一、光电开关原理与分类 1:按检测形式的分类 (1)对射式 对射式是由一个发射器与一个接收器相对配置的,发射器发射出的光指向接收器,发射器与接收器之间组成一个闭合光路,通过对光路的光被遮断或光衰减来进行检测的一种检测形式。这种检测形式作用距离比较长,但需要一个发射器并需要配电;在某些应用场合比如空间狭小,不合适配电的运用上比较麻烦。如图1a: |
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图1a
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②发射器与接收器一体化,光传输为直流方式的非调制信号,主要小型缝隙光电开关,如U型、C型的槽型光电开关。如图1b: |
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图1b
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(2)直接反射式 这种方式是把发射器与接收器构为一体,发射器发射的光直接照射到被检测物上,根据反射光的变化情况来进行检测的。可以说是近似人的眼睛的一种检测器。与对射式相比作用距离比较短,只需要单线配电即可,属于通用检测器。如图2: |
图2 |
(3)镜面反射式 ①这种方式是把发射器与接收器构为一体,光电开关对置反角矩阵射镜,发射器的光被反射镜后反馈回接收器,光电开关与角矩阵反射镜(多棱镜)形成闭合光路,通过对光路的光被遮断或光衰减来进行检测的一种检测形式,这种检测形式作用距离比对射式短,比直接反射式较长。只需要单线配电即可,由于采用反射镜光轴的调整比对射式容易;反射镜由多棱镜角矩阵板或微晶玻璃颗粒反射膜等。如图3a: |
图3a |
②具有M.S.R功能的反射器式光电开关,如果被检测物是平面而且有光泽,则会产生误动作,欲解决此问题,可采用M.S.R功能,它的主要工作原理是基于角矩阵反射器能使偏振光方向改变90°,采用互相垂直的偏振光膜片放在双镜头前,所以使用角矩阵反射器,光路闭合。如果是平面镜或反光率比较的物体(如:玻璃瓶等)不能改变偏振方向,由它阻挡而产生的反射光不能进入受光器,因此它可以很容易被检测到,从而解决了由它表面反射而它引起的误动作问题。如图3b: |
图3b |
(4)辐射光检测形式 通过对被检测物体辐射出的光进行检测的形式。如用于钢铁行业的对加热的铁辐射出的红外线进行检测的光电开关。如图4: |
图4 |
(5)限定反射式 这种方式是把发射器与接收器构为一体,发射器与接收器形成一个角度,发射光轴与接收光轴交叉区域灵敏度最佳。如图5: |
图5 |
(6)夹角式 这种方式是把发射器与接收器构为一体,发射器与接收器形成一个角度,发射光聚焦点与接收光聚焦交叉区域检测物体,用于精细检测,如标记检测等。如图6: |
图6 |
(7)同轴检测式(单镜头) 这种方式是把发射器与接收器构为一体,发射光通过镀膜的半透明镜片45°折射后通过镜头聚焦发射出去,接收光线通过聚焦镜头入射到接收器,主要用于标志检测。目前主流的颜色传感器、标志传感器大多采用这样方式。如图7: |
图7 |
(8)光导纤维式 光导纤维简称光纤,目前光纤式光电开关的光纤基本是两种,一种塑料光纤,价位比较低,普通检测使用;另一种玻璃光纤,价位比较高,一些检测精度比较高的场合。 ①:对射式,把光纤套入发射器,把光纤套入接收器,光纤检测头相对安置。如图8a: |
图8a |
②:直接反射式,发射器与接收器构为一体,把光纤套入发射器与接收器(光纤放大器),光纤头为两根光纤并行,直接检测物体。如图8b: |
图8b |
③:同轴反射,发射器与接收器构为一体,把光纤套入发射器与接收器(光纤放大器)。光纤头为两根光纤并为一根的形式,发射光纤在中间,接受光纤围着其圆周排列。可以直接反射与镜面反射,取决于光纤放大器的光学结构。如图8c: |
图8c |
2:按检测方法的分类 (1)光量法 目前大多数光电开关用来检测物体有无的均为光量方式,既光源受物体遮蔽或发生反射、辐射和遮光导致受光量变化来检测对象的有无。 (2)三角测距法 光量方式容易受到物体表面的光洁度、粗糙度、颜色所影响,因此在一些要求比较高的场合就需要采用距离法检测。 (3)激光测量法 由激光器对被测目标发射一个光信号, 然后接受目标反射回来的光信号,通过测量光信号往返经过的时间, 计算出目标的距离。 3:按光源种类的分类 光源目前采用的大多是发光二极管(LED),根据不同使用目的的区别使用。 (1)白炽灯式(可见光) 用于需要白光的标志检测器,由于寿命与抗震性能,现在使用比较少。 (2)发光二极管(LED)式(可见光、近红外光) 具有调制容易、寿命长、小型、功耗小、抗震等优点是光电开关理想的光源,可用于各种用途。 (3)荧光式(可见光) 主要用于需要长度的光电系统(图像传感器等) (4)紫外光式(不可见光) 通过照射紫外线用于检测发生可见光的物体(荧光整理疵点、食品中的异物等)。 (5)气体激光式(可见光) 光束比较强,用于探伤系统、条形码系统、及强光衰减大的场合,如蒸汽、烟雾、火焰等场合。 (6)半导体激光式(红光、近红外光) 具有较强的透射率和容易调制的特性,用于如蒸汽、烟雾、火焰等场合钢铁行业与安防。 4:按光源调制种类的分类 (1)直流光式 使发射器的光线为不变的直流光,包括白炽灯和用直流驱动的发光二极管。这种方式有线路简单、响应速度快的特点,但是抗光干扰比较弱,目前仅在较短的距离检测中使用。 (2)调制式 ①、脉冲调制式 使发射器发的出光线为具有一定频率的脉冲波,一般称为调制光,采用这种方式除了可以获得峰值很高的光脉冲功率外,还可以对接收器输出采用具有频率选择的交流放大器进行放大,从而减少周围光线和电气噪声的影响,这是目前国内外使用最广的一种方式。 ②机械旋转调制式 对光源用棱镜或转盘孔旋转后,提取脉冲信号,如用于区域检测和热金属辐射的扫描检测等。 ③、扫描式 将多个发射器与接收器组合,通过同步信号逐一扫描,防止相互干扰。如用于光幕传感器。 5:按供电种类的分类 (1)直流式 采用直流电压供电的形式,一般大多采用12-24V(10-30V)的直流电压的供电。 (2)交流式 采用交流电压供电,电压范围为90-240V交流电,满足110VAC与220VAC场合的供电 (3)直流交流混合式 直流电压与交流电压都可以直接接入同一个供电回路的形式,直流电压范围12-240V,交流电压范围24-240V,此形式适应性比较灵活,不需要考虑配电的问题。 6:按输出种类的分类 (1)三极管NPN输出 (2)三极管PNP输出 (3)三极管NPN与PNP混合输出 (4)固态隔离无触点输出 (5)继电器触点输出 (6)可控硅输出 (7)模拟电压 (8)模拟电流 (9)数据信号 7:按结构种类的分类 (1)内藏放大器式 即把发光、感光元件和放大电路、信号处理电路、开关驱动电路装配在一个壳体里,接通直流电源就可以获取ON-OFF开关输出,不需要专用放大器,抗噪音能力强,寿命长,电缆线可延长等优点,是主流的一种光电开关。 (2)放大器分离式 这是种早期采用比较多的方式,发光、感光元件装在探头内,用屏蔽线与专用放大器(光电开关主体)连接。主要是探头可以安装在比较狭小的空间对比较小的物体进行检测,但是有抗噪声能力的问题。随着技术的发展,内藏放大器式的光电开关的体积越来越小;这种形式采用相对较少,尤其是光纤传感器的发展。 (3)光纤式 这种光电开关是放大器分离式与内藏放大器式结合的产品,通过光纤才传输光信号,光电开关主体上套上光纤线,另一头光纤探头可以对被检测物体进行检测,其优点光纤探头比较小,可以检测比较微小的物体,光纤线传输的只是光信号,所以不用考虑放大器分离式那样需要考虑抗噪声能力的问题。 (4)自控式 这种光电开关是具有一定功能性的。把发光、感光元件和放大电路、信号处理电路、开关驱动电路、电源、继电器等都装配在一起,接上交流或直流电源就可以工作。同时还具有其他一些功能如动作信号的延时、光电开关的信号灵敏度调节等。 |