工业传感器研发生产制造商

专注于进口品牌的替代方案

阿童木服务热线:13342814291

最全面的传感器,光电传感器基础知识

  • 作者:atonm
  • 发布时间:2019-12-23 09:50:42
  • 浏览次数:1836

光电传感器是一种小型电子设备,各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件。它主要是利用光的各种性质,检测物体的有无和表面状态的变化等的传感器。光电式传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点,因此在工业自动化装置和机器人中获得广泛应用。早期的用来检测物体有无的光电传感器是一种小的金属圆柱形设备,发射器带一个校准镜头,将光聚焦射向接收器,接收器出电缆将这套装置接到一个真空管放大器上(如图1)。在金属圆筒内有一个小的白炽灯做为光源。这些小而坚固的白炽灯传感器就是今天光电传感器的雏形。

早期的光电传感器使用白炽灯做为光源

随着技术的进步,现在使用非常小的LED做为光源。

1、LED(发光二极管)

发光二极管最早出现在19世纪60年代,现在我们可以经常在电气和电子设备上看到这些二极管做为指示灯来用。LED就是一种半导体元件,其电气性能与普通二极管相同,不同之处在于当给LED通电流时,它会发光。

由于LED是固态的,所以它能延长传感器的使用寿命。因而使用LED的光电传感器能被做得更小,且比白炽灯传感器更可靠。不象白炽灯那样,LED抗震动抗冲击,并且没有灯丝。另外,LED所发出的光能只相当于同尺寸白炽灯所产生光能的一部分。(激光二极管除外,它与普通LED的原理相同,但能产生几倍的光能,并能达到更远的检测距离)。

LED能发射人眼看不到的红外光,也能发射可见的绿光、黄光、红光、蓝光、蓝绿光或白光。(如图2)

光谱图

1970年,人们发现LED还有一个比寿命长更好的优点,就是它能够以非常快的速度来开关,开关速度可达到KHz。将接收器的放大器调制到发射器的调制频率,那么它就只能对以此频率振动的光信号进行放大。我们可以将光波的调制比喻成无线电波的传送和接收。将收音机调到某台,就可以忽略其他的无线电波信号。经过调制的LED发射器就类似于无线电波发射器,其接收器就相当于收音机。人们常常有一个误解:认为由于红外光LED发出的红外光是看不到的,那么红外光的能量肯定会很强。经过调制的光电传感器的能量的大小与LED光波的波长无太大关系。一个LED发出的光能很少,经过调制才将其变得能量很高。一个未经调制的传感器只有通过使用长焦距镜头的机械屏蔽手段,使接收器只能接收到发射器发出的光,才能使其能量变得很高。相比之下,经过调制的接收器能忽略周围的光,只对自己的光或具有相同调制频率的光做出响应。未经调制的传感器用来检测周围的光线或红外光的辐射,如刚出炉的红热瓶子,在这种应用场合如果使用其它的传感器,可能会有误动作。如果一个金属发射出的光比周围的光强很多的话,那么它就可以被周围光源接收器可靠检测到(如图3)。周围光源接收器也可以用来检测室外光。

周围光源接收器可检测到红热瓶子或金属发出的红外光

周围光源接收器可检测到红热瓶子或金属发出的红外光


但是并不是说经调制的传感器就一定不受周围光的干扰,当使用在强光环境下时就会有问题。例如,未经过调制的光电传感器,当把它直接指向阳光时,它能正常动作。我们每个人都知道,用一块有放大作用的玻璃将阳光聚集在一张纸上时,很容易就会把纸点燃。设想将玻璃替换成传感器的镜头,将纸替换成光电三极管,这样我们就很容易理解为什么将调制的接收器指向阳光时它就不能工作了,这是周围光源使其饱和了。调制的LED改进了光电传感器的设计,增大了检测距离,扩展了光束的角度,人们逐渐接受了这种可靠易于对准的光束。到1980年,非调制的光电传感器逐步就退出了历史舞台。红外光LED是效率最高的光束,同时也是在光谱上与光电三极管最匹配的光束。 但是有些传感器需要用来区分颜色(如色标检测),这就需要用可见光源

阿童木色标传感器

色标传感器又叫光电检测传感器(俗称光电头、光电眼),采用光发射接收原理,发出调制光,接收被测物体的反射光,并根据接收光信号的强弱来区分不同的颜色,或判别物体的存在与否。它是通过与非色标区相比较来实现色标检测,而不是直接测量颜色。色标传感器常用于检测特定色标或物体上的斑点。色标传感器实际是一种反向装置,光源垂直于目标物体安装,而接收器与物体成锐角方向安装,让它只检测来自目标物体的散射光,从而避免传感器直接接收反射光,并且可使光束聚焦很窄。

色标传感器对各种标签进行检测,即使是背景颜色有着细微的差别的颜色也可以检测到,其处理速度快,自动适应波长,能够检测灰度值的细小差别,与标签和背景的混合颜色无关。色标传感器在应用时通常要求探测轨迹上只有两种颜色的色块,即背景色和色标。


2、超声波传感器

超声波传感器所发射和接收的声波,其振动频率都超过了人耳所能听到的范围。它是通过计算声波从发射,经被测物反射回到接收器所需要的时间,来判断物体的位置。对于对射式超声波传感器,如果物体挡住了从发射器到接收器的声波,则传感器就会检测到物体。与光电传感器不同,超声波传感器不受被测物透明度和反光率的影响,因此在许多使用超声波传感器的场合就不适合使用光电传感器来检测。

阿童木超声波传感器

3、光纤

安装空间非常有限或使用环境非常恶劣的情况下,我们可以考虑使用光纤。光纤与传感器配套使用,是无源元件,另外,光纤不受任何电磁信号的干扰,并且能使传感器的电子元件与其他电的干扰相隔离。光纤有塑料光芯或玻璃光芯,光芯外面包一层金属外皮。这层金属外皮的密度比光芯要低,因而折射率低。光束照在这两种材料的边界处(入射角在一定范围内),被全部反射回来。根据光学原理,所有光束都可以由光纤来传输。由于光纤受使用环境影响小并且抗电磁干扰,因而能被用在一些特殊的场合,如:适用于真空环境下的真空传导光纤(VFT)和适用于爆炸环境下的光纤。


【推荐阅读】

光电传感器的特点及应用

光电传感器的9种检测模式丨阿童木分享

阿童木CL3系列色标/颜色传感器——小巧精美,强大耐操作

本文标签: