光电传感器原理及应用

专辑

口湖南建材高等专科学校电子信息工程系李旭华

光电传感器原理及应用

光电传感器（光电开关）是光电接近开关的简称，它是利用被检测物体对光束的遮光或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体的有无。其物体不限于金属，对所有能反射光线的物体均可被检测。光电开关是一种电量传感器，把电流或电压的变化以光电的方式传送出去。即进行电信号一光信号一电信号的转换，工作原理如图１所示。多数光电开关选用的是接近可见光的红外线。

（１）光电开关的分类

①漫反射式光电开关。它是一种

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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，光电开关发射器发射足够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。当检测物体是不透明时，对射式光电开关是最可靠的检测模式。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，光电开关就产生了检测到的开关量信号。槽式光电开关比较安全可靠，适合检测高速变化、分辨透明与半透明物体。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。它们的工作光线示意图如图２所示。

（２）术语解释①检测距离。是指被检测体按一定方式

图ｌ

光电开关丁作示意图

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引起理想漫反射的光度分布

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图２各种光电开关光线工作示意图

漫反射光电开关２）镜反射式光电开关３）对射式光电开关

４）槽式光电开炎５）光纤式光电开关

图３常见开关的术语解释

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ｆ电气时代２００４年第９期

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移动时，从基准位置（光电开关的感应表面）到被检测面的空间距离。额定检测距离指接近开关检测距离的标称值。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。按规定在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、镜反射式和对射式等。⑥指向角。常见光电传感器（ＧＤＫＧ）的指向角示意图，如图３的下部三个小图所示。⑦表面反射率。对于漫反射式光电开关发出的光线需要被检测物表面将足够的光线反射回漫反射开关的接收器，所以被检测物体的表面反射率决定接收器接收到光线的强度：粗糙的表面反射回的光线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附表所示。⑧环境特性。ＧＤＫＧ光电开关应用的环境亦是影响其长期工作可靠性的重要条件。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，以至降低使用参数特性。这些变量是造成可靠性降低的最大因素，简便的解决方法是根据ＧＤＫＧ传感器的最大检测距离（Ｓ．）降额使用来确定最佳工作距离。常见开关的术语解释示意图如图３所示。

附表常用材料的反射率

材料白画纸

报纸

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，所生产的光电歼关在灵敏度的选择上增加ｒ５０％，以适应Ｋ期使用中延长光电开关的维护周期。⑦产品均为ｓＭＤ＿ｒ：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。为了避免发生意外，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。以上注意事项可参照图４。

．

反射率（％）

９０５５４７６８７０２０４０６２８７

材料

不透明黑色塑料

黑色橡胶

反射率（％）

１４４３１３０１５０２００３５７０７５

餐巾纸包装箱硬纸板洁净松木

干净粗木板

黑色布料

未抛光白色金属表面光泽浅色金属表面不锈钢

木塞

透明塑料杯半透明塑料瓶不透明白色塑料

图５光电开关应用举例图

啤酒泡沫人的手掌心

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（３）注意事项①红外线传感器属漫反射型的产品，所等长的样板，光电开关用于对材料的定位剪切控制。图５ｂ用光电开关来控制液面位的上下限值，当液面位高十或低于上下极限液面位时，光电开关控制电路可使阀门关闭或打开，使液面位保持在规定的高度内。图５ｃ利用物体对光的遮挡作用，可检测物体的通过个数，或物体是否存在。图５ｄ利用光的直线传播性，可检验产品是否等高排列。图５ｅ将光电开关用于流水生产线上，可检测产品的个数。图５ｆ用光电开关检测液面位的高低。ＥＡ

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，可能劣化或损坏光电开关，在这种情况下，可通过交流继电器作为负载来转换使用。⑤红外线光电开关的透镜可用擦镜纸擦拭，禁用

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