1、 光電子材料與器件 課程設計 設計名稱：反射式光電開光的設計學生姓名：學生學號：所在學院： 所在專業：電子科學與技術指導教師：時間：2015.9.13摘 要：本文介紹了光電傳感器中光電開關的工作原理及性能,說明了光電開關在現代生活中的重要地位,顯示了光電技術在日常生活生產中推廣應用的巨大潛力。從分析光電傳感器的原理出發，著重對它在生產生活等領域進行分析。通過傳感器外形結構圖和應用電路圖，了解光電傳開關的工作原理、結構、使用方法以及主要事項。介紹了該傳感器的特點、應用領域、開始與未來的發展以及成像特點。 關鍵詞：光電開關，光電傳感器1、光電開關介紹1.1 光電開關的介紹光電開關（即光電傳感器）是

2、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。安防系統中常見的光電開關煙霧報警器，工業中經常用它來記數機械臂的運動次數。接觸式行程開關存在響應速度低、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、響應速度快、檢測距離遠以及抗光、電、磁干擾能力強。目前，這種新型的光電開關已被用作物位檢測、液

3、位控制、產品計數、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為防盜警戒之用。1.2 光電開關的分類1.2.1 按檢測方式分常用光電開關的分類方法：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。1.2.2按結構分類光電開關按結構可分為放大器分離型、放大器內藏型和電源內藏型三類

4、。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，可設置亮、音動切換開關，能控制6種輸出狀態，兼有接點和電平兩種輸出方式。放大器內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。改變電源極性可轉換亮、暗動，并可設置自診斷穩定工作區指示燈。兼有電壓和電流兩種輸出方式，能防止相互干擾，在系統安裝中十分方便。電源內藏型是將放大器、傳感器與

5、電源裝置一體化，采用專用集成電路和表面安裝工藝制成。它一般使用交流電源，適用于在生產現場取代接觸式行程開關，可直接用于強電控制電路。也可自行設置自診斷穩定工作區指示燈，輸出備有ssr固態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中。1.3 光電開關的相關術語圖1 光電開關相關術語(1)檢測距離: 是指檢測體按一定方式移動, 當開關動作時測得的基準位置(光電開關的感應表面)到檢測面的空間距離。額定動作距離指接近開關動作距離的標稱值。(2)回差距離: 動作距離與復位距離之間的絕對值。(3)響應頻率: 在規定的1s的時間間隔內, 允許光電開關動作循環的次數。(4)輸出狀態: 分

6、常開和常閉。當無檢測物體時, 常開型的光電開關所接通的負載由于光電開關內部的輸出晶體管的截止而不工作, 當檢測到物體時, 晶體管導通, 負載得電工作。(5)檢測方式: 根據光電開關在檢測物體時發射器所發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。(7)指向角: 見光電開關的指向角示意圖, 即如圖4的下部三個小圖所示。(8)表面反射率: 漫反射式光電開關發出的光線需要

7、經檢測物表面才能反射回漫反射開關的接受器, 所以檢測距離和被檢測物體的表面反射率將決定接受器接收到光線的強度。粗糙的表面反射回的光線強度必將小于光滑表面反射回的強度, 而且, 被檢測物體的表面必須垂直于光電開關的發射光線。(9)環境特性: 光電開關應用的環境亦會影響其長期工作可靠性。當光電開關工作于最大檢測距離狀態時, 由于光學透鏡會被環境中的污物粘住, 甚至會被一些強酸性物質腐蝕, 以至其使用參數和可靠性降低。較簡便的解決方法就是根據光電開關的最大檢測距離降額使用來確定最佳工作距離。2、光電開關的原理光電開關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

8、而檢測遮擋物體的有無。所有能反射光線的物體均可被檢測(物體不限于金屬)。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檢測。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。光電開關的型號種類很多。圖二 光電開關工作原理示意圖2.1反射式光電開關 1.漫反射式光電開關漫反射光電開關是一種集發射器和接收器于一體的傳感器，當有被檢測物體經過時，將光電開關發射器發射的足夠量的光線反射到接收器，于是光電開關就產生了開關信號。當被檢測物體的表面光亮或其反光率極高時，漫反射式的光電開關是首選的檢測模式。2.鏡反射式光電開關鏡反射式光電開

9、關亦是集發射器與接收器于一體，光電開關發射器發出的光線經過反射鏡，反射回接收器，當被檢測物體經過且完全阻斷光線時，光電開關就產生了檢測開關信號。2.2反射式光電開關原理反射式光電開關的工作原理是紅外傳感器紅外發射管發射出紅外光，紅外接收管根據反射回來的紅外光強度大小來計數的，故被檢測的工件或物體表面必須有黑白相間的部位用于吸收和反射紅外光，這樣紅外接收管才能有效的截止和飽和達到計數的目的。所以在選擇工作點、安裝及使用中最關健的一點是紅外接收管必須工作于截止區和飽和區。2.3 組成模塊發光二極管、光電轉換器件（光電三極管）振蕩、發射、檢測、鑒頻發光二極管、光電三極管集成在一起，稱為漫反射光電傳感

10、器、推薦型號：tcrt5000振蕩電路：555定時器、晶振振蕩電路、微控制器的pwm發射電路：三極管電流驅動鑒頻電路：鎖相環，推薦：lm567反射式光電開關是包括一個紅外發光二極管和硅光電晶體管，包裹并排在聚光光學軸在一個黑色的熱塑性塑料外殼。光電晶體管不受輻射的紅外發光二極管在正常情況下，當一個物體靠近時，輻射是由物體反射和光電接收更為接近的物體輻射。2.4反射式光電開關的設計指標波長：紅光或者近紅外檢出距離（穩定檢出標準檢測物的最大距離）：15mm響應時間：1ms輸出形式：電平輸出，檢出反射物時輸出一種電平，未檢出反射物時輸出另一種電平。 2.5光電開關的特點及優點1、檢測距離長。如果在對

11、射型中保留10m以上的檢測距離等，便能實現其他檢測手段（磁性、超聲波等） 無法離檢測。 2、對檢測物體的限制少。由于以檢測物體引起的遮光和反射為檢測原理，所以不象接近傳感器等將檢測物體限定 在金屬，它可對玻璃.塑料.木材.液體等幾乎所有物體進行檢測。 3、響應時間短。光本身為高速，并且傳感器的電路都由電子零件構成，所以不包含機械性工作時間，響應時間非常 短。 4、分辨率高。能通過高級設計技術使投光光束集中在小光點，或通過構成特殊的受光光學系統，來實現高分辨率。 也可進行微小物體的檢測和高精度的位置檢測。 5、可實現非接觸的檢測。可以無須機械性地接觸檢測物體實現檢測，因此不會對檢測物體和傳感器造

12、成損傷。因此，傳感器能 長期使用。 6、可實現顏色判別。通過檢測物體形成的光的反射率和吸收率根據被投光的光線波長和檢測物體的顏色組合 而有所差異。利用這種性質，可對檢測物體的顏色進行檢測。 7、便于調整。在投射可視光的類型中，投光光束是眼睛可見的，便于對檢測物體的位置進行調整。3、光電開關在實際生活中的應用3.1 漫射式煙霧報警器賓館等對防火設施有嚴格考核的場所均必須按規定安裝火災傳感器。火災發生時伴隨有光和熱的化學反應。物質在燃燒過程中一般有下列現象發生。（1）產生熱量，使環境溫度升高 物質劇烈燃燒時會釋放出大量的熱量，這時可以用各種溫度傳感器來測量。但是在燃燒速度非常緩慢的情況下，火災初期

13、的環境溫度上升是不易鑒別的。（2）產生可燃性氣體 有機物在燃燒的初始階段，首先釋放出來的是可燃性氣體，如一氧化碳等。（3）產生煙霧 煙霧是人們肉眼能見到的微小懸浮顆粒。其粒子直徑大于10nm。煙霧有很大的流動性，可潛入煙霧傳感器中，因此檢測煙霧是較有效的檢測火災的手段。（4）產生火焰 火焰輻射出紅外線、可見光和紫外線。其中紅外線和可見光不太適合用于火災報警，這是因為正常使用中的取暖設備、電燈、太陽光線都包含有紅外線或可見光。利用紫外線管（外光電效應型）或用某些專用的半導體內光電效應型紫外線傳感器，能夠有效地監測火焰發出的紫外線。漫反射式煙霧傳感器就是根據上述物質燃燒特點設計的，如圖4所示。在沒

14、有煙霧時，由于紅外對管相互垂直，煙霧室內又涂有黑色吸光材料，所以紅外led發出的紅外光無法到達紅外光敏三極管。當煙霧進入煙霧室后，煙霧的固體粒子對紅外光產生漫反射，使部分紅外光到達光敏三極管圖4 漫反射式煙霧報警器3.2 光電開關的其他應用4、光電開關使用注意事項光電開關可用于各種應用場合。在使用光電開關時，還應注意環境條件，以使光電開關能夠正常可靠的工作。4.1 避免強光源光電開關在環境照度較高時，一般都能穩定工作。但應回避將傳感器光軸正對太陽光、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。4.2 鏡面角度影響當被測物體有光澤或遇到光滑金屬面時，一般反射率都很高，有近似鏡面的作用，這時應將投光器與檢測物體安裝成 1020的夾角，以使其光軸不垂直于被檢測物體，從而防止誤動作。4.3 排除背景物影響使用反射式擴散型投、受光器時，有時由于檢出物離背景物較近，光電開關或者背景是光滑等反射率較高的物體而可能會使光電開關不能穩定檢測。因此可以改用距離限定型投、受光器，或者采