營業者研修初級教程

傳感器基礎2講座目的通過對光纖傳感器、區域傳感器（包括安全光幕）的學習來掌握傳感器的檢測原理、分類和構成。學習本教程是使你成為選擇，使用傳感器高手的第一步。SUNX株式會社平成15年2月24日第2版光纖傳感器區域傳感器（包括安全光幕）1-1序言P31-2光纖傳感器的原理和構成P51-3光纖傳感器的種類和特性P71-4光纖傳感器的特征P91-5放大器部的選定P141-6光纖部的選定P171-7光纖傳感器使用上的注意事項P181-8數字表示光纖傳感器的閥值P202-1區域傳感器的產生P272-2名詞解釋P322-3產品線和今后發展面貌P352-4輸出動作和自動防故障性P402-5系統的構成P412-6按ISO13849-1標準查定P422-7應用P432-8使用上的注意事項P442.區域傳感器（包括安全光幕）P271.光纖傳感器P3目錄1.光纖傳感器1-1序言光電傳感器中的光纖傳感器需求量近年來大幅度增加。

光纖傳感器是光電傳感器中用光纖作測量部分的傳感器，測量部分也就是光纖部分，因為可以選擇不同的光纖用于不同的用途，故有很大的優勢。用在機器人手臂的可動部上的可以設置的耐屈曲光纖，在高溫和低溫環境下也可使用的耐熱耐寒光纖，能安置在象書頁一樣的縫隙中的極細光纖，以前的光電傳感器不能做到的檢測，現在光纖傳感器一一做到了。現在SUNX已經采用了300種以上的光纖，今后隨著感應領域的擴大和檢測精度的提高，種類還要增加。由于光纖應用的種類繁多,很多光纖傳感器的用戶認為感應的性能和范圍變得越來越好了，這是一個優點；同時他們也認為種類多就給選擇帶來了困難，害怕使用方法會出錯等，這也是事實。本章介紹了傳感器的基礎知識，光纖選擇的技術，使用上的注意事項等。寫這樣一個資料的目的，就是為了能在現場更熟練靈活的使用光纖傳感器。1-2光纖傳感器的原理和構成光纖傳感器是光電傳感器中用光纖作測量部分的傳感器，測量部分也就是光纖部分，因為可以選擇不同的光纖用于不同的用途，故有很大的優勢。光纖傳感器是光電傳感器的一種，所以它的基本原理是和光電傳感器相同的。與其它光電傳感器相比光纖傳感器最大的不同就是采用光纖作為測量部分。除此之外，它基本具備了光電傳感器的特征。光纖傳感器光纖光電傳感器放大器內藏型相同PDAPS橡皮絕緣軟電纜PDAPS橡皮絕緣軟電纜光電傳感器放大器內藏型放大器的構成光纖部的構成光纖結構如圖所示，中間部分是由折射率不同的金屬層構成。光射入光纖中心并在金屬層上發生全反射，同時向前傳遞。從光纖內出來后，光分散成60°角，照到被檢測的物體上，這個角度稱為開口角。放大器部光纖部30°30°光源60°中心金屬層外皮高折射率低折射率光纖結構圖開口角1-3傳感器的種類和特性種類和特征種類特點類型塑料纖維中心是φ0.125~φ1.5mm的丙烯樹脂線芯一根或幾根作成，因為價格較便宜，是現在主要應用的類型通用類型玻璃纖維由Φ0.05mm的線芯捆扎而成，比塑料纖維耐熱性，耐藥性好，價格較高，用于特殊場合耐熱類型耐真空類型形狀概要平行型塑料纖維采用的一般類型同軸型分成中央部和外周部，從哪個位置過來的檢出物體通過檢出位置都不發生變化的高精度類型分離型玻璃纖維采用的類型，由很多直徑φ0.05mm的玻璃光纖線芯組成，投光部和受光部分離形狀透過型和反射型光纖的檢出方式有很大不同:透過型由投光部和受光部兩部分構成；反射型按芯線的排列方式分為平行型、同軸型和分割型。1-4光纖傳感器的特征光纖傳感器是檢測部分從放大器部分離出來的結構，同放大器分離型相似。但是，它克服了放大器分離型的弱點，同時吸收了放大器內藏型的優點，并克服了它的缺點。換句話說，它同時吸取了分離型和內藏型的優點。還有，分離型和內藏型都不具備的優點，光纖傳感器也具備（如在檢出部沒有電流）。基于這些原因，光纖傳感器在近年得到廣泛使用。光纖部（檢測部）體積小透過型反射型鏡面反射型Φ1.0能夠對應各種各樣的檢出形態變換光纖部，就能夠對應各種各樣的檢測形態4.510.0放大器內藏型光電傳感器光纖選擇

從通用到特殊用途的，應有盡有

光纖部因為不使用電，能夠應用在各種環境中（這是同放大器分離型光電傳感器的最大差別）對電的抗干擾能力強溫度特性好（耐熱、耐寒）防爆規格空間傳送

自動防干涉功能防干涉功能FX-311CX400(透過型除外)FX302EQ-20FX-311EQ-30RX(透過型、RX-LS200除外)NX5(透過型除外)SS-A5BRX(只有鏡面反射型和擴散反射型)PX-2FX-11ASF1-FSU-7NA2-NSF4-AHNA1-PK5/5SF2-NNA1-PK3SF2-EHSF1-PSF1-NBFX4NNA40都是不包括透過型放大器部準備了各種光源類型系列防干涉型傳感器一覽表因為放大器部是以反射型光電傳感器的形態存在，即使是在使用透過型光纖部的場合，也能防止干涉。（一般的透過型光纖傳感器不能防止干涉）1-5放大器的選定一般用途數字表示自動感度設定手動操作設定FX-305FX-305FX-301FX-301GFX-301BFX-301HFX-311FX-311GFX-311B其他（選定特殊用途光纖）特殊用途檢測顏色LED點燈確認防爆高速模擬輸出FZ-11FX2-A3R-LEDBFX4NFX-301HSFX-11A2輸出高性能通用紅色綠色青色紅外紅色綠色青色主要光纖放大器對工作物顏色的反射光量FX-301黑紫青綠黃橙赤白黑紫青綠黃橙赤白FX-301B黑紫青綠黃橙赤白黑紫青綠黃橙赤白FX-301HFX-301G1-6光纖部的選擇光纖傳感器的特點在其它地方有說明，光纖部的種類豐富，不同的應用場合都有不同的光纖對應，這也成了光纖傳感器的一個特點。從種類豐富的光纖部中選擇最合適的光纖部，已成為穩定和高信賴檢測的一個要點。傳感器綜合目錄中有光纖傳感器的選定，請參考。

1-7光纖傳感器使用上的注意事項光電開關的一般注意事項，以及在此基礎上增加的注意事項要注意。在使用特殊用途的光纖傳感器的場合，一些個別的注意事項要加以確認。切斷使用自由切斷的場合，光纖在插入放大器的插口前一定要切斷。使用自由切斷的場合，設置的檢測距離要留有余量（切斷的狀態不好，檢測距離會下降20%）。連接確認放大器插口處已連上光纖。插入量不足，光連接的不充分，檢出距離變短。在連接同軸反射型光纖（FD-FM2等）的時候，在投光部裝入中心光纖，受光部裝入外周光纖。設置不能給光纖太大的壓力。（也有耐屈曲光纖和防護金屬管的使用和安裝方法）光線的開口角約60度，因為較寬，應注意光的相互干涉和反射《例2》反射有工作物時，從墻壁來的光作為反射光是光線進入入光狀態解決辦法*分開到不會干涉的距離*將距離L1設定為l1的2倍以上*投光部和受光部交換位置*使用狹視界類型的光纖部*遠離墻壁*使用干涉防止機能（光纖傳感器的特征：放大器是以反射型的形態存在即使是透過型的光纖部也能防止干涉）l1l1L1投光器受光器圖中L1應是l1的2倍以上左中心右平行移動特性設定距離Ll1L1《例1》相互干涉相鄰的其他光纖傳感器的光進入，即使在遮光（無入射光）的狀態下也有光進入，狀況變得不穩定自動感度（閥值）在可能的機種中可用電鈕操作來設定，對誰來說都是簡單的。透過型反射型有工件時按下按鈕透過型反射型無工件時按下按鈕入光量表示和閥值設定光纖傳感器由于頭較小，檢測精度高，在檢測微小工件時常采用。這種檢測，有、無工件時光亮差較小，很難檢測。這個時候，工件有無時的光量和感度（閥值）可以用數值確認，閥值的微調整，檢出容余度的數值管理，光線頭部選定是否錯誤的判斷（判斷結果用于再選定）等就變得簡單了。光纖傳感器都使用了數字表示部。以前是“感度”設定，當光量可以用數字表示時，就叫閥值。這時，閥值和感度的關系如下：對透過型來說，光不能從投光部傳到受光部對反射型來說，光不能傳到工件那里閥值小入射光量小對透過型來說，就是光能從投光部傳到受光部對反射型來說，就是光能傳到工件那里感度高閥值大入射光量大感度低閥值的微調性機能通常情況下，根據有工件時的入射光量和無工件時的入射光量來確定一個中間值，當入射光量處于中間值這一位置時來設定閥值。基本上用這個方法就已經把閥值確定下來了，但可以根據不同情況來上下微調。1)周圍環境有較大變化2）工件的變化和差別大3）其他可進行自動感度設定的光纖傳感器，幾乎所有的機種都可以進行閥值微調順便說一下，以前的傳感器設定感度之后是不可以調整的可進行自動感度設定的光纖傳感器，用基本的兩點設定閥值后，還可以對其微調整閥值的微調是為了讓入射光變得更穩定。中間取該處入射光量取該處入射光量閥值（通常的設定）L—ON情況下入光量OFFON閥值（通常的設定）即使有工件，由于半透明膠片的透過率變化，入射光量在閥值的上方，不顯示ON狀態。工件的變化大D-ON的情況無工件有工件中間入光量OFFON例如：用透過型光纖傳感器檢測半透明膠片D-ON的情況無工件有工件閥值（通常的設定）微調整后的閥值L-ON的情況閥值（通常的設定）微調后的閥值入光量ONOFF閥值（通常的設定）L-ON的情況接頭零件的差別，由于光逃逸掉，入光量在閥值下邊，即使有接頭也顯示OFF背景反射在距離一定時是不變的從接頭來的反射光中間入光量ONOFF例如：用反射型光纖傳感器檢測正在傳送的接頭工件的差別大接頭零件的差別2.區域傳感器2-1區域傳感器的產生歷史20多年前，在一家汽車廠的生產現場提出了這樣的期望：有沒有在不降低生產率的前提下提高生產安全性的好方法？區域傳感器就是在這樣的呼聲中產生了（后來是安全光幕）。確保安全性的方法有兩種，一個是停止原則，一個是隔離原則。用門關起來就是沿用傳統的安全對策。的確，門是由安全作用的，但門的開閉增加了工程時間，大約是3—5秒左右。由于有了這個時間，想讓生產率提高是不可能的。但是，如果沒有門的話，開閉工程的時間省下來了，卻不能確保安全性，人們就會處在危險的環境下工作。所以，人們考慮了很多很多方式。

為了克服感壓式地毯開關的缺點，又考慮出了配置多個透過型光電傳感器的方法。這種方法能夠直接檢測到作業者的手（或身體）而使機器停止下來，因為具有壽命長的特點而被采用，然而，下面的問題又出現了。多個透過型光電傳感器并列配置使用的問題：1、傳感器間相互干擾2、配線工數增加（比如：10臺傳感器需要50次配線作業）l1l1L1投光器受光器圖中L1應是l1的2倍以上左中心右平行移動特性設定距離Ll1L1區域傳感器的主要特征：1、非接觸式（沒有可動部分和接觸部分，壽命長）；2、能檢測到手等身體部位；3、施工性、維護性好；4、采用了掃描方式，無相互干擾，信賴性高；5、在一個區域內檢測，比單光軸對危險的確認率要高；6、通用性好，設計工時能降低。注：用于安全用途的侵入檢測，并符合國際安全規格的區域傳感器，稱為安全光幕。區域傳感器的誕生那么，把透過型光電傳感器放到一個外殼里面，用掃描的方式來克服相互干擾的缺點，這就是區域傳感器。

為了上面的原因而產生的區域傳感器安全性和作業性兼有

在汽車界得到廣泛使用。檢測距離（有效距離）光軸間距光軸數檢測高度（防護高度）檢測區域=投光器設置間隔×檢測高度最小檢測物體=光軸間距+α（透鏡直徑等）安全距離（只適用于安全光幕）失效保護功能在設計時，要有這樣的設計思想：當系統的一部分發生故障時，整個系統會向更安全的方向靠。檢測距離光軸間距2-2名詞解釋區域傳感器是透過型光電傳感器的一種，基本上具備了與光電傳感器相同的特點。需要了解的內容很多，這里把它整理如下：注：檢測高度（防護高度）的定義安全光幕和區域傳感器對檢測高度的定義是不一樣的。區域傳感器的場合檢測高度=光軸間距×（光軸數-1）（即最上端的光軸中心到最下端的光軸中心的距離）20mm間距檢測高度光軸間距連接電纜線安全光幕的場合（SF4-EH系列除外）最小檢測物體能把最上端光軸完全遮住的最上方位置，到能把最下端光軸完全遮住的最下端位置，稱為安全光幕的防護高度。防護高度=光軸間距×(光軸數-1)＋2×(最小檢測物體－透鏡）20mm間距光軸間距連接電纜線防護高度25mm25mm2-3產品線和今后的發展面貌用于侵入檢測（安全用途）的區域傳感器，除了用在安全防護方面以外，還用在其他地方。為了選擇最合適的傳感器，對這個產品線的了解非常重要。下一頁的產品線一覽和綜合目錄里能確認。這個產品線里，對選定來說最重要的是安全光幕。日本開始將ISO12100開始轉化為符合國際安全規格的JIS標準，這樣運到海外的必須是安全光幕，國內使用的安全光幕，要先進行“危險的大小”和“危險的可能性”的評價，然后才能選擇。包括所有安全光幕和區域傳感器的產品線（可參見2003年綜合目錄）[安全防護用途]安全光幕侵入安全Type4SF1-P(日本國內）SF2-EHSF4-AH微小型牢固型20mm間距:20mm間距:Type2單獨類型直列連續類型40mm間距:20mm間距:SF2-NASF2-NHSF2-AASF2-AH40mm間距:20mm間距:[非安全防護用途]通用20mm間距：SF1-N40mm間距：NA40超薄型：NA2-NPICKING微小型：NA1-PK3高亮度作業指示書型：NA1-PK5長距離型：NA1-5小、薄物體檢測NA1-11光軸輸出功率SF1-F以前通用（用于安全防護用途）自動防故障功能全球安全類型侵入安全今后通用（非安全防護用途）全球安全類型侵入安全JIS全球化以前的日本國際化將來的日本區域傳感器適合規格認證安全光幕（區域傳感器）適合規格認證通用（NA40/SF1/NA2）無無通用（非安全用途）無無自動防故障功能（NA40-S/SF1-S）無廠家自己認證國際安全等級Type2（SF2-A）Type4(SF4-A)IEC/EN61496UL491JISB9704第三方機關認證（TUV等）國際標準（SF2-EH）IEC/EN61496UL491第三方機關認證（TUV等）侵入安全（SF1-P）構造規格勞動省侵入安全SF1-P構造規格勞動省勞動安全衛生法規治的對象是侵入和剪斷，對一般的機械沒有特別要求，業界和廠家要自己制定安全對策。也可以綜合考慮成本、風險等來選擇傳感器。根據ISO12100等國際規定JIS化后的法規制度來評定危險的大小，危險發生的可能性，根據具體評定內容來實施安全對策對應危險來選擇機種：安全等級——3以上——Type4安全等級——2以下——Type2Type2Type4應用安全等級2以下故障程度輕割傷、擦傷等可以恢復的傷害發生危險頻度少，時間短安全等級3以上事故嚴重（死亡，殘疾等不可挽回的事故）頻繁發生的危險要求事項與安全相關的部品要切實定期檢查一個與安全相關的部品損壞后，系統的安全性不會喪失備份化冗余化為了防止系統喪失安全機能，要及時發現故障（隨時診斷）傳感器的構造OSSD:輸出信號開關電器在歐洲，安全光幕（區域傳感器）等安全裝置必須獲得機關等第三方單位的認證，還有，在美國，光電安全裝置不一定要取得第三方的認證，注：為了符合安全規格，不但要從傳感器的電路設計上考慮，也要對系統中其他部件的安全性進行考慮。控制電路監視部(CPU)警報輸出電路投光電路受光電路控制電路監視部(CPU)輸出電路同期警報輸出檢驗檢驗測試輸入OSSD（檢測輸出）※定期檢驗受光電路控制電路A監視部A(CPU)輸出電路B監視部(CPU)控制電路投光電路檢驗檢驗指向角5°指向角2.5°投光停止輸入輸出電路A監視部B(CPU)控制電路B檢驗檢驗檢驗檢驗ABOSSD1OSSD2自動隨時檢測投光器受光器投光器受光器2-4輸出動作和自動防故障特性作為侵入檢測（安全用途）的安全光幕設計了自動防故障功能。未侵入侵入斷線全光軸入光時ON全光軸入光時OFFON機械動作OFF機械動作

機械停止

機械停止

機械停