光電傳感器簡(jiǎn)介

　　光電傳感器是采用光電元件作為檢測(cè)元件的傳感器。它首先把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的變化，然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。

　　光電傳感器一般由處理通路和處理元件2 部分組成。其基本原理是以光電效應(yīng)為基礎(chǔ)，把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的變化，然后借助光電元件進(jìn)一步將非電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。光電效應(yīng)是指用光照射某一物體，可以看作是一連串帶有一定能量為的光子轟擊在這個(gè)物體上，此時(shí)光子能量就傳遞給電子，并且是一個(gè)光子的全部能量一次性地被一個(gè)電子所吸收，電子得到光子傳遞的能量后其狀態(tài)就會(huì)發(fā)生變化，從而使受光照射的物體產(chǎn)生相應(yīng)的電效應(yīng)。

　　光電傳感器結(jié)構(gòu)

　　光電傳感器主要由發(fā)送器、接收器、檢測(cè)電路三大部分構(gòu)成，有時(shí)還包括發(fā)射板和光導(dǎo)纖維等。其中，發(fā)送器即光源（如發(fā)光二極管、激光二極管、紅外發(fā)射二極管等），用以提供光照;接收器又由光電二極管、光電三極管、光電池三部分構(gòu)成，用以接受發(fā)送器所發(fā)射的光束并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào);檢測(cè)電路用以檢測(cè)由接收器輸出的電信號(hào)，濾出有效信號(hào)，濾除干擾信號(hào)。

　　光電傳感器工作原理

　　光電傳感器是通過(guò)把光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)控制的。首先，發(fā)送器對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)不間斷地發(fā)射光束;其次，接收器接收發(fā)送器發(fā)出光束并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào);最后，檢測(cè)電路對(duì)接收器輸出電信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，僅保留有效信號(hào)。

　　光電傳感器特點(diǎn)

　　①檢測(cè)距離長(zhǎng)

　　如果在對(duì)射型中保留10m以上的檢測(cè)距離等，便能實(shí)現(xiàn)其他檢測(cè)手段（磁性、超聲波等） 無(wú)法遠(yuǎn)距離檢測(cè)。

　　②對(duì)檢測(cè)物體的限制少

　　由于以檢測(cè)物體引起的遮光和反射為檢測(cè)原理，所以不象接近傳感器等將檢測(cè)物體限定在金屬，它可對(duì)玻璃、塑料、木材、液體等幾乎所有物體進(jìn)行檢測(cè)。

　　③響應(yīng)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(gòu)成，所以不包含機(jī)械性工作時(shí)間，響應(yīng)時(shí)間非常短。

　　④分辨率高

　　能通過(guò)高級(jí)設(shè)計(jì)技術(shù)使投光光束集中在小光點(diǎn)，或通過(guò)構(gòu)成特殊的受光光學(xué)系統(tǒng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)高分辨率。也可進(jìn)行微小物體的檢測(cè)和高精度的位置檢測(cè)。

　　⑤可實(shí)現(xiàn)非接觸的檢測(cè)

　　可以無(wú)須機(jī)械性地接觸檢測(cè)物體實(shí)現(xiàn)檢測(cè)，因此不會(huì)對(duì)檢測(cè)物體和傳感器造成損傷。因此，傳感器能長(zhǎng)期使用。

　　⑥可實(shí)現(xiàn)顏色判別

　　通過(guò)檢測(cè)物體形成的光的反射率和吸收率根據(jù)被投光的光線波長(zhǎng)和檢測(cè)物體的顏色組合而有所差異。利用這種性質(zhì)，可對(duì)檢測(cè)物體的顏色進(jìn)行檢測(cè)。

　　⑦便于調(diào)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(duì)檢測(cè)物體的位置進(jìn)行調(diào)整。

　　光電傳感器應(yīng)用案例

　　光電檢測(cè)方法具有精度高、響應(yīng)速度快、非接觸等優(yōu)點(diǎn)。該傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。近年來(lái)，隨著光電技術(shù)的發(fā)展，光電傳感器已成為一系列產(chǎn)品，其品種和產(chǎn)量也在不斷增加，并被廣泛應(yīng)用于各種輕工業(yè)自動(dòng)化中。典型案例如下：

　　1.光電傳感器在高壓大電流測(cè)試中的應(yīng)用

　　近年來(lái)，采用光學(xué)設(shè)備進(jìn)行高壓大電流測(cè)量在電力系統(tǒng)中發(fā)展很快，許多新型的光電式傳感器系統(tǒng)已相繼投入現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行，為高壓大電流的監(jiān)測(cè)帶來(lái)許多便利條件。OCT響應(yīng)速度快，測(cè)量精度高。OCT不同于CT傳統(tǒng)電流互感器。的基點(diǎn)在于信號(hào)功率小，OCT產(chǎn)品在被測(cè)電流從高電位轉(zhuǎn)換到低電位的過(guò)程中都是用光來(lái)調(diào)制的，其光學(xué)儀器部分只有微瓦級(jí)的功率，而CT的次級(jí)線圈需要瓦級(jí)的功率。

　　2.光電傳感器在轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　在機(jī)械自動(dòng)化高速發(fā)展的今天，轉(zhuǎn)速是動(dòng)力機(jī)械性能測(cè)試中的一個(gè)重要的特性參量，其大小和變化關(guān)系著機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常。動(dòng)力機(jī)械的許多特性參數(shù)往往通過(guò)轉(zhuǎn)速來(lái)確定，例如電機(jī)的輸出功率，而且動(dòng)力機(jī)械的振動(dòng)、管道氣流脈動(dòng)與各種工作零件的磨損狀態(tài)等也與轉(zhuǎn)速密切相關(guān)。及時(shí)監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)速的變化可以及時(shí)排除機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)中的許多故障，避免造成更大損失。

　　3.光電傳感器在繼電保護(hù)中的應(yīng)用

　　隨著電力工業(yè)的發(fā)展，電力系統(tǒng)的輸送容量和電壓等級(jí)不斷提高，傳統(tǒng)的互感器對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行測(cè)量和監(jiān)控存在著許多缺點(diǎn)。目前，應(yīng)用光電傳感器的光纖互感器和光纖通訊網(wǎng)構(gòu)成的光纖發(fā)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，已成為電力自動(dòng)化技術(shù)最有前景的發(fā)展方向之一。電力互感器是電力系統(tǒng)中重要的電量測(cè)量設(shè)備，也是實(shí)現(xiàn)電力自動(dòng)化的關(guān)鍵設(shè)備。

　　4.光電傳感器在煙塵濁度監(jiān)測(cè)的應(yīng)用

　　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(duì)煙塵源進(jìn)行監(jiān)測(cè)、自動(dòng)顯示和超標(biāo)報(bào)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(cè)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(dá)光檢測(cè)器的光減少，因而光檢測(cè)器輸出信號(hào)的強(qiáng)弱便可反映煙道濁度的變化。

　　5.光電傳感器在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用

　　近年來(lái)，我國(guó)在常規(guī)武器領(lǐng)域也采用了多種新型傳感器，如壓力、轉(zhuǎn)速及角度傳感器等，其中采用的光電傳感器數(shù)量很多，如高精度的光柵式角度傳感器用于火炮的高低角、方位角檢測(cè)，普遍的光電式數(shù)字傳感器用于槍械方面的測(cè)量，高精度的光電數(shù)字傳感器用于目標(biāo)角速度測(cè)量，光電測(cè)速儀用于火炮反后座裝置運(yùn)動(dòng)特性的檢測(cè)，光電轉(zhuǎn)速傳感器用于車(chē)輛的性能檢測(cè)等。

　　光電傳感器接線圖

　　1.光電開(kāi)關(guān)傳感器雙線直流接線方法

　　光電開(kāi)關(guān)傳感器電路原理圖

　　接線電壓：10—65V直流 常開(kāi)觸點(diǎn)（NO）

　　無(wú)極性

　　防短路的輸出 漏電電流≤0.8mA 電壓降≤5V

　　注意不允許雙線直流傳感器的串并聯(lián)連接

　　2.光電開(kāi)關(guān)傳感器三線直流接線圖

　　電路原理圖

　　接線電壓：10—30V直流 常開(kāi)觸點(diǎn)（NO）

　　電壓降≤1.8V

　　防短路的輸出 完備的極性保護(hù)

　　三線直流與四線直流傳感器的串聯(lián)

　　當(dāng)串聯(lián)時(shí)，電壓降相加，單個(gè)傳感器的準(zhǔn)備延遲時(shí)間相加。

　　3.四線直流光電開(kāi)關(guān)傳感器接線方法

　　電路原理圖

　　接線電壓：10—65V

　　切換開(kāi)關(guān)

　　防短路的輸出

　　完備的極性保護(hù)

　　4.光電開(kāi)關(guān)傳感器雙線交流接線方法

　　電路原理圖 常開(kāi)觸點(diǎn)（NO）

　　常閉觸點(diǎn)（NC）

　　接線電壓：20—250V交流

　　漏電電流≤1.7mA

　　電壓降≤7V（有效值）

　　雙線交流傳感器的串聯(lián)

　　常開(kāi)觸點(diǎn)：“與”邏輯

　　常閉觸點(diǎn)：“或非”邏輯

　　當(dāng)串聯(lián)時(shí)，在傳感器上的電壓降相加，它減低了負(fù)載上可利用的電壓，因此要注意：不能低于負(fù)載上的最小工作電壓（注意到電網(wǎng)電壓的波動(dòng)）。

　　5.機(jī)械開(kāi)關(guān)與交流光電開(kāi)關(guān)傳感器串聯(lián)接線方法

　　斷開(kāi)的觸點(diǎn)中斷了傳感器的電源電壓，若在傳感器被衰減期間內(nèi)機(jī)械觸點(diǎn)閉和的話，則會(huì)產(chǎn)生一個(gè)短時(shí)間的功能故障，傳感器的準(zhǔn)備延遲時(shí)間（t≤80ms）避免了立即的通斷動(dòng)作。

　　補(bǔ)償方法：將一電阻并聯(lián)在機(jī)械觸點(diǎn)上（當(dāng)觸點(diǎn)斷開(kāi)時(shí)也是一樣），此電阻使傳感器的準(zhǔn)備時(shí)間不再起作用，對(duì)于200V交流，此電阻大約為82KΩ/1w。 電阻的計(jì)算方法：近似值大約為400Ω/V

　　6.雙線交流光電開(kāi)關(guān)傳感器的并聯(lián)接線方法

　　常開(kāi)觸點(diǎn)：“與”邏輯 常閉觸點(diǎn)：“或非”邏輯

　　閉和觸點(diǎn)使傳感器的工作電壓短路，當(dāng)觸點(diǎn)短開(kāi)以后只有在準(zhǔn)備延遲時(shí)間（t≤80ms）之后傳感器才處于功能準(zhǔn)備狀態(tài)。

　　補(bǔ)償辦法：觸點(diǎn)上串聯(lián)一個(gè)電阻可以可靠地保證了傳感器的最小工作電壓，因此避免了在機(jī)械觸點(diǎn)斷開(kāi)之后的準(zhǔn)備延遲。

　　計(jì)算電阻的公式：