光電開關(guān)的原理與類型

1、光電開關(guān)光電開關(guān)（光電傳感器）是光電接近開關(guān)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(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號射 出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強弱或有無對目標物體進行探測。簡介光電開關(guān)（光電傳感器：photoelectric switch）是光電接近開關(guān)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(guān)將輸入電 流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強弱或有無對目 標物體進

2、行探測。安防系統(tǒng)中常見的光電開關(guān)煙霧報警器， 工業(yè)中經(jīng)常用它來記 數(shù)機械臂的運動次數(shù)。接觸式行程開關(guān)存在響應(yīng)速度低、精度差、接觸檢測容易損壞被檢測物及壽 命短等缺點，而晶體管接近開關(guān)的作用距離短，不能直接檢測非金屬材料。但是, 新型光電開關(guān)則克服了它們的上述缺點， 而且體積小、功能多、壽命長、精度高、 響應(yīng)速度快、檢測距離遠以及抗光、電、磁干擾能力強。這種新型的光電開關(guān)已被用作物位檢測、液位控制、產(chǎn)品計數(shù)、寬度判別、 速度檢測、定長剪切、孔洞識別、信號延時、自動門傳感、色標檢出、沖床和剪 切機以及安全防護等諸多領(lǐng)域。此外，利用紅外線的隱蔽性，還可在銀行、倉庫、 商店、辦公室以及其它需要的場合作

3、為防盜警戒之用。工作原理圖1所示是反射式光電開關(guān)的工作原理框圖。圖中，由振蕩回路產(chǎn)生的調(diào) 制脈沖經(jīng)反射電路后，由發(fā)光管 GL輻射出光脈沖。當被測物體進入受光器作用 圍時，被反射回來的光脈沖進入光敏三極管 DU并在接收電路中將光脈沖解調(diào) 為電脈沖信號，再經(jīng)放大器放大和同步選通整形，然后用數(shù)字積分 或RC積分方式排除干擾，最后經(jīng)延時（或不延時）觸發(fā)驅(qū)動器輸出光電開關(guān)控 制信號。光電開關(guān)一般都具有良好的回差特性，因而即使被檢測物在小圍晃動也不會 影響驅(qū)動器的輸出狀態(tài)，從而可使其保持在穩(wěn)定工作區(qū)。同時，自診斷系統(tǒng)還可 以顯示受光狀態(tài)和穩(wěn)定工作區(qū)，以隨時監(jiān)視光電開關(guān)的工作。光電耦合器是以光為媒介傳輸電信

4、號的一種電一光一電轉(zhuǎn)換器件。它由發(fā)光源和受光器兩部分組成。把發(fā)光源和受光器組裝在同一密閉的殼體， 彼此間用透 明絕緣體隔離。發(fā)光源的引腳為輸入端，受光器的引腳為輸出端，常見的發(fā)光源 為發(fā)光二極管，受光器為光敏二極管、光敏三極管等等。光電耦合器的種類較多， 常見有光電二極管型、光電三極管型、光敏電阻型、光控晶閘管型、光電達林頓 型、集成電路型等。如下圖1 （外形有金屬圓殼封裝，塑封雙列直插等）。工作 原理在光電耦合器輸入端加電信號使發(fā)光源發(fā)光，光的強度取決于激勵電流的大小，此光照射到封裝在一起的受光器上后， 因光電效應(yīng)而產(chǎn)生了光電流，由受光 器輸出端引出，這樣就實現(xiàn)了電一光一電的轉(zhuǎn)換。基本工作特

5、性（以光敏三極管為例）1、共模抑制比很高在光電耦合器部， 由于發(fā)光管和受光器之間的耦合電容很?。?pF以）所以共模輸入電壓通過極間 耦合電容對輸出電流的影響很小，因而共模抑制比很高。2、輸出特性 光電耦合器的輸出特性是指在一定的發(fā)光電流IF下，光敏管所加偏置電壓 VCE與輸出 電流IC之間的關(guān)系，當IF=O時，發(fā)光二極管不發(fā)光，此時的光敏晶體管集電極 輸出電流稱為暗電流，一般很小。當IF0時，在一定的IF作用下，所對應(yīng)的 IC基本上與VCE無關(guān)。IC與IF之間的變化成線性關(guān)系，用半導(dǎo)體管特性圖示儀 測出的光電耦合器的輸出特性與普通晶體三極管輸出特性相似。3、光電耦合器可作為線性耦合器使用。在發(fā)

6、光二極管上提供一個偏置電流，再把信號電壓通過 電阻耦合到發(fā)光二極管上，這樣光電晶體管接收到的是在偏置電流上增、減變化的光信號，其輸出電流將隨輸入的信號電壓作線性變化。光電耦合器也可工作于開關(guān)狀態(tài)，傳輸脈沖信號。在傳輸脈沖信號時，輸入信號和輸出信號之間存在一 定的延遲時間，不同結(jié)構(gòu)的光電耦合器輸入、輸出延遲時間相差很大。特點介紹MGK系列光電開關(guān)是現(xiàn)代微電子技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，是HGK系列紅外光電開關(guān) 的升級換代產(chǎn)品。與以往的光電開關(guān)相比具有自己顯著的特點：具有自診斷穩(wěn)定工作區(qū)指示功能，可及時告知工作狀態(tài)是否可靠；對射式、反射式、鏡面反射式光電開關(guān)都有防止相互干擾功能， 安裝方便;對ES外同步（外診

7、斷）控制端的進行設(shè)置可在運行前預(yù)檢光電開關(guān)是否 正常工作。并可隨時接受計算機或可編程控制器的中斷或檢測指令，外診斷與自診斷的適當組合可使光電開關(guān)智能化；響應(yīng)速度快，高速光電開關(guān)的響應(yīng)速度可達到 0.1ms,每分鐘可進行30 萬次檢測操作，能檢出高速移動的微小物體；采用專用集成電路和先進的SMT表面安裝工藝，具有很高的可靠性；體積?。ㄗ钚H20X 31 X 12mm、重量輕，安裝調(diào)試簡單，并具有短路 保護功能。主要類型綜述光電開關(guān)的重要功能是能夠處理光的強度變化：利用光學(xué)元件，在傳播媒介中間使光束發(fā)生變化；利用光束來反射物體；使光束發(fā)射經(jīng)過長距離后瞬間返回。 光電開關(guān)是由發(fā)射器、接收器和檢測電路

8、三部分組成。發(fā)射器對準目標發(fā)射光束， 發(fā)射的光束一般來源于發(fā)光二極管（LED和激光二極管。光束不間斷地發(fā)射， 或者改變脈沖寬度。受脈沖調(diào)制的光束輻射強度在發(fā)射中經(jīng)過多次選擇， 朝著目 標不間接地運行。接收器有光電二極管或光電三極管組成。 在接收器的前面，裝 有光學(xué)元件如透鏡和光圈等。在其后面的是檢測電路，它能濾出有效信號和應(yīng)用 該信號。光電式接近開關(guān)廣泛應(yīng)用于自動計數(shù)、 安全保護、自動報警和限位控制 等方面。分類：光電開關(guān)可分為對射型；漫反射型；鏡面反射型；槽式光電開關(guān)； 光纖式光電開關(guān)。對射型由發(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 會產(chǎn)生一個開關(guān)信號變化，典型的方

9、式是位于同一軸線上的光電開關(guān)可以相互分 開達50米。特征：辨別不透明的反光物體；有效距離大，因為光束跨越感應(yīng)距離的時間 僅一次；不易受干擾，可以可靠合適的使用在野外或者有灰塵的環(huán)境中；裝置的 消耗高，兩個單元都必須敷設(shè)電纜。漫反射型是當開關(guān)發(fā)射光束時，目標產(chǎn)生漫反射，發(fā)射器和接收器構(gòu)成單個的標準部 件，當有足夠的組合光返回接收器時， 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的反射能力決定， 由目標表面性質(zhì)和和 顏色決定；較小的裝配開支，當開關(guān)由單個元件組成時，通常是可以達到粗定位； 采用背景抑制功能調(diào)節(jié) 測量距離；對目標上的灰塵敏感和對目標變化了的反射性 能敏

10、感。鏡面反射型由發(fā)射器和接收器構(gòu)成的情況是一種標準配置， 從發(fā)射器發(fā)出的光束在對面 的反射鏡被反射，即返回接收器，當光束被中斷時會產(chǎn)生一個開關(guān)信號的變化。 光的通過時間是兩倍的信號持續(xù)時間，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，形成高的有效距離圍；不易受干擾，可以 可靠合適的使用在野外或者有灰塵的環(huán)境中。槽式槽式光電開關(guān)通常是標準的U字型結(jié)構(gòu)，其發(fā)射器和接收器分別位于U型槽 的兩邊，并形成一光軸，當被檢測物體經(jīng)過U型槽且阻斷光軸時，光電開關(guān)就產(chǎn)生了檢測到 的開關(guān)量信號。槽式光電開關(guān)比較安全可靠的適合檢測高速變化，分辨透明與半 透明物體。光纖式光纖式光電開關(guān)采用

11、塑料或玻璃光纖傳感器來引導(dǎo)光線，以實現(xiàn)被檢測物體不在相近區(qū)域的檢測。通常光纖傳感器分為對射式和漫反射式。槽型光電開關(guān)選項事項選型槽寬，檢測物體需通過槽型光耦的槽，才能對紅外光實現(xiàn)阻斷，所以光電傳 感器的槽寬要寬于檢測物體，并要有一定的余量，便于安裝。槽型光耦（光電開關(guān)）的光縫寬度，如檢測物是一個齒盤，其齒盤齒的寬 度是d,齒盤齒槽的寬度是f,則槽型光耦的光縫寬度要求小于d,且小于f,這 樣才能保證能將紅外光有效的阻斷和導(dǎo)通， 在滿足上述條件下，選擇光縫寬大的 槽型光耦。凹槽型光耦（光電開光）外形：帶固定孔和帶固定孔，請根據(jù)實際情況選 擇。安裝位置：光電傳感器安裝時，應(yīng)使檢測齒盤的外徑超過槽型光

12、耦光軸 1-2mm這樣才能有效阻斷光線。外圍電路參數(shù)選擇在選擇槽型光耦的外圍電路時，先確定槽型光耦（光電開關(guān)）接收管的負載 電阻是多少，再根據(jù)槽型光耦的轉(zhuǎn)換效率選擇紅外發(fā)射管的電流。以ITR1100為例，若其負載電阻是選10k （包括之后電路的等效負載），電源電壓是 5V,其 紅外接收管的最大電流是（5-0.4/10k=0.46mA,其中0.4為接收管的飽和電壓）。 ITR1100的轉(zhuǎn)換效率是30% -40 %，取30%,則紅外發(fā)射管電流選為0.46/30%=1.5 mA,綜合考慮環(huán)境溫度、灰塵等不利因素影響，留1.5-2倍的余量，實際選擇電 流2.3-3mA。再根據(jù)該值選擇限流電阻（5-1.

13、2 ） /3=1.3k , 1.2為紅外發(fā)射管的 正向壓降。被測物體的運動速度越快（如1-2kHz）,原則上紅外接收管的負載電阻取 值應(yīng)小些。具體分類檢測方式常用光電開關(guān)的分類方法：按檢測方式可分為反射式、對射式和鏡面反射式三種類型。對射式檢測距 離遠，可檢測半透明物體的密度（透光度）。反射式的工作距離被限定在光束的交點附近，以避免背景影響。鏡面反 射式的反射距離較遠，適宜作遠距離檢測，也可檢測透明或半透明物體。表1給出了光電開關(guān)的檢測分類方式及特點說明。結(jié)構(gòu)分類光電開關(guān)按結(jié)構(gòu)可分為放大器分離型、放大器藏型和電源藏型三類。放大器分離型是將放大器與傳感器分離，并采用專用集成電路和混合安裝工 藝制

14、成，由于傳感器具有超小型和多品種的特點，而放大器的功能較多。因此， 該類型采用端子臺連接方式，并可交、直流電源通用。具有接通和斷開延時功能， 可設(shè)置亮、音動切換開關(guān)，能控制6種輸出狀態(tài)，兼有接點和電平兩種輸出方式。放大器藏型是將放大器與傳感一體化，采用專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），能檢測狹小 和高速運動的物體。改變電源極性可轉(zhuǎn)換亮、暗動，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。電源藏型是將放大器、傳感器與電源裝置一體化，采用專用集成電路和表面 安裝工藝制成。它一般使

15、用交流電源，適用于在生產(chǎn)現(xiàn)場取代接觸式行程開關(guān)， 可直接用于強電控制電路。也可自行設(shè)置自診斷穩(wěn)定工作區(qū)指示燈，輸出備有SSF固態(tài)繼電器或繼電器常開、常閉接點，可防止相互干擾，并可緊密安裝在系 統(tǒng)中。技術(shù)指標塑料或金屬外殼，有圓柱形、方形、叉型、玻璃或塑料光纖等直射系統(tǒng)檢測 距離長，最大100m檢測不透明物體準確、可靠，抗惡劣條件好(灰塵、散射 光導(dǎo))反射系統(tǒng)檢測距離中等，最大 15m易于安裝，檢測不透明物體或非反射 性透明物體；極性反射系統(tǒng)可以檢測反射物體漫射系統(tǒng)檢測距 離短，最大2m取決于物體的反射系數(shù)，安裝及設(shè)置簡單，可檢測透明、反射 或半透明的物體，需要潔凈的環(huán)境帶背景抑制功能的漫射系統(tǒng)

16、對背景物體不敏 感，檢測距離與物體的顏色無關(guān)繼電器或固態(tài)輸出兩種方式，還有模擬量(4-20mA輸出的專用系列產(chǎn)品可選擇的功能：時間延遲、分離放大器、靈敏度調(diào)節(jié) 等三種接線方式：螺絲端子、插接件、電纜引線，最高防護等級為IP67Design18 市場上最廣泛使用的標準，第一代Ø18且具備背景抑制功能。相關(guān)比較光控開關(guān)與光電開關(guān)的區(qū)別1、首先可以確定光控開關(guān)不屬于光電開關(guān)。2、光電開關(guān)是通過把光強度的變化轉(zhuǎn)換成電信號的變化來實現(xiàn)控制的。它是利用被檢測物體對紅外光束(區(qū)分點)的遮光或反射，由同步回路選通 而檢測物體的有無，其物體不限于金屬，對所有能反射光線的物體均可檢測。 光 電開關(guān)在

17、一般情況下，有三部分構(gòu)成，它們分為：發(fā)送器、接收器和檢測電路。根據(jù)檢測方式的不同，紅外線光電開關(guān)可分為：(1) .漫反射式光電開關(guān)(2) .鏡反射式光電開關(guān)(3) .對射式光電開關(guān)(4) .槽式光電開關(guān)(5) .光纖式光電開關(guān)3、光控開關(guān)，它的“開”和“關(guān)”是靠可控硅的導(dǎo) 通和阻斷來實現(xiàn)的，而可控硅的導(dǎo)通和阻斷又是受自然光(區(qū)分點)的亮度(或 人為亮度)的大小所控制的。該裝置適合作為街道、宿舍走廊或其它公共場所照 明燈，起到日熄夜亮的控制作用，以節(jié)約用電。4、光電開關(guān)應(yīng)用的 環(huán)境是影響其長期工作可靠性的重要條件。當光電開關(guān) 工作于最大檢測距離狀態(tài)時，由于光學(xué)透鏡會被環(huán)境中的污物粘住， 甚至?xí)?/p>

18、一 些強酸性物質(zhì)腐蝕，以至降低使用參數(shù)特性。但光控開關(guān)不受“檢測距離”這一 指標的影響。光電開關(guān)和光電繼電器的區(qū)別光電開關(guān)是由振蕩回路產(chǎn)生的調(diào)制脈沖經(jīng)反射電路后，由發(fā)光管GL輻射出光脈沖。當被測物體進入受光器作用圍時，被反射回來的光脈沖進入光敏三極管 DU并在接收電路中將光脈沖解調(diào)為電脈沖信號， 再經(jīng)放大器放大和同步選通整 形，然后用數(shù)字積分或RC積分方式排除干擾，最后經(jīng)延時（或不延時）觸發(fā)驅(qū) 動器輸出光電開關(guān)控制信號光電開關(guān)一般都具有良好的回差特性，因而即使被檢測物在小圍晃動也不會 影響驅(qū)動器的輸出狀態(tài)，從而可使其保持在穩(wěn)定工作區(qū)。同時，自診斷系統(tǒng)還可 以顯示受光狀態(tài)和穩(wěn)定工作區(qū)，以隨時監(jiān)視

19、光電開關(guān)的工作。光電繼電器的工作原理和特性。繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系 統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應(yīng)用于自動控制電路 中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關(guān)”。故在電路中 起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉(zhuǎn)換電路等作用。光電耦合器與光電開關(guān)的區(qū)別光電耦合器就是我們所說的光耦，它的原理是通過發(fā)光二極管照射三極管從 而使得三極管導(dǎo)通和關(guān)短，通過調(diào)節(jié)二極管電壓大小調(diào)節(jié)發(fā)光強度， 從而使流過 三極管的電流變化，常常用光藕是來反饋用。而光電開關(guān)原理類似，不過它只是用來當作開關(guān)用的，也就是發(fā)光就三極管 開通就是，z這需要一個擋光的東西，但并不需要調(diào)節(jié)電流大小

20、，一般用在一般 控制上，不能精確表針。專用名詞檢出距離對射式和鏡面反射式光電開關(guān)的檢出距離是指光軸上無有效遮擋物野戰(zhàn)，可穩(wěn)定檢出的最大距離。反射式光電開關(guān)的檢出距離則是可穩(wěn)定檢出標準檢測物的最大距離?；夭罹嚯x回差距離指動作距離與復(fù)位距離之差。 它用檢出距離的比率來表示，一般在 檢出距離的20%下。響應(yīng)時間把從受光器初始有效受光到輸出動作所需的時間稱作響應(yīng)時間。 把從受光器初始有效遮光到輸出復(fù)位所需的時間稱為復(fù)位應(yīng)用時間暗動暗動（DARK ON :即遮光動作。它表示在進入受光器的光速減少到一定程序時或被全遮時，輸出晶體管將導(dǎo)通輸出。亮動亮動（LIGHTON，也稱受光動作。它是指進入受光器的光束增

21、加到一定量 時，輸出晶體管導(dǎo)通且有輸出。外同步輸入在一般情況下，凡具有外部診斷輸入功能的光電開關(guān)， 一般均具有外同步功 能。也就是說，用接點或晶體管導(dǎo)通等方法使圖 2中的藍線與黑線短接（ON可隨時停止投光?？梢該?jù)此在工作前預(yù)檢傳感器檢測是否正常。 在工作中, 利用此性質(zhì)也可隨時接受控制系統(tǒng)發(fā)出的運行或中斷指令。 如果將前一個輸出與 后一個外同步輸入進行串接，則可實現(xiàn)與門等功能。注意事項光電開關(guān)可用于各種應(yīng)用場合，圖 3所示為光電開關(guān)在多種場合的應(yīng)用例 圖。另外，在使用光電開關(guān)時，還應(yīng)注意環(huán)境條件，以使光電開關(guān)能夠正?？煽?的工作。強光源光電開關(guān)在環(huán)境照度較高時，一般都能穩(wěn)定工作。但應(yīng)回避將傳感器光軸正 對太、白熾燈等強光源。在不能改變傳感器（受光器）光軸與強光源的角度時，可在傳感器上方四周 加裝遮光板或套上遮光長筒。相互干擾MGK系列新型光電開關(guān)通常都具有自動防止相互干擾的功能，因而不必擔心相互干擾。然而，HGK系列對射式紅外光電開關(guān)在幾組并列靠近安裝時，則應(yīng)防 止鄰組和相互干擾。防止這種干擾最有效的辦法是投光器和受光器交叉設(shè)置，超過2組時還拉開組距。當然，使用不同頻率的機種也是一種好辦法。HGK系列反射式光電開關(guān)防止相互干擾的有效辦法是拉開間隔。而且檢測距離越遠，間隔也應(yīng)越大，具