光電開關的結構、分類及應用光電斷續器的結構、分類及應用第十章（中）光電傳感器目錄進入進入光電傳感器（中）介紹第十章的第四節：“光電開關及光電斷續器的原理及應用”2023/7/71第四節光電開關及光電斷續器

光電位移傳感器輸出模擬信號，光電開關和光電斷續器輸出“開”和“關”信號（斷或通信號）。從原理上講，光電開關及光電斷續器在原理上沒有太大的差別，都由紅外線（或紅色）發射元件與光敏接收元件組成。光電斷續器是整體結構，其檢測距離只有幾毫米至幾十毫米，而光電開關多數具有發射和接收兩大部分，檢測距離可達幾米。

一、光電開關的結構和分類光電開關可分為遮斷型和反射型兩大類。遮斷型光電開關的發射器和接收器相對安放。軸線嚴格對準。當有物體在兩者中間通過時，紅外光束被遮斷，接收器接收不到紅外線而產生一個負脈沖信號。遮斷型光電開關對檢測能遮斷光線的物體。反射型光電開關的發射器和接收器單側安裝。當有物體在光電開關面前通過時，紅外光束被反射回來，接收器接收到紅外線，產生一個正脈沖信號。反射型光電開關的檢測距離一般不超過1m，對暗色物體無法檢測。1.遮斷型光電開關光電開關應用示意圖a）遮斷型b）反射鏡反射型c）散射型1－發射器2－接收器3－被測物4－偏振光反射鏡5－帶偏振光濾光片的接收器a）遮斷型光電開關工作原理Receiver

遮斷型光電開關由相互分離且相對安裝的光發射器和光接受器組成。當被檢測物體位于發射器和接受器之間時，光線被阻斷，接受器接受不到紅外線而產生開關信號。被檢測物體光發射器光接收器光電開關的部分用途例：光電開關的發射、接收電路計算求:1）發射器的驅動電流IVL(簡化的直流驅動)

；2）沒有遮光時的Ui、Uo

；3）沒有遮光時的接收器飽和電流IC；4）完全遮光時的IC、Ui'

、Uo'

。解：1）IVL=(12-1.2)/0.51≈21.18mA；2）沒有遮光時的Ui≈0.3V，Uo≈11.9V；3）沒有遮光時的IC≈(12-0.3)/10=1.177mA；4）完全遮光時的IC≈0，Ui'

=12V，Uo'

≈0.1V。某系列光電開關的電技術指標遮斷型光電開關示意圖遮斷報警遮斷型光電開關用于人的手指保護

當手指進入危險區，遮斷紅色光線時，產生報警信號。遮斷型光電開關用于透光孔圓盤轉速測量開孔圓盤轉軸斷續光脈沖遮斷型光電開關用于檢測廢品遮斷型光電開關用于產品質量控制遮斷型光電開關用于扶手電梯的節能控制扶手電梯節電自動運行條件判斷電梯開始向上運行電梯靜止遮斷型光電開關用于入口的人數、方向檢

人員出入方向由前、后兩個光電開關按遮光報警信號出現的順序來判斷。若紅色信號先于綠色信號，則判斷為從外到內。詳見第十一章的“辨向技術”遮斷型光電開關用于檢測閥門手柄位置當閥門手柄處于水平位置時，光電開關輸出“到位”信號。光幕（多路遮光型光電開關）兩個柱形結構相對而立，每隔數十毫米安裝一對發光二極管和光敏接收管，形成光幕。當有物體遮擋住光線時，傳感器發出報警信號。接收器發射器

光幕應用當有物體遮擋住光線時，傳感器發出報警信號，起保護、預警等作用。光線被遮斷（報警）

光幕應用（續）產品高度測量光幕應用（續）孔的檢測

光幕應用（續）糾偏

光幕可檢測出帶材在卷曲過程中的偏移，經控制器和執行機構使帶材向正確的方向運動（糾偏）。

光幕應用（續）光幕用于

自動收費系統的車輛檢測

光幕應用（續）鍛壓機床的安全區域設置及入侵報警

光幕應用（續）安全區示警

光幕應用（續）手的安全區保護

光幕用途三維尺寸檢測寬度測量長度測量高度測量光幕應用（續）木材外形截面積檢測2.反射型光電開關及分類反射型光電開關可分為反射鏡反射型及被測物漫反射型（簡稱散射型）兩種。反射鏡反射型傳感器的發射器和接收器單側安裝，反射鏡在遠側安裝，本質上仍然是遮斷型傳感器。偏光三角棱鏡能將發射器發出的光以固定的偏振方向反射回去。安裝時，需要在360o平面上調整反射鏡的偏振方向，使得反射光的偏振面恰好與接收器表面的偏振濾光片的偏振方向一致，才能取得最大靈敏度。由于接收器的光敏元件表面覆蓋一層偏光濾光片，只能接收偏光反射鏡反射回來的偏振光，而不響應其他表面光亮物體反射回來的各種非偏振光。這種設計使它能用于檢測諸如不銹鋼等具有反光面的物體是否遮斷，而不受不銹鋼反射（不是偏振光）的影響。反射鏡反射型光電開關的檢測距離一般可達幾米。偏振光光是一種電磁波，電磁波是橫波。而振動方向和光波前進方向構成的平面叫做振動面，光的振動面只限于某一固定方向，叫做平面偏振光或線偏振光。振動方向對于傳播方向的不對稱性叫做偏振。偏振片只允許某個偏振方向的光通過，因此偏振濾光片能夠區別偏振光的方向，而人的眼睛對偏振光不敏感。偏振光非偏振光反射型光電開關及反射鏡外形三角偏振反射鏡

發射器在上，接收器在下反射鏡反射型光電開關工作原理

反射鏡為偏光三角棱鏡，能將發射器發出的光轉變成偏振光反射回去，光接收器表面覆蓋一薄片型偏光片，只能接受反射鏡反射回來的某一確定偏振角的偏振光，對其他雜散光視而不見。偏振反射鏡被測物體偏振光發射光反射鏡反射鏡反射型光電開關優點

雖然塑料瓶的表面也反射光,但不是偏振光，不會引起接收器動作。如果不采用偏振檢測,光亮物體從光電開關面前掠過時,就不會產生遮斷負脈沖。能反光的塑料瓶反射型光電

開關的應用反射型光電開關廣泛應用于自動控制系統、生產流水線、機電一體化設備、辦公設備和家用電器中。光電開關中的發光二極管大多數用38kHz窄脈沖電流驅動；紅外LED的正向壓降約為1.1~1.3V，驅動電流峰值控制在20mA以內。反射型光電開關在流水線上的應用送料器定區域式光電開關咖啡罐流水線運行方向罐裝高度檢測儲料倉落料口遮斷型光電開關（用于計數）反射鏡反射型光電開關的應用（續）反射鏡反射型檢測有無物體通過反射鏡反射型光電開關的應用（續）產品高度錯誤檢測反射型光電開關的發射、接收器外形電源指示信號指示反射型光電開關外形（續）靈敏度調節電位器被測物是具有漫反射特性的

反射型光電開關原理漫反射光線反射光線被檢測物體光發射器和光接受器發射光線

漫反射型光電開關集光發射器和光接受器于一體。當被測物體經過該光電開關時，發射器發出的光線經被測物體表面反射由接受器接受，于是產生開關信號。額定距離光電開關激勵源調制原理漫反射型光電開關的LED多采用紅外線中頻(38kHz左右)窄脈沖電流驅動,發射調制光脈沖，可減小發射LED的功耗。接收器的光敏管接收到漫反射光線，輸出微弱電流信號，送到38kHz選頻交流放大器，可以有效地防止太陽光、日光燈的干擾，放大倍數可達60dB。解調前為TTL信號，解調后輸出直流負脈沖報警信號。

例：反射型光電開關激勵源調制計算某光電開關的紅外LED采用38kHz窄脈沖電流驅動，占空比q=15%，Rc=100Ω，ULED≈1.2V，UCE2≈0.3V.求：ILED的平均值為多少mA？解：ILED的平均值=[(5-1.2-0.3)/0.1]×q

=35×15%=5.25mA.定區域反射型光電開關定區域式光電開關有一個較小面積的、確定的檢測區域，不經過該區域的被測物體不會引起光電開關產生開關信號。檢測距離檢測距離表面反射率對于漫反射型光電開關，被檢測物表面必須要能將足夠的光線反射回接收器，所以檢測距離和被檢測物體的表面反射率及粗糙程度將決定接收器接收到光線強度。為了提高反射效率，被檢測物體的表面還應盡量垂直于光電開關的發射光線。常用材料的反射率（相對于白紙的估計值）光電開關的最大指向角示意圖漫反射型光電開關用于自動水龍頭請思考如何將光電開關用于衛生間的自動沖水設備？若使用200V電源，要注意什么問題？光電開關用于液面超限報警

當液面超過光電開關時，反射光泄漏并減弱，接收電路產生報警信號。漫反射型光電開關應用（續）包裝分類檢測漫反射型光電開關應用（續）IC引腳檢測漫反射型光電開關應用（續）透明度測量、控制質量檢測漫反射型光電開關應用（續）加工控制漫反射型光電開關應用（續）機械手定位

漫反射型光電開關應用（續）機械手定位

漫反射型光電開關應用（續）三角皮帶脫落檢測

漫反射型光電開關應用（續）步距檢測

漫反射型光電開關應用（續）QFP管腳排列的檢測

構件厚度的測量

漫反射型光電開關應用（續）集成電路方向檢測換向器間隙深度測量

漫反射型光電開關應用（續）產品計數

漫反射型光電開關應用（續）

漫反射型光電開關應用（續）產品長度檢測光電開關應用（續）產品組裝質量檢測漫反射型光電開關的應用（續）自動注料物位檢測漫反射型光電開關的應用（續）物體倒置辨別轉速檢測漫反射型光電開關的應用（續）產品計數漫反射型光電開關的應用（續）斷裂檢測智能化自學習型光電開關

常規反射型光電開關的動作距離是不變的（與型號有關），當檢測流水線上的漫反射物體時，必須調節安裝距離，十分不方便。自學習型光電開關上設置了一只閾值開關，當流水線上的被檢測物體到達光電開關面前時，按下閾值開關數秒，待“學習”指示燈閃亮停止后，內部的微處理器就記住了兩者之間的距離，就能在一定的允許范圍內，可靠地對之后來到的被檢測物體作出反應。當流水線上的被檢測品種改變時，只需再次“學習”，而不必調節機械安裝螺絲。

智能化光電開關的自學習過程示意圖閾值開關學習指示燈設定距離安裝距離二、光電斷續器光電斷續器也可分為遮斷型和反射型兩大類。遮斷型光電斷續器也稱為槽式光電開關，通常是標準的U字型結構。其發射器和接收器做在體積很小的同一塑料殼體中，分別位于U型槽的兩邊，并形成一光軸，兩者能可靠地對準，為安裝和使用提供了方便。當被檢測物體經過U型槽且阻斷光軸時，光電斷續器就產生表示檢測到的開關量信號。槽式光電斷續器比較可靠，應用比較廣泛。本章所舉應用實例多為槽式光電斷