光电开关传感器

种类及原理

　　由光通量对光电元件的作用原理不同所制成的光学测控系统是多种多样的,按光电元件(光学测控系统)输出量性质可分二类,即模拟式光电开关传感器和脉冲(开关)式光电开关传感器.模拟式光电开关传感器是将被测量转换成连续变化的光电流,它与被测量间呈单值关系.模拟式光电开关传感器按被测量(检测目标物体)方法可分为透射(吸收)式,漫反射式,遮光式(光束阻档)三大类.所谓透射式是指被测物体放在光路中,恒光源发出的光能量穿过被测物,部份被吸收后,透射光投射到光电元件上;所谓漫反射式是指恒光源发出的光投射到被测物上,再从被测物体表面反射后投射到光电元件上;所谓遮光式是指当光源发出的光通量经被测物光遮其中一部份,使投射刭光电元件上的光通量改变,改变的程度与被测物体在光路位置有关.

　　光敏二极管是最常见的光传感器。光敏二极管的外型与一般二极管一样，只是它的管壳上开有一个嵌着玻璃的窗口，以便于光线射入，为增加受光面积，PN结的面积做得较大，光敏二极管工作在反向偏置的工作状态下，并与负载电阻相串联，当无光照时，它与普通二极管一样，反向电流很小（＜µA），称为光敏二极管的暗电流；当有光照时，载流子被激发，产生电子-空穴，称为光电载流子。在外电场的作用下，光电载流子参于导电，形成比暗电流大得多的反向电流，该反向电流称为光电流。光电流的大小与光照强度成正比，于是在负载电阻上就能得到随光照强度变化而变化的电信号。

　　光敏三极管除了具有光敏二极管能将光信号转换成电信号的功能外，还有对电信号放大的功能。光敏三级管的外型与一般三极管相差不大，一般光敏三极管只引出两个极——发射极和集电极，基极不引出，管壳同样开窗口，以便光线射入。为增大光照，基区面积做得很大，发射区较小，入射光主要被基区吸收。工作时集电结反偏，发射结正偏。在无光照时管子流过的电流为暗电流Iceo=（1+β）Icbo（很小），比一般三极管的穿透电流还小；当有光照时，激发大量的电子-空穴对，使得基极产生的电流Ib增大，此刻流过管子的电流称为光电流，集电极电流Ic=（1+β）Ib，可见光电三极管要比光电二极管具有更高的灵敏度。

优点

　　检测距离长：如果在对射型中保留10m以上的检测距离等，便能实现其他检测手段（磁性、超声波等） 无法离检测。

　　对检测物体的限制少：由于以检测物体引起的遮光和反射为检测原理，所以不象接近传感器等将检测物体限定在金属，它可对玻璃、塑料、木材、液体等几乎所有物体进行检测。

　　响应时间短：光本身为高速，并且传感器的电路都由电子零件构成，所以不包含机械性工作时间，响应时间非常短。

　　分辨率高：能通过设计技术使投光光束集中在小光点，或通过构成特殊的受光光学系统，来实现高分辨率。也可进行微小物体的检测和高精度的位置检测。

　　可实现非接触的检测：可以无须机械性地接触检测物体实现检测，因此不会对检测物体和传感器造成损伤。因此，传感器能长期使用。

　　可实现颜色判别：通过检测物体形成的光的反射率和吸收率根据被投光的光线波长和检测物体的颜色组合 而有所差异。利用这种性质，可对检测物体的颜色进行检测。

　　便于调整：在投射可视光的类型中，投光光束是眼睛可见的，便于对检测物体的位置进行调整。

相关名词

　　1 检出距离

　　对射式和镜面反射式光电开关的检出距离是指光轴上无有效遮挡物野战，可稳定检出的距离。反射式光电开关的检出距离则是可稳定检出标准检测物的距离。

　　2 回差距离

　　回差距离指动作距离与复位距离之差。它用检出距离的比率来表示，一般在检出距离的20[%]以下。

　　3 响应时间

　　把从受光器初始有效受光到输出动作所需的时间称作响应时间。把从受光器初始有效遮光到输出复位所需的时间称为复位应用时间。

　　4 暗动

　　暗动（DARK ON）：即遮光动作。它表示在进入受光器的光速减少到一定程序时或被全遮时，输出晶体管将导通输出。

　　5 亮动

　　亮动（LIGHT ON），也称受光动作。它是指进入受光器的光束增加到一定量时，输出晶体管导通且有输出。

　　6 外同步输入功能

　　在一般情况下，凡具有外部诊断输入功能的光电开关，一般均具有外同步功能。

避免使用场合

　　灰尘较多的场所。

　　腐蚀性气体较多的场所。

　　水、油、化学品有可能直接飞溅的场所。

　　户外或太阳光等有强光直射而无遮光措施的场所。

　　环境温度变化超出产品规定范围的场所。

　　振动、冲击大，而未采取避震措施的场所。

      以上场所可能导致光点开关传感器的误动作，应尽量避免在此类场合中使用光电开关传感器，以免造成不必要的麻烦。