光电传感器解决方案篇

2018-05-26 11:41:11分类:解决方案2038

        光电传感器然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点,而且可测参数多,传感器的结构简单,形式灵活多样,因此,光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。 光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件,它是把光信号(红外、可见及紫外光辐射)转变成为电信号的器件。


  光电传感器的概述:

  光电传感器是指能够将可见光转换成某种电量的传感器。光敏二极管是最常见的光传感器。光敏二极管的外型与一般二极管一样,只是它的管壳上开有一个嵌着玻璃的窗口,以便于光线射入,为增加受光面积,PN结的面积做得较大,光敏二极管工作在反向偏置的工作状态下,并与负载电阻相串联,当无光照时,它与普通二极管一样,反向电流很小(<µA),称为光敏二极管的暗电流;当有光照时,载流子被激发,产生电子-空穴,称为光电载流子。在外电场的作用下,光电载流子参于导电,形成比暗电流大得多的反向电流,该反向电流称为光电流。光电流的大小与光照强度成正比,于是在负载电阻上就能得到随光照强度变化而变化的电信号。

  光电传感器工作原理:

  光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。

  光电传感器在一般情况下,有三部分构成,它们分为:发送器、接收器和检测电路。

  发送器对准目标发射光束,发射的光束一般来源于半导体光源,发光二极管(LED)、激光二极管及红外发射二极管。光束不间断地发射,或者改变脉冲宽度。接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。在接收器的前面,装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路,它能滤出有效信号和应用该信号。

  此外,光电开关的结构元件中还有发射板和光导纤维。

  光电传感器的分类:

  3.1.槽型光电传感器

  把一个光发射器和一个接收器面对面地装在一个槽的两侧的是槽形光电。发光器能发出红外光或可见光,在无阻情况下光接收器能收到光。但当被检测物体从槽中通过时,光被遮挡,光电开关便动作。输出一个开关控制信号,切断或接通负载电流,从而完成一次控制动作。槽形开关的检测距离因为受整体结构的限制一般只有几厘米。

  3.2.对射型光电传感器

  若把发光器和收光器分离开,就可使检测距离加大。由一个发光器和一个收光器组成的光电开关就称为对射分离式光电开关,简称对射式光电开关。它的检测距离可达几米乃至几十米。使用时把发光器和收光器分别装在检测物通过路径的两侧,检测物通过时阻挡光路,收光器就动作输出一个开关控制信号。

  3.3.反光板型光电开关

  把发光器和收光器装入同一个装置内,在它的前方装一块反光板,利用反射原理完成光电控制作用的称为反光板反射式(或反射镜反射式)光电开关。正常情况下,发光器发出的光被反光板反射回来被收光器收到;一旦光路被检测物挡住,收光器收不到光时,光电开关就动作,输出一个开关控制信号。

  3.4.扩散反射型光电开关

  它的检测头里也装有一个发光器和一个收光器,但前方没有反光板。正常情况下发光器发出的光收光器是找不到的。当检测物通过时挡住了光,并把光部分反射回来,收光器就收到光信号,输出一个开关信号。

  光电传感器选型:

  4.1.槽宽,检测物体需通过槽型光耦的槽,才能对红外光实现阻断,所以光电传感器的槽宽要宽于检测物体,并要有一定的余量,便于安装。

  4.2.槽型光耦的分辨率,如检测物是一个齿盘,其齿盘齿的宽度是d,齿盘齿槽的宽度是3,则槽型光耦的光缝宽度要求小于d,且小于f,这样才能保证能将红外光有效的阻断和导通,在满足上述条件下,选择光缝宽大的槽型光耦。

  4.3.槽型光耦有带固定孔和不带固定空两种,根据实际情况选择。

  4.4.安装位置。传感器安装时,应使检测齿盘的外径超过槽型光耦光轴1-2mm。这样才能有效阻断光线。

  光电传感器的作用:

  光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件,它是把光信号(红外、可见及紫外光辐射)转变成为电信号的器件。光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器。它可用于检测直接引起光量变化的非电量,如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等;也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量,如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度,以及物体的形状、工作状态的识别等。光电式传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点,因此在工业自动化装置和机器人中获得广泛应用。近年来,新的光电器件不断涌现,特别是CCD图像传感器的诞生,为光电传感器的进一步应用开创了新的一页。

  光电传感器的结构:

  6.1.发送器

  发送器带一个校准镜头,将光聚焦射向接收器,接收器出电缆将这套装置接到一个真空管放大器上。在金属圆筒内有一个小的白炽灯做为光源,这些小而坚固的白炽灯传感器就是如今光电传感器的雏形。

  6.2.接收器

  接收器有光电二极管、光电三极管及光电池组成。光敏二极管是现在最常见的传感器。光电传感器光敏二极管的外型与一般二极管一样,只是它的管壳上开有一个嵌着玻璃的窗口,以便于光线射入,为增加受光面积,PN结的面积做得较大,光敏二极管工作在反向偏置的工作状态下,并与负载电阻相串联,当无光照时,它与普通二极管一样,反向电流很小称为光敏二极管的暗电流;当有光照时,载流子被激发,产生电子-空穴,称为光电载流子。

  6.3.角反射板

  角反射板是结构牢固的发射装置,它由很小的三角锥体反射材料组成,能够使光束准确地从反射板中返回。它可以在与光轴0到25的范围改变发射角,使光束几乎是从一根发射线,经过反射后,仍从这根反射线返回。

  光电传感器的外围电路参数选择:

  7.1.在选择槽型光耦的外围电路时,先确定槽型光耦接收管的负载电阻是多少,再根据槽型光耦的转换效率选择红外发射管的电流。

  7.2.被测物体的运动速度越快(如1-2kHz),原则上红外接收管的负载电阻取值应小些。

  光电传感器优点:

  8.1.检测距离长

  如果在对射型中保留10m以上的检测距离等,便能实现其他检测手段(磁性、超声波等) 无法离检测。

  8.2.对检测物体的限制少

  由于以检测物体引起的遮光和反射为检测原理,所以不象接近传感器等将检测物体限定 在金属,它可对玻璃.塑料.木材.液体等几乎所有物体进行检测。

  8.3.响应时间短

  光本身为高速,并且传感器的电路都由电子零件构成,所以不包含机械性工作时间,响应时间非常短。

  8.4.分辨率高

  能通过高级设计技术使投光光束集中在小光点,或通过构成特殊的受光光学系统,来实现高分辨率。也可进行微小物体的检测和高精度的位置检测。

  8.5.可实现非接触的检测

  可以无须机械性地接触检测物体实现检测,因此不会对检测物体和传感器造成损伤。因此,传感器能长期使用。

  8.6.可实现颜色判别

  通过检测物体形成的光的反射率和吸收率根据被投光的光线波长和检测物体的颜色组合 而有所差异。利用这种性质,可对检测物体的颜色进行检测。

  8.7.便于调整

  在投射可视光的类型中,投光光束是眼睛可见的,便于对检测物体的位置进行调整。

  光电传感器的应用:

  9.1.烟尘浊度监测仪

  防止工业烟尘污染是环保的重要任务之一。为了消除工业烟尘污染,首先要知道烟尘排放量,因此必须对烟尘源进行监测、自动显示和超标报警。烟道里的烟尘浊度是用通过光在烟道里传输过程中的变化大小来检测的。如果烟道浊度增加,光源发出的光被烟尘颗粒的吸收和折射增加,到达光检测器的光减少,因而光检测器输出信号的强弱便可反映烟道浊度的变化。

  9.2.光电池在光电检测和自动控制方面的应用

  光电池作为光电探测使用时,其基本原理与光敏二极管相同,但它们的基本结构和制造工艺不完全相同。由于光电池工作时不需要外加电压;光电转换效率高,光谱范围宽,频率特性好,噪声低等,它已广泛地用于光电读出、光电耦合、光栅测距、激光准直、电影还音、紫外光监视器和燃气轮机的熄火保护装置等。

  光电传感器的使用注意事项:

  10.1.使用中光电传感器的前端面与被检测的工件或物体表面必须保持平行,这样光电传感器的转换效率最高。

  10.2.安装焊接时,光电传感器的引脚根部与焊盘的最小距离不得小于5mm,否则焊接时易损坏管芯。或引起管芯性能的变化。焊接时间应小于4秒。

  10.3.对射式光电传感器最小可检测宽度为该种光电开关透镜宽度的80%。

  10.4.当使用感性负载(如灯、电动机等)时,其瞬态冲击电流较大,可能劣化或损坏交流二线的光电传感器,在这种情况下,请将负载经过交流继电器来转换使用。

  10.5.红外线光电传感器的透镜可用擦镜纸擦拭,禁用稀释溶剂等化学品,以免永久损坏塑料镜。

  10.6.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,所生产的光电传感器在灵敏度的选择上增加了50%,以适应在长期使用中延长光电传感器维护周期的要求。

  10.7.光电传感器必须安装在没有强光直接照射处,因强光中的红外光将影响接收管的正常工作。

  光电传感器与视觉传感器之比较:

  与光电传感器相比,视觉传感器赋予机器设计者更大的灵活性.以往需要多个光电传感器的应用,现在可以用一个视觉传感器来检验多项特征.视觉传感器能够检验大得多的面积,并实现了更佳的目标位置和方向灵活性.这使视觉传感器在某些原先只有依靠光电传感器才能解决的应用中受到广泛欢迎.在传统上,这些应用还需要昂贵的配件,以及能够确保目标物体始终以同一位置和姿态出现的精确运动控制.

  此外,由于一个基本视觉传感器的本钱仅相当于数个具有较贵配件的光电传感器,因此价格已不再是题目.

  视觉传感器为应用的切换提供了无与伦比的灵活性.例如,生产工序的切换(从单份装酸奶切换成冰淇淋桶)可能仅需数秒钟,并且可远控完成.附加的检验条件可轻松地添加到此应用中。

  光电传感器的发展趋势:

  光电传感器(光电开关)是光电接近开关的简称,它是利用被检测物对光束的遮挡或反射,由同步回路选通电路,从而检测物体有无的。物体不限于金属,所有能反射光线的物体均可被检测。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出,接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。安防系统中常见的光电开关烟雾报警器,工业中经常用它来记数机械臂的运动次数。

  光电传感器(光电开关)市场在过去的三年里经历了犹如过山车般的跌宕起伏。如今该市场回到了类似之前平稳的发展状态。虽然光电传感器市场极其依赖的投资环境近来已经变得愈发恶劣,但ARC依然对该市场在未来几年的发展持乐观态度。

  总的来说,对传感器整体的需求增长快于对工业自动化领域传感器的需求增长。与此同时,投资环境的影响力还是大于工厂的技术影响和趋势。光电传感器的发展深受经济周期的影响。

  通常,备件业务、现代化项目以及更长期的项目生产周期支撑着自动化的需求。但传感器供应商不能光依靠这些。相比之下,由于经销商会在项目开发的初期清空或满载库存,因此,要通过经销商取得较高销售份额的话就要注重投资的效果。

  灵活性和多样化是传感器供应商的制胜法宝。许多供应商正采用更加以解决方案为导向的业务模式,能够专注于测量、质量控制或者安全应用等领域。

  除了安防系统中常见的光电开关烟雾报警器,工业中经常用它来记数机械臂的运动次数。光电开关还在许多方面得到了应用,例如在行程控制、直径限制 光电开关、转速检测、气流量控制等方面。我们相信光电开关会做得越来越先进,它的应用也会越来越广泛。

  传感器市场前景预测:

  咨询公司INTECHNOCONSULTING的传感器市场报告显示,2008年全球传感器市场容量为506亿美元,预计2010年全球传感器市场可达600亿美元以上。调查显示,东欧、亚太区和加拿大成为传感器市场增长最快的地区,而美国德国、日本依旧是传感器市场分布最大的地区。就世界范围而言,传感器市场上增长最快的依旧是汽车市场,占第二位的是过程控制市场,看好通讯市场前景。

  一些传感器市场比如压力传感器、温度传感器、流量传感器、水平传感器已表现出成熟市场的特征。流量传感器、压力传感器、温度传感器的市场规模最大,分别占到整个传感器市场的21%、19%和14%。传感器市场的主要增长来自于无线传感器、MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystems,微机电系统)传感器、生物传感器等新兴传感器。其中,无线传感器在2007-2010年复合年增长率预计会超过25%。

  目前,全球的传感器市场在不断变化的创新之中呈现出快速增长的趋势。有关专家指出,传感器领域的主要技术将在现有基础上予以延伸和提高,各国将竞相加速新一代传感器的开发和产业化,竞争也将日益激烈。新技术的发展将重新定义未来的传感器市场,比如无线传感器、光纤传感器、智能传感器和金属氧化传感器等新型传感器的出现与市场份额的扩大。

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