挡住光线时，传感器发时，传感器发出报警信号。出报警信号。接收器接收器发射器发射器 光幕应用光幕应用当有物体遮当有物体遮挡住光线时，挡住光线时，传感器发出报传感器发出报警信号，起保警信号，起保护、预警等作护、预警等作用。用。光线被遮断（报警）光线被遮断（报警）光幕应用（续）光幕应用（续）产品高度测量产品高度测量光幕应用（续）光幕应
9、用（续）孔的检测孔的检测 光幕应用（续）光幕应用（续）纠偏纠偏 光幕可检光幕可检测 出 带 材 在测 出 带 材 在卷 曲 过 程 中卷 曲 过 程 中的 偏 移，经的 偏 移，经控 制 器 和 执控 制 器 和 执行 机 构 使 带行 机 构 使 带材 向 正 确 的材 向 正 确 的方 向 运 动方 向 运 动（纠偏）。（纠偏）。光幕应用（续）光幕应用（续）光幕用于光幕用于 自动收费系统的自动收费系统的车辆检测车辆检测 光幕应用（续）光幕应用（续）锻压机床的锻压机床的 安全区域设置安全区域设置 及入侵报警及入侵报警 光幕应用（续）光幕应用（续）安全区示警安全区示警 光幕应用（续）光幕应用（
10、续）手的安全区保护手的安全区保护 光幕用途光幕用途三维尺寸检测三维尺寸检测宽度宽度 测量测量长度长度 测量测量高度高度 测量测量光幕应用（续）光幕应用（续）木材外形截面积检测木材外形截面积检测2.2.反射型光电开关及分类反射型光电开关及分类反射型光电开关反射型光电开关可分为可分为反射镜反射型反射镜反射型及及被测物漫反射被测物漫反射型（简称散射型）型（简称散射型）两种。两种。反射镜反射型传感器的反射镜反射型传感器的发射器和接收器单侧安装发射器和接收器单侧安装，反反射镜在远侧安装射镜在远侧安装，本质上仍然是遮断型传感器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偏光三角
11、棱镜能将发射器发出的光以固定的偏振方向反射回去反射回去。安装时，需要在。安装时，需要在360平面上调整反射镜的偏平面上调整反射镜的偏振方向，振方向，使得反射光的偏振面恰好与接收器表面的偏振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滤光片的偏振方向一致，才能取得最大灵敏度。，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，而能接收偏光反射镜反射回来的偏振光，而不响应其他表不响应其他表面光亮物体反射回来的各种非偏振光面光亮物体反射回来的各种非偏振光。这种设计使它能。这种设计使它能用于
12、检测诸如不锈钢等具有反光面的物体是否遮断，而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。光电开关的检测距离一般可达几米。偏振光偏振光光是一种电磁波，光是一种电磁波，电磁波是横波电磁波是横波。而振动方向和光波。而振动方向和光波前进方向构成的平面叫做振动面，前进方向构成的平面叫做振动面，光的振动面只限于某光的振动面只限于某一固定方向一固定方向，叫做平面偏振光或线偏振光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振动方向对于传播方向的不对称性叫做偏振
13、。偏振片只允许某个偏振方向的光通过偏振片只允许某个偏振方向的光通过，因此偏振滤因此偏振滤光片能够区别偏振光的方向，而光片能够区别偏振光的方向，而人的眼睛对偏振光不敏人的眼睛对偏振光不敏感感。偏振光偏振光非偏振光非偏振光反射型光电开关及反射镜外形反射型光电开关及反射镜外形三角偏振反射镜三角偏振反射镜 发射器在上，发射器在上，接收器在下接收器在下反射镜反射镜反射型反射型光电开关光电开关工作原理工作原理 反射镜为偏光三角棱镜，反射镜为偏光三角棱镜，能能将发射器发出的光转变将发射器发出的光转变成偏振光反射回去成偏振光反射回去，光接光接收器表面覆盖一薄片型偏收器表面覆盖一薄片型偏光片，只能接受反射镜反光
14、片，只能接受反射镜反射回来的某一确定偏振角射回来的某一确定偏振角的偏振光的偏振光，对其他杂散光对其他杂散光视而不见视而不见。偏振反射镜偏振反射镜被测物体被测物体偏振光偏振光发射光发射光反射镜反射镜反射镜反射型反射镜反射型光电开关优点光电开关优点 虽然塑料瓶虽然塑料瓶的表面也反射的表面也反射光光,但但不是偏振不是偏振光，不会引起光，不会引起接收器动作接收器动作。如果如果不采用不采用偏振检测偏振检测,光亮光亮物体从光电开物体从光电开关面前掠过时关面前掠过时,就不会产生遮就不会产生遮断负脉冲断负脉冲。能反光的能反光的塑料瓶塑料瓶反射型反射型 光电光电开关的开关的应用应用反射型光电开关广泛应用于自动控
15、制系统、生产流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电开关中的发光二极管大多数用38kHz窄脉冲电流驱窄脉冲电流驱动；红外动；红外LED的正向压降约为的正向压降约为1.11.3V，驱动电流峰，驱动电流峰值控制在值控制在20mA以内。以内。反射型光电开关在反射型光电开关在 流水线上的应用流水线上的应用送料器定区域式光电开关定区域式光电开关咖啡罐咖啡罐流水线运行方向流水线运行方向罐装高度检测罐装高度检测储料仓储料仓落料口落料口遮断型光电开关遮断型光电开关（用于计数）（用于计
16、数）反射镜反射型反射镜反射型光电开关的应用光电开关的应用（续）（续）反射镜反射型检测有无物体通过反射镜反射型检测有无物体通过反射镜反射型反射镜反射型光电开关的应用光电开关的应用（续）（续）产品高度错误检测产品高度错误检测反射型光电开关的发射、接收器外形反射型光电开关的发射、接收器外形电源电源指示指示信号信号指示指示反射型光电开关外形反射型光电开关外形（续）（续）灵敏度调节电位器灵敏度调节电位器被测物是具有漫反射特性的被测物是具有漫反射特性的反射型光电开关原理反射型光电开关原理漫反射光线漫反射光线反射光线反射光线被检测物体被检测物体光发射器光发射器和和光接受器光接受器发射光线发射光线 漫反射型光漫反射型光电开关电开关集光发集光发射器和光接受射器和光接受器于一体。当器于一体。当被测物体经过被测物体经过该光电开关时，该光电开关时，发射器发出的发射器发出的光线经被测物光线经被测物体表面反射由体表面反射由接受器接受，接受器接受，于是产生开关于是产生开关信号。信号。额定距离额定距离光电开关激励源调制原理光电开关激励源调制原理漫反射型光电开关的漫反射型光电开关的LED多多采用红外线中频采用红外线中频
