光電開關

光電開關也叫做光電傳感器，原理是利用被檢測的物體對光束的遮擋或者發射作用，從而判斷有沒有物體的，將發射端與接收端的光線的變化轉化為電流，達到檢測的目的。

1、工作原理

光電開關（光電傳感器）是光電接近開關的簡稱，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，從而檢測物體有無的。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測。光電開關將輸入電流在發射器上轉換為光信號射出，接收器再根據接收到的光線的強弱或有無對目標物體進行探測。工作原理如圖1所示。多數光電開關選用的是波長接近可見光的紅外線光波型。圖2是德國SICK公司的部分光電開關外型圖。

光電開關分類

1、按照光電開關的結構的不同可以將光電開關分為放大器分離型光電開關、放大器內藏型光電開關和電源內藏型光電開關三類。

2、按照檢測方式的不同可以將光電開關分為漫射式光電開關、對射式光電開關、鏡面反射式光電開關、槽式光電開關和光纖式光電開關。

1：按檢測形式的分類

（1）對射式

對射式是由一個發射器與一個接收器相對配置的，發射器發射出的光指向接收器，發射器與接收器之間組成一個閉合光路，通過對光路的光被遮斷或光衰減來進行檢測的一種檢測形式。這種檢測形式作用距離比較長，但需要一個發射器并需要配電；在某些應用場合比如空間狹小，不合適配電的運用上比較麻煩。如圖1a：

圖1a

②發射器與接收器一體化，光傳輸為直流方式的非調制信號，主要小型縫隙光電開關，如U型、C型的槽型光電開關。如圖1b：

（2）直接反射式

這種方式是把發射器與接收器構為一體，發射器發射的光直接照射到被檢測物上，根據反射光的變化情況來進行檢測的。可以說是近似人的眼睛的一種檢測器。與對射式相比作用距離比較短，只需要單線配電即可，屬于通用檢測器。如圖2：

（3）鏡面反射式

①這種方式是把發射器與接收器構為一體，光電開關對置反角矩陣射鏡，發射器的光被反射鏡后反饋回接收器，光電開關與角矩陣反射鏡（多棱鏡）形成閉合光路，通過對光路的光被遮斷或光衰減來進行檢測的一種檢測形式，這種檢測形式作用距離比對射式短，比直接反射式較長。只需要單線配電即可，由于采用反射鏡光軸的調整比對射式容易；反射鏡由多棱鏡角矩陣板或微晶玻璃顆粒反射膜等。如圖3a：

圖3a

②具有M.S.R功能的反射器式光電開關，如果被檢測物是平面而且有光澤，則會產生誤動作，欲解決此問題，可采用M.S.R功能，它的主要工作原理是基于角矩陣反射器能使偏振光方向改變90°，采用互相垂直的偏振光膜片放在雙鏡頭前，所以使用角矩陣反射器，光路閉合。如果是平面鏡或反光率比較的物體（如：玻璃瓶等）不能改變偏振方向，由它阻擋而產生的反射光不能進入受光器，因此它可以很容易被檢測到，從而解決了由它表面反射而它引起的誤動作問題。如圖3b：

圖3b

（4）輻射光檢測形式

通過對被檢測物體輻射出的光進行檢測的形式。如用于鋼鐵行業的對加熱的鐵輻射出的紅外線進行檢測的光電開關。如圖4：

（5）限定反射式

這種方式是把發射器與接收器構為一體，發射器與接收器形成一個角度，發射光軸與接收光軸交叉區域靈敏度jia。如圖5：

（6）夾角式

這種方式是把發射器與接收器構為一體，發射器與接收器形成一個角度，發射光聚焦點與接收光聚焦交叉區域檢測物體，用于精細檢測，如標記檢測等。如圖6：

（7）同軸檢測式（單鏡頭）

這種方式是把發射器與接收器構為一體，發射光通過鍍膜的半透明鏡片45°折射后通過鏡頭聚焦發射出去，接收光線通過聚焦鏡頭入射到接收器，主要用于標志檢測。目前主流的顏色傳感器、標志傳感器大多采用這樣方式。如圖7：

（8）光導纖維式

光導纖維簡稱光纖，目前光纖式光電開關的光纖基本是兩種，一種塑料光纖，價位比較低，普通檢測使用；另一種玻璃光纖，價位比較高，一些檢測精度比較高的場合。

①：對射式，把光纖套入發射器，把光纖套入接收器，光纖檢測頭相對安置。

②：直接反射式，發射器與接收器構為一體，把光纖套入發射器與接收器（光纖放大器），光纖頭為兩根光纖并行，直接檢測物體。如圖8：

圖8

③：同軸反射，發射器與接收器構為一體，把光纖套入發射器與接收器（光纖放大器）。光纖頭為兩根光纖并為一根的形式，發射光纖在中間，接受光纖圍著其圓周排列。可以直接反射與鏡面反射，取決于光纖放大器的光學結構。

2：按檢測方法的分類

（1）光量法

目前大多數光電開關用來檢測物體有無的均為光量方式，既光源受物體遮蔽或發生反射、輻射和遮光導致受光量變化來檢測對象的有無。

（2）三角測距法

光量方式容易受到物體表面的光潔度、粗糙度、顏色所影響，因此在一些要求比較高的場合就需要采用距離法檢測。

（3）激光測量法

由激光器對被測目標發射一個光信號， 然后接受目標反射回來的光信號，通過測量光信號往返經過的時間， 計算出目標的距離。

3：按光源種類的分類

光源目前采用的大多是發光二極管（LED），根據不同使用目的的區別使用。

（1）白熾燈式（可見光）

用于需要白光的標志檢測器，由于壽命與抗震性能，現在使用比較少。

（2）發光二極管（LED）式（可見光、近紅外光）

具有調制容易、壽命長、小型、功耗小、抗震等優點是光電開關理想的光源，可用于各種用途。

（3）熒光式（可見光）

主要用于需要長度的光電系統（圖像傳感器等）

（4）紫外光式（不可見光）

通過照射紫外線用于檢測發生可見光的物體（熒光整理疵點、食品中的異物等）。

（5）氣體激光式（可見光）

光束比較強，用于探傷系統、條形碼系統、及強光衰減大的場合，如蒸汽、煙霧、火焰等場合。

（6）半導體激光式（紅光、近紅外光）

具有較強的透射率和容易調制的特性，用于如蒸汽、煙霧、火焰等場合鋼鐵行業與安防。

4：按光源調制種類的分類

（1）直流光式

使發射器的光線為不變的直流光，包括白熾燈和用直流驅動的發光二極管。這種方式有線路簡單、響應速度快的特點，但是抗光干擾比較弱，目前僅在較短的距離檢測中使用。

（2）調制式

①、脈沖調制式

使發射器發的出光線為具有一定頻率的脈沖波，一般稱為調制光，采用這種方式除了可以獲得峰值很高的光脈沖功率外，還可以對接收器輸出采用具有頻率選擇的交流放大器進行放大，從而減少周圍光線和電氣噪聲的影響，這是目前國內外使用guang的一種方式。

②機械旋轉調制式

對光源用棱鏡或轉盤孔旋轉后，提取脈沖信號，如用于區域檢測和熱金屬輻射的掃描檢測等。

③、掃描式

將多個發射器與接收器組合，通過同步信號逐一掃描，防止相互干擾。如用于光幕傳感器。

5：按供電種類的分類

（1）直流式

采用直流電壓供電的形式，一般大多采用12-24V（10-30V）的直流電壓的供電。

（2）交流式

采用交流電壓供電，電壓范圍為90-240V交流電，滿足110VAC與220VAC場合的供電

（3）直流交流混合式

直流電壓與交流電壓都可以直接接入同一個供電回路的形式，直流電壓范圍12-240V，交流電壓范圍24-240V，此形式適應性比較靈活，不需要考慮配電的問題。

6：按輸出種類的分類

（1）三極管NPN輸出

（2）三極管PNP輸出

（3）三極管NPN與PNP混合輸出

（4）固態隔離無觸點輸出

（5）繼電器觸點輸出

（6）可控硅輸出

（7）模擬電壓

（8）模擬電流

（9）數據信號

7：按結構種類的分類

（1）內藏放大器式

即把發光、感光元件和放大電路、信號處理電路、開關驅動電路裝配在一個殼體里，接通直流電源就可以獲取ON-OFF開關輸出，不需要放大器，抗噪音能力強，壽命長，電纜線可延長等優點，是主流的一種光電開關。

（2）放大器分離式

這是種早期采用比較多的方式，發光、感光元件裝在探頭內，用屏蔽線與放大器（光電開關主體）連接。主要是探頭可以安裝在比較狹小的空間對比較小的物體進行檢測，但是有抗噪聲能力的問題。隨著技術的發展，內藏放大器式的光電開關的體積越來越小；這種形式采用相對較少，尤其是光纖傳感器的發展。

（3）光纖式

這種光電開關是放大器分離式與內藏放大器式結合的產品，通過光纖才傳輸光信號，光電開關主體上套上光纖線，另一頭光纖探頭可以對被檢測物體進行檢測，其優點光纖探頭比較小，可以檢測比較微小的物體，光纖線傳輸的只是光信號，所以不用考慮放大器分離式那樣需要考慮抗噪聲能力的問題。

（4）自控式

這種光電開關是具有一定功能性的。把發光、感光元件和放大電路、信號處理電路、開關驅動電路、電源、繼電器等都裝配在一起，接上交流或直流電源就可以工作。同時還具有其他一些功能如動作信號的延時、光電開關的信號靈敏度調節等。

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