光是一種電磁射線,其特性如同無(wú)線電波和X射線,傳遞速度約為300000千米/秒,因此它可以在發(fā)射的一瞬間被其接收。紅外線光電開關(guān)是利用人眼不可見(波長(zhǎng)為780nm-1mm)的近紅外線和紅外線的來(lái)檢測(cè)、判別物體。通過(guò)光電裝置瞬間發(fā)射的微弱光束能被的準(zhǔn)確的發(fā)射和接收。
光電開關(guān)的重要功能是能夠處理光的強(qiáng)度變化:利用光學(xué)元件,在傳播媒介中間使光束發(fā)生變化;利用光束來(lái)反射物體;使光束發(fā)射經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離后瞬間返回。
光電開關(guān)的工作原理
光電開關(guān)(光電傳感器)是光電接近開關(guān)的簡(jiǎn)稱,它是利用被檢測(cè)物對(duì)光束的遮擋或反射,由同步回路選通電路,從而檢測(cè)物體有無(wú)的。物體不限于金屬,所有能反射光線的物體均可被檢測(cè)。光電開關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號(hào)射出,接收器再根據(jù)接收到的光線的強(qiáng)弱或有無(wú)對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行探測(cè)。多數(shù)光電開關(guān)選用的是波長(zhǎng)接近可見光的紅外線光波型。
光電開關(guān)是由發(fā)射器、接收器和檢測(cè)電路三部分組成。發(fā)射器對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束,發(fā)射的光束一般來(lái)源于半導(dǎo)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。受脈沖調(diào)制的光束輻射強(qiáng)度在發(fā)射中經(jīng)過(guò)多次選擇,朝著目標(biāo)不間接地運(yùn)行。接收器有光電二極管或光電三極管、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。在其后面的是檢測(cè)電路,它能濾出有效信號(hào)和應(yīng)用該信號(hào)。此外,光電開關(guān)的結(jié)構(gòu)元件中還有發(fā)射板和光導(dǎo)纖維。三角反射板是結(jié)構(gòu)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(zhǔn)確地從反射板中返回,有實(shí)用意義。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,經(jīng)過(guò)反射后,還是從這根反射線返回。
光電開關(guān)一般都有良好的回差特性,因而即使被檢測(cè)物在小范圍內(nèi)晃動(dòng)也不會(huì)影響驅(qū)動(dòng)器的輸出狀態(tài),從而可使其保持在穩(wěn)定工作區(qū)。同時(shí),自診斷系統(tǒng)還可以顯示受光狀態(tài)和穩(wěn)定工作區(qū),以隨時(shí)監(jiān)視光電開關(guān)的工作。
光電開關(guān)的類型
按檢測(cè)方式可分為反射式、對(duì)射式和鏡面反射式三種類型。對(duì)射式檢測(cè)距離遠(yuǎn),可檢測(cè)半透明物體的密度(透光度)。反射式的工作距離被限定在光束的交點(diǎn)附近,以避免背景影響。鏡面反射式的反射距離較遠(yuǎn),適宜作遠(yuǎn)距離檢測(cè),也可檢測(cè)透明或半透明物體??煞譃閷?duì)射型、漫反射型、鏡面反射型。
對(duì)射型光電開關(guān)(如圖1所示):由發(fā)射器和接收器組成,結(jié)構(gòu)上是兩者相互分離的,在光束被中斷的情況下會(huì)產(chǎn)生一個(gè)開關(guān)信號(hào)變化,典型的方式是位于同一軸線上的光電開關(guān)可以相互分開達(dá)50米。特征:辨別不透明的反光物體;有效距離大,因?yàn)楣馐缭礁袘?yīng)距離的時(shí)間僅一次;不易受干擾,可以合適的使用在野外或者有灰塵的環(huán)境中;裝置的消耗,兩個(gè)單元都必須敷設(shè)電纜。
漫反射型光電開關(guān):是當(dāng)開關(guān)發(fā)射光束時(shí),目標(biāo)產(chǎn)生漫反射,發(fā)射器和接收器構(gòu)成單個(gè)的部件,當(dāng)有足夠的組合光返回接收器時(shí),開關(guān)狀態(tài)發(fā)生變化,作用距離的典型值一直到3米。特征:有效作用距離是由目標(biāo)的反射能力決定,由目標(biāo)表面性質(zhì)和和顏色決定;較小的裝配開支,當(dāng)開關(guān)由單個(gè)元件組成時(shí),通常是可以達(dá)到粗定位;采用背景抑制功能調(diào)節(jié)測(cè)量距離;對(duì)目標(biāo)上的灰塵敏感和對(duì)目標(biāo)變化了的反射性能敏感。
鏡面反射型光電開關(guān)(如圖2所示):由發(fā)射器和接收器構(gòu)成的情況是一種配置,從發(fā)射器發(fā)出的光束在對(duì)面的反射鏡被反射,即返回接收器,當(dāng)光束被中斷時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)開關(guān)信號(hào)的變化。光的通過(guò)時(shí)間是兩倍的信號(hào)持續(xù)時(shí)間,有效作用距離從0.1米至20米。特征:辨別不透明的物體;借助反射鏡部件,形成的有效距離范圍;不易受干擾,可以合適的使用在野外或者有灰塵的環(huán)境中。
按結(jié)構(gòu)光電開關(guān)可分為放大器分離型、放大器內(nèi)藏型和電源內(nèi)藏型三類。
放大器分離型是將放大器與傳感器分離,并采用集成電路和混合安裝工藝制成,由于傳感器有超小型和多品種的特點(diǎn),而放大器的功能較多。因此,該類型采用端子臺(tái)連接方式,并可交、直流電源通用。有接通和斷開延時(shí)功能,可設(shè)置亮、音動(dòng)切換開關(guān),能控制6種輸出狀態(tài),兼有接點(diǎn)和電平兩種輸出方式。
放大器內(nèi)藏型是將放大器與傳感,采用集成電路和表面安裝工藝制成,使用直流電源工作。其響應(yīng)速度局面(有0.1ms和1ms兩種),能檢測(cè)狹小和速運(yùn)動(dòng)的物體。改變電源極性可轉(zhuǎn)換亮、暗動(dòng),并可設(shè)置自診斷穩(wěn)定工作區(qū)指示燈。兼有電壓和電流兩種輸出方式,能防止相互干擾,在系統(tǒng)安裝中十分方便。
電源內(nèi)藏型是將放大器、傳感器與電源裝置,采用集成電路和表面安裝工藝制成。它一般使用交流電源,適用于在現(xiàn)場(chǎng)取代接觸式行程開關(guān),可直接用于強(qiáng)電控制電路。也可自行設(shè)置自診斷穩(wěn)定工作區(qū)指示燈,輸出備有SSR固態(tài)繼電器或繼電器常開、常閉接點(diǎn),可防止相互干擾,并可緊密安裝在系統(tǒng)中。
光電開關(guān)的術(shù)語(yǔ)解釋
?、贆z測(cè)距離:是指檢測(cè)體按一定方式移動(dòng),當(dāng)開關(guān)動(dòng)作時(shí)測(cè)得的基準(zhǔn)位置(光電開關(guān)的感應(yīng)表面)到檢測(cè)面的空間距離。額定動(dòng)作距離指接近開關(guān)動(dòng)作距離的標(biāo)稱值。
?、诨夭罹嚯x:動(dòng)作距離與復(fù)位距離之間的值。
?、垌憫?yīng)頻率:在規(guī)定的1s的時(shí)間間隔內(nèi),允許光電開關(guān)動(dòng)作循環(huán)的次數(shù)。
?、茌敵鰻顟B(tài):分常開和常閉。當(dāng)無(wú)檢測(cè)物體時(shí),常開型的光電開關(guān)所接通的負(fù)載由于光電開關(guān)內(nèi)部的輸出晶體管的截止而不工作,當(dāng)檢測(cè)到物體時(shí),晶體管導(dǎo)通,負(fù)載得電工作。
?、輽z測(cè)方式:根據(jù)光電開關(guān)在檢測(cè)物體時(shí)發(fā)射器所發(fā)出的光線被折回到接收器的途徑的不同,可分為漫反射式、鏡反射式、對(duì)射式等。
⑥輸出形式:分NPN二線、NPN三線、NPN四線、PNP二線、PNP三線、PNP四線、AC二線、AC五線(自帶繼電器),及直流NPN/PNP/常開/常閉多功能等幾種常用的輸出形式。
?、咧赶蚪牵阂姽怆婇_關(guān)的指向角示意圖,即如圖4的下部三個(gè)小圖所示。
?、啾砻娣瓷渎剩郝瓷涫焦怆婇_關(guān)發(fā)出的光線需要經(jīng)檢測(cè)物表面才能反射回漫反射開關(guān)的接受器,所以檢測(cè)距離和被檢測(cè)物體的表面反射率將決定接受器接收到光線的強(qiáng)度。粗糙的表面反射回的光線強(qiáng)度必將小于光滑表面反射回的強(qiáng)度,而且,被檢測(cè)物體的表面必須垂直于光電開關(guān)的發(fā)射光線。常用材料的反射率如表1所示。
?、岘h(huán)境特性:光電開關(guān)應(yīng)用的環(huán)境亦會(huì)影響其長(zhǎng)期工作可用性。當(dāng)光電開關(guān)工作于ZUI大檢測(cè)距離狀態(tài)時(shí),由于光學(xué)透鏡會(huì)被環(huán)境中的污物粘住,甚至?xí)灰恍?qiáng)酸性物質(zhì)腐蝕,以至其使用參數(shù)和可用性降。較簡(jiǎn)便的解決方法就是根據(jù)光電開關(guān)的ZUI大檢測(cè)距離(Sn)降額使用來(lái)確定*工作距離。
光電開關(guān)的使用注意事項(xiàng)
光電開關(guān)可用于各種應(yīng)用場(chǎng)合。另外,在使用光電開關(guān)時(shí),還應(yīng)注意環(huán)境條件,以使光電開關(guān)能夠正常的工作。(1)注意事項(xiàng):
1)避免強(qiáng)光源
光電開關(guān)在環(huán)境照度較時(shí),一般都能穩(wěn)定工作。但應(yīng)回避將傳感器光軸正對(duì)太陽(yáng)光、白熾燈等強(qiáng)光源。在不能改變傳感器(受光器)光軸與強(qiáng)光源的角度時(shí),可在傳感器上方四周加裝遮光板或套上遮光長(zhǎng)筒。
2)防止相互干擾
防止相互干擾ZUI辦法是投光器和受光器交叉設(shè)置,超過(guò)2組時(shí)還拉開組距。當(dāng)然,使用不同頻率的機(jī)種也是一種好辦法。
3)鏡面角度影響
當(dāng)被測(cè)物體有光澤或遇到光滑金屬面時(shí),一般反射率都很,有近似鏡面的作用,這時(shí)應(yīng)將投光器與檢測(cè)物體安裝成10~20⪚的夾角,以使其光軸不垂直于被檢測(cè)物體,從而防止誤動(dòng)作。
4)排除背景物影響
使用反射式擴(kuò)散型投、受光器時(shí),有時(shí)由于檢出物離背景物較近,光電開關(guān)或者背景是光滑等反射率較的物體而可能會(huì)使光電開關(guān)不能穩(wěn)定檢測(cè)。
因此可以改用距離限定型投、受光器,或者采用遠(yuǎn)離背景物、拆除背景物、將背景物涂成無(wú)光黑色、或設(shè)法使背景物粗糙、灰暗等方法加以排除。
5)自診斷功能使用
在安裝或使用時(shí),有時(shí)可能會(huì)由于臺(tái)面或背景影響以及使用振動(dòng)等原因而造成光軸的微小偏移、透鏡沾污、積塵、外部噪聲、環(huán)境溫度超出范圍等問(wèn)題。這些問(wèn)題有可能會(huì)使光電開關(guān)偏離穩(wěn)定工作區(qū),這時(shí)可以利用光電開關(guān)的自診斷功能而使其通過(guò)STLITY綠色穩(wěn)定指示燈發(fā)出通知,以提醒使用者及時(shí)對(duì)其進(jìn)行調(diào)整。
6)臺(tái)面影響
投光器與受光器在貼近臺(tái)面安裝時(shí),可能會(huì)出現(xiàn)臺(tái)面反射的部分光束照到受光器而造成工作不穩(wěn)定。對(duì)此可使受光器與投光器離開臺(tái)面一定距離并加裝遮光板。
嚴(yán)禁用稀釋劑等化學(xué)物品,以免損壞塑料鏡。
壓線、動(dòng)力線和光電傳感器的配線不應(yīng)放在同一配線管或用線槽內(nèi),否則會(huì)由于感應(yīng)而造成(有時(shí))光電開關(guān)的誤動(dòng)作或損壞,所以原則上要分別單獨(dú)配線。
下列場(chǎng)所,一般有可能造成光電開關(guān)的誤動(dòng)作,應(yīng)盡量避開:
①灰塵較多的場(chǎng)所;
?、诟g性較多的場(chǎng)所;
③水、油、化學(xué)品有可能直接飛濺的場(chǎng)所;
?、軕敉饣蛱?yáng)光等有強(qiáng)光直射而無(wú)遮光措施的場(chǎng)所。
?、莪h(huán)境溫度變化超出產(chǎn)品規(guī)定范圍的場(chǎng)所;
?、拚駝?dòng)、沖擊大,而未采取避震措施的場(chǎng)所。
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