光電傳感器解決方案篇

        光電傳感器然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號轉換成電信號。光電傳感器一般由光源、光學(xué)通路和光電元件三部分組成。光電檢測方法具有精度高、反應快、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，而且可測參數多，傳感器的結構簡(jiǎn)單，形式靈活多樣，因此，光電式傳感器在檢測和控制中應用非常廣泛。 光電傳感器是各種光電檢測系統中實(shí)現光電轉換的關(guān)鍵元件，它是把光信號(紅外、可見(jiàn)及紫外光輻射)轉變成為電信號的器件。

　　光電傳感器的概述：

　　光電傳感器是指能夠將可見(jiàn)光轉換成某種電量的傳感器。光敏二極管是最常見(jiàn)的光傳感器。光敏二極管的外型與一般二極管一樣，只是它的管殼上開(kāi)有一個(gè)嵌著(zhù)玻璃的窗口，以便于光線(xiàn)射入，為增加受光面積，PN結的面積做得較大，光敏二極管工作在反向偏置的工作狀態(tài)下，并與負載電阻相串聯(lián)，當無(wú)光照時(shí)，它與普通二極管一樣，反向電流很小(<µA)，稱(chēng)為光敏二極管的暗電流;當有光照時(shí)，載流子被激發(fā)，產(chǎn)生電子-空穴，稱(chēng)為光電載流子。在外電場(chǎng)的作用下，光電載流子參于導電，形成比暗電流大得多的反向電流，該反向電流稱(chēng)為光電流。光電流的大小與光照強度成正比，于是在負載電阻上就能得到隨光照強度變化而變化的電信號。

　　光電傳感器工作原理：

　　光電傳感器是通過(guò)把光強度的變化轉換成電信號的變化來(lái)實(shí)現控制的。

　　光電傳感器在一般情況下，有三部分構成，它們分為：發(fā)送器、接收器和檢測電路。

　　發(fā)送器對準目標發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來(lái)源于半導體光源，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用該信號。

　　此外，光電開(kāi)關(guān)的結構元件中還有發(fā)射板和光導纖維。

　　光電傳感器的分類(lèi)：

　　3.1.槽型光電傳感器

　　把一個(gè)光發(fā)射器和一個(gè)接收器面對面地裝在一個(gè)槽的兩側的是槽形光電。發(fā)光器能發(fā)出紅外光或可見(jiàn)光，在無(wú)阻情況下光接收器能收到光。但當被檢測物體從槽中通過(guò)時(shí)，光被遮擋，光電開(kāi)關(guān)便動(dòng)作。輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)控制信號，切斷或接通負載電流，從而完成一次控制動(dòng)作。槽形開(kāi)關(guān)的檢測距離因為受整體結構的限制一般只有幾厘米。

　　3.2.對射型光電傳感器

　　若把發(fā)光器和收光器分離開(kāi)，就可使檢測距離加大。由一個(gè)發(fā)光器和一個(gè)收光器組成的光電開(kāi)關(guān)就稱(chēng)為對射分離式光電開(kāi)關(guān)，簡(jiǎn)稱(chēng)對射式光電開(kāi)關(guān)。它的檢測距離可達幾米乃至幾十米。使用時(shí)把發(fā)光器和收光器分別裝在檢測物通過(guò)路徑的兩側，檢測物通過(guò)時(shí)阻擋光路，收光器就動(dòng)作輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)控制信號。

　　3.3.反光板型光電開(kāi)關(guān)

　　把發(fā)光器和收光器裝入同一個(gè)裝置內，在它的前方裝一塊反光板，利用反射原理完成光電控制作用的稱(chēng)為反光板反射式(或反射鏡反射式)光電開(kāi)關(guān)。正常情況下，發(fā)光器發(fā)出的光被反光板反射回來(lái)被收光器收到;一旦光路被檢測物擋住，收光器收不到光時(shí)，光電開(kāi)關(guān)就動(dòng)作，輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)控制信號。

　　3.4.擴散反射型光電開(kāi)關(guān)

　　它的檢測頭里也裝有一個(gè)發(fā)光器和一個(gè)收光器，但前方?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。當檢測物通過(guò)時(shí)擋住了光，并把光部分反射回來(lái)，收光器就收到光信號，輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)信號。

　　光電傳感器選型：

　　4.1.槽寬，檢測物體需通過(guò)槽型光耦的槽，才能對紅外光實(shí)現阻斷，所以光電傳感器的槽寬要寬于檢測物體，并要有一定的余量，便于安裝。

　　4.2.槽型光耦的分辨率，如檢測物是一個(gè)齒盤(pán)，其齒盤(pán)齒的寬度是d，齒盤(pán)齒槽的寬度是3，則槽型光耦的光縫寬度要求小于d，且小于f，這樣才能保證能將紅外光有效的阻斷和導通，在滿(mǎn)足上述條件下，選擇光縫寬大的槽型光耦。

　　4.3.槽型光耦有帶固定孔和不帶固定空兩種，根據實(shí)際情況選擇。

　　4.4.安裝位置。傳感器安裝時(shí)，應使檢測齒盤(pán)的外徑超過(guò)槽型光耦光軸1-2mm。這樣才能有效阻斷光線(xiàn)。

　　光電傳感器的作用：

　　光電傳感器是各種光電檢測系統中實(shí)現光電轉換的關(guān)鍵元件，它是把光信號(紅外、可見(jiàn)及紫外光輻射)轉變成為電信號的器件。光電式傳感器是以光電器件作為轉換元件的傳感器。它可用于檢測直接引起光量變化的非電量，如光強、光照度、輻射測溫、氣體成分分析等;也可用來(lái)檢測能轉換成光量變化的其他非電量，如零件直徑、表面粗糙度、應變、位移、振動(dòng)、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、響應快、性能可靠等特點(diǎn)，因此在工業(yè)自動(dòng)化裝置和機器人中獲得廣泛應用。近年來(lái)，新的光電器件不斷涌現，特別是CCD圖像傳感器的誕生，為光電傳感器的進(jìn)一步應用開(kāi)創(chuàng )了新的一頁(yè)。

　　光電傳感器的結構：

　　6.1.發(fā)送器

　　發(fā)送器帶一個(gè)校準鏡頭，將光聚焦射向接收器，接收器出電纜將這套裝置接到一個(gè)真空管放大器上。在金屬圓筒內有一個(gè)小的白熾燈做為光源，這些小而堅固的白熾燈傳感器就是如今光電傳感器的雛形。

　　6.2.接收器

　　接收器有光電二極管、光電三極管及光電池組成。光敏二極管是現在最常見(jiàn)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(kāi)有一個(gè)嵌著(zhù)玻璃的窗口，以便于光線(xiàn)射入，為增加受光面積，PN結的面積做得較大，光敏二極管工作在反向偏置的工作狀態(tài)下，并與負載電阻相串聯(lián)，當無(wú)光照時(shí)，它與普通二極管一樣，反向電流很小稱(chēng)為光敏二極管的暗電流;當有光照時(shí)，載流子被激發(fā)，產(chǎn)生電子-空穴，稱(chēng)為光電載流子。

　　6.3.角反射板

　　角反射板是結構牢固的發(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(xiàn)，經(jīng)過(guò)反射后，仍從這根反射線(xiàn)返回。

　　光電傳感器的外圍電路參數選擇：

　　7.1.在選擇槽型光耦的外圍電路時(shí)，先確定槽型光耦接收管的負載電阻是多少，再根據槽型光耦的轉換效率選擇紅外發(fā)射管的電流。

　　7.2.被測物體的運動(dòng)速度越快(如1-2kHz),原則上紅外接收管的負載電阻取值應小些。

　　光電傳感器優(yōu)點(diǎn)：

　　8.1.檢測距離長(cháng)

　　如果在對射型中保留10m以上的檢測距離等，便能實(shí)現其他檢測手段(磁性、超聲波等) 無(wú)法離檢測。

　　8.2.對檢測物體的限制少

　　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。

　　8.3.響應時(shí)間短

　　光本身為高速，并且傳感器的電路都由電子零件構成，所以不包含機械性工作時(shí)間，響應時(shí)間非常短。

　　8.4.分辨率高

　　能通過(guò)高級設計技術(shù)使投光光束集中在小光點(diǎn)，或通過(guò)構成特殊的受光光學(xué)系統，來(lái)實(shí)現高分辨率。也可進(jìn)行微小物體的檢測和高精度的位置檢測。

　　8.5.可實(shí)現非接觸的檢測

　　可以無(wú)須機械性地接觸檢測物體實(shí)現檢測，因此不會(huì )對檢測物體和傳感器造成損傷。因此，傳感器能長(cháng)期使用。

　　8.6.可實(shí)現顏色判別

　　通過(guò)檢測物體形成的光的反射率和吸收率根據被投光的光線(xiàn)波長(cháng)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。

　　8.7.便于調整

　　在投射可視光的類(lèi)型中，投光光束是眼睛可見(jiàn)的，便于對檢測物體的位置進(jìn)行調整。

　　光電傳感器的應用：

　　9.1.煙塵濁度監測儀

　　防止工業(yè)煙塵污染是環(huán)保的重要任務(wù)之一。為了消除工業(yè)煙塵污染，首先要知道煙塵排放量，因此必須對煙塵源進(jìn)行監測、自動(dòng)顯示和超標報警。煙道里的煙塵濁度是用通過(guò)光在煙道里傳輸過(guò)程中的變化大小來(lái)檢測的。如果煙道濁度增加，光源發(fā)出的光被煙塵顆粒的吸收和折射增加，到達光檢測器的光減少，因而光檢測器輸出信號的強弱便可反映煙道濁度的變化。

　　9.2.光電池在光電檢測和自動(dòng)控制方面的應用

　　光電池作為光電探測使用時(shí)，其基本原理與光敏二極管相同，但它們的基本結構和制造工藝不完全相同。由于光電池工作時(shí)不需要外加電壓;光電轉換效率高，光譜范圍寬，頻率特性好，噪聲低等，它已廣泛地用于光電讀出、光電耦合、光柵測距、激光準直、電影還音、紫外光監視器和燃氣輪機的熄火保護裝置等。

　　光電傳感器的使用注意事項：

　　10.1.使用中光電傳感器的前端面與被檢測的工件或物體表面必須保持平行，這樣光電傳感器的轉換效率最高。

　　10.2.安裝焊接時(shí)，光電傳感器的引腳根部與焊盤(pán)的最小距離不得小于5mm，否則焊接時(shí)易損壞管芯?；蛞鸸苄拘阅艿淖兓?。焊接時(shí)間應小于4秒。

　　10.3.對射式光電傳感器最小可檢測寬度為該種光電開(kāi)關(guān)透鏡寬度的80%。

　　10.4.當使用感性負載(如燈、電動(dòng)機等)時(shí)，其瞬態(tài)沖擊電流較大，可能劣化或損壞交流二線(xiàn)的光電傳感器，在這種情況下，請將負載經(jīng)過(guò)交流繼電器來(lái)轉換使用。

　　10.5.紅外線(xiàn)光電傳感器的透鏡可用擦鏡紙擦拭，禁用稀釋溶劑等化學(xué)品，以免永久損壞塑料鏡。

　　10.6.針對用戶(hù)的現場(chǎng)實(shí)際要求，在一些較為惡劣的條件下，如灰塵較多的場(chǎng)合，所生產(chǎn)的光電傳感器在靈敏度的選擇上增加了50%，以適應在長(cháng)期使用中延長(cháng)光電傳感器維護周期的要求。

　　10.7.光電傳感器必須安裝在沒(méi)有強光直接照射處，因強光中的紅外光將影響接收管的正常工作。

　　光電傳感器與視覺(jué)傳感器之比較：

　　與光電傳感器相比,視覺(jué)傳感器賦予機器設計者更大的靈活性.以往需要多個(gè)光電傳感器的應用,現在可以用一個(gè)視覺(jué)傳感器來(lái)檢驗多項特征.視覺(jué)傳感器能夠檢驗大得多的面積,并實(shí)現了更佳的目標位置和方向靈活性.這使視覺(jué)傳感器在某些原先只有依靠光電傳感器才能解決的應用中受到廣泛歡迎.在傳統上,這些應用還需要昂貴的配件,以及能夠確保目標物體始終以同一位置和姿態(tài)出現的精確運動(dòng)控制.

　　此外,由于一個(gè)基本視覺(jué)傳感器的本錢(qián)僅相當于數個(gè)具有較貴配件的光電傳感器,因此價(jià)格已不再是題目.

　　視覺(jué)傳感器為應用的切換提供了無(wú)與倫比的靈活性.例如,生產(chǎn)工序的切換(從單份裝酸奶切換成冰淇淋桶)可能僅需數秒鐘,并且可遠控完成.附加的檢驗條件可輕松地添加到此應用中。

　　光電傳感器的發(fā)展趨勢：

　　光電傳感器(光電開(kāi)關(guān))是光電接近開(kāi)關(guān)的簡(jiǎn)稱(chēng)，它是利用被檢測物對光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測物體有無(wú)的。物體不限于金屬，所有能反射光線(xiàn)的物體均可被檢測。光電開(kāi)關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉換為光信號射出，接收器再根據接收到的光線(xiàn)的強弱或有無(wú)對目標物體進(jìn)行探測。安防系統中常見(jiàn)的光電開(kāi)關(guān)煙霧報警器，工業(yè)中經(jīng)常用它來(lái)記數機械臂的運動(dòng)次數。

　　光電傳感器(光電開(kāi)關(guān))市場(chǎng)在過(guò)去的三年里經(jīng)歷了猶如過(guò)山車(chē)般的跌宕起伏。如今該市場(chǎng)回到了類(lèi)似之前平穩的發(fā)展狀態(tài)。雖然光電傳感器市場(chǎng)極其依賴(lài)的投資環(huán)境近來(lái)已經(jīng)變得愈發(fā)惡劣，但ARC依然對該市場(chǎng)在未來(lái)幾年的發(fā)展持樂(lè )觀(guān)態(tài)度。

　　總的來(lái)說(shuō)，對傳感器整體的需求增長(cháng)快于對工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域傳感器的需求增長(cháng)。與此同時(shí)，投資環(huán)境的影響力還是大于工廠(chǎng)的技術(shù)影響和趨勢。光電傳感器的發(fā)展深受經(jīng)濟周期的影響。

　　通常，備件業(yè)務(wù)、現代化項目以及更長(cháng)期的項目生產(chǎn)周期支撐著(zhù)自動(dòng)化的需求。但傳感器供應商不能光依靠這些。相比之下，由于經(jīng)銷(xiāo)商會(huì )在項目開(kāi)發(fā)的初期清空或滿(mǎn)載庫存，因此，要通過(guò)經(jīng)銷(xiāo)商取得較高銷(xiāo)售份額的話(huà)就要注重投資的效果。

　　靈活性和多樣化是傳感器供應商的制勝法寶。許多供應商正采用更加以解決方案為導向的業(yè)務(wù)模式，能夠專(zhuān)注于測量、質(zhì)量控制或者安全應用等領(lǐng)域。

　　除了安防系統中常見(jiàn)的光電開(kāi)關(guān)煙霧報警器，工業(yè)中經(jīng)常用它來(lái)記數機械臂的運動(dòng)次數。光電開(kāi)關(guān)還在許多方面得到了應用，例如在行程控制、直徑限制 光電開(kāi)關(guān)、轉速檢測、氣流量控制等方面。我們相信光電開(kāi)關(guān)會(huì )做得越來(lái)越先進(jìn)，它的應用也會(huì )越來(lái)越廣泛。

　　傳感器市場(chǎng)前景預測：

　　咨詢(xún)公司INTECHNOCONSULTING的傳感器市場(chǎng)報告顯示，2008年全球傳感器市場(chǎng)容量為506億美元，預計2010年全球傳感器市場(chǎng)可達600億美元以上。調查顯示，東歐、亞太區和加拿大成為傳感器市場(chǎng)增長(cháng)最快的地區，而美國德國、日本依舊是傳感器市場(chǎng)分布最大的地區。就世界范圍而言，傳感器市場(chǎng)上增長(cháng)最快的依舊是汽車(chē)市場(chǎng)，占第二位的是過(guò)程控制市場(chǎng)，看好通訊市場(chǎng)前景。

　　一些傳感器市場(chǎng)比如壓力傳感器、溫度傳感器、流量傳感器、水平傳感器已表現出成熟市場(chǎng)的特征。流量傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器的市場(chǎng)規模最大，分別占到整個(gè)傳感器市場(chǎng)的21%、19%和14%。傳感器市場(chǎng)的主要增長(cháng)來(lái)自于無(wú)線(xiàn)傳感器、MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystems，微機電系統)傳感器、生物傳感器等新興傳感器。其中，無(wú)線(xiàn)傳感器在2007-2010年復合年增長(cháng)率預計會(huì )超過(guò)25%。

　　目前，全球的傳感器市場(chǎng)在不斷變化的創(chuàng )新之中呈現出快速增長(cháng)的趨勢。有關(guān)專(zhuān)家指出，傳感器領(lǐng)域的主要技術(shù)將在現有基礎上予以延伸和提高，各國將競相加速新一代傳感器的開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，競爭也將日益激烈。新技術(shù)的發(fā)展將重新定義未來(lái)的傳感器市場(chǎng)，比如無(wú)線(xiàn)傳感器、光纖傳感器、智能傳感器和金屬氧化傳感器等新型傳感器的出現與市場(chǎng)份額的擴大。