光電傳感器在自動(dòng)化控制中的應(yīng)用研究

鳳小輝

摘 要：信息時(shí)代傳感器是獲取自然與生產(chǎn)中信息的主要途徑和手段，傳感器技術(shù)在發(fā)展經(jīng)濟(jì)、推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步方面具有重要作用。光電傳感器是目前產(chǎn)量最多應(yīng)用最廣的傳感器之一，在自動(dòng)控制和非電量電測(cè)技術(shù)中占有非常重要的地位。文章概述傳感器技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展，介紹了光電式傳感器的分類，探討了傳感器在自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用，并分析我國(guó)傳感器技術(shù)發(fā)展的若干問題及發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：傳感器；光電傳感器；自動(dòng)控制

光電檢測(cè)方法具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，而且可測(cè)參數(shù)多，傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，形式靈活多樣，體積小。近年來(lái)，隨著光電技術(shù)的發(fā)展，光電傳感器已成為系列產(chǎn)品，其品種及產(chǎn)量日益增加，用戶可根據(jù)需要選用各種規(guī)格產(chǎn)品，在各種自動(dòng)化控制中獲得廣泛的應(yīng)用。

1 傳感器的研究現(xiàn)狀與發(fā)展

工程上通常把直接作用于被測(cè)量，能按一定規(guī)律將其轉(zhuǎn)換成同種或別種量值輸出的器件，稱為傳感器。傳感器的作用類似于人的感覺器官，也可以認(rèn)為是人類感官的延伸。傳感器主要用于檢測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)自身與操作對(duì)象、作業(yè)環(huán)境狀態(tài)，為有效控制機(jī)電一體化系統(tǒng)的運(yùn)作提供必須的相關(guān)信息?，F(xiàn)代科技的發(fā)展不斷地向傳感器技術(shù)提出新的要求，推動(dòng)傳感器技術(shù)的發(fā)展。與此同時(shí)，傳感器技術(shù)迅速吸取和綜合各個(gè)科技領(lǐng)域（如物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)等）的新成就，開發(fā)出新的方法和裝置。傳感技術(shù)已成為重要的現(xiàn)代科技領(lǐng)域，傳感器及其系統(tǒng)生產(chǎn)已成為重要的新興行業(yè)。

2 光電式傳感器分類

2.1 槽形光電傳感器

槽形光電傳感器又叫做U型光電開關(guān)，其發(fā)射器和接收器分別位于U型槽的兩邊，并形成一光軸，當(dāng)被檢測(cè)物體經(jīng)過U型槽，阻斷光軸時(shí)，光電開關(guān)就產(chǎn)生了檢測(cè)到的開關(guān)量信號(hào)。因?yàn)椴坌喂怆婇_關(guān)比較安全可靠，適合檢測(cè)高速變化、分辨透明與半透明的物體。

2.2 對(duì)射式光電傳感器

對(duì)射式光電傳感器就是發(fā)射器和接受器分開放置，發(fā)射器發(fā)送紅外光給一定距離外的接受器接受形成通路。檢測(cè)物通過時(shí)阻擋光路，接收器就動(dòng)作，輸出一個(gè)開關(guān)控制信號(hào)，因?yàn)榘l(fā)射器發(fā)出的光束只跨越感應(yīng)距離一次，所以可以可靠地用于野外或粉塵污染較為嚴(yán)重的環(huán)境中。

2.3 反射式光電傳感器

把發(fā)射器和接受器裝入同一個(gè)裝置內(nèi)，在裝置一定距離放置一個(gè)反光板，將發(fā)射器的光線反射回接受器，利用反射原理完成光電控制作用的稱為反光板反射式光電開關(guān)。正常情況下，發(fā)射器發(fā)出的光被反光板反射回來(lái)被接受器接收；當(dāng)光路被檢測(cè)物擋住，接受器收不到光時(shí)，傳感器產(chǎn)生輸出，開關(guān)動(dòng)作。這種光電傳感器可以辨別不透明的物體，借助反射部件形成較大的有效距離范圍，可以用于野外或粉塵污染較為嚴(yán)重的環(huán)境中。

2.4 漫反射式光電傳感器

它的檢測(cè)頭里也裝有一個(gè)發(fā)射器和一個(gè)接受器，沒有反光板。正常情況下發(fā)射器發(fā)出的光接受器是收不到的；只有當(dāng)檢測(cè)物通過時(shí)擋住了光，并把光部分反射回來(lái)，接受器才收到光信號(hào)，然后輸出一個(gè)開關(guān)控制信號(hào)。多見于公共廁所自動(dòng)沖水系統(tǒng)，自動(dòng)水龍頭。

2.5 光纖式光電傳感器

把來(lái)自光源的光用光纖引導(dǎo)到檢測(cè)點(diǎn)，使待測(cè)參數(shù)與進(jìn)入調(diào)制區(qū)的光相互作用后，導(dǎo)致光的光學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化再把檢測(cè)到的光信號(hào)用光纖引導(dǎo)到光接收器就組成光纖式光電開關(guān)。

3 傳感器在自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用

傳感器是左右自動(dòng)化系統(tǒng)（或產(chǎn)品）發(fā)展的重要技術(shù)之一，廣泛應(yīng)用于各種自動(dòng)化產(chǎn)品之中。光電傳感器除了安防系統(tǒng)中常見的光電開關(guān)煙霧報(bào)警器，工業(yè)中還常常用它來(lái)記數(shù)機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)次數(shù)。在照明技術(shù)中也是覆蓋面最廣，作用比較全，主要包括led照明、智能照明、光纖照明、燈光設(shè)計(jì)，道路照明等，此外光電傳感器還在許多方面得到了應(yīng)用，例如在行程控制、自動(dòng)門傳感、色標(biāo)檢出、以及安全防護(hù)、轉(zhuǎn)速檢測(cè)、氣流量控制等方面。

3.1 光電色質(zhì)檢測(cè)

最早最成熟的應(yīng)用主要是在糧食加工、分選領(lǐng)域的應(yīng)用，主要是用于各類谷物、雜糧分選的色選機(jī)。色選機(jī)是根據(jù)物料光學(xué)特性的差異，利用光電技術(shù)將顆粒物料中的異色顆粒自動(dòng)分揀出來(lái)的設(shè)備，按照待分選物料種類的不同，色選機(jī)可分為大米色選機(jī)、雜糧色選機(jī)和茶葉色選機(jī)等。在產(chǎn)品包裝前先由光電檢測(cè)色質(zhì)，物品顏色有偏差時(shí)就有比較電壓差輸出，接通電磁閥，由壓縮空氣將差異物品吹出。

3.2 光電轉(zhuǎn)速傳感器

在待測(cè)定的轉(zhuǎn)速軸上固定一帶孔的轉(zhuǎn)速調(diào)置盤，在調(diào)置盤的一邊由白熾燈產(chǎn)生恒定光，透過盤上小孔到達(dá)光敏二極管組成的光電轉(zhuǎn)換器上，當(dāng)有物體擋在紅外光電發(fā)光二極管和高靈敏度的光電晶體管之間時(shí)，傳感器將會(huì)輸出一個(gè)低電平，而當(dāng)中間沒有物體時(shí)則輸出為高電平，形成一個(gè)脈沖。系統(tǒng)在光電傳感器接受器后加接電動(dòng)機(jī)，并在電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸上安裝一轉(zhuǎn)盤。在這個(gè)轉(zhuǎn)盤的邊沿處設(shè)計(jì)出若干個(gè)圓形過孔，把傳感器的檢測(cè)部分放在圓孔的圓心位置。每當(dāng)轉(zhuǎn)盤隨著后輪旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，傳感器將向外輸出若干個(gè)脈沖。根據(jù)脈沖計(jì)算出輪子即時(shí)的轉(zhuǎn)速。

3.3 自動(dòng)門傳感

在地鐵自動(dòng)門或電梯自動(dòng)門中加以運(yùn)用。把1個(gè)發(fā)射器和1個(gè)接受器將它們分別裝在對(duì)射距離內(nèi)，發(fā)射器和接受器的鏡頭應(yīng)該正對(duì)，且在同一高度?？蓹z測(cè)位于光軸上，且直徑大于30mm的不透明物體。對(duì)屏蔽門（或安全門）與列車車體之間，一旦乘客或大件物品有意、無(wú)意被夾在屏蔽門和列車車體之間的空隙，就會(huì)遮擋紅外光線，判斷出有障礙物，并及時(shí)輸出聲光報(bào)警信號(hào)，同時(shí)通知列車司機(jī)或車站管理人員。為了防止兩對(duì)傳感器相互干擾，發(fā)射器1和接受器1的頻

率都調(diào)整為頻率A。發(fā)射器2和接受器2的頻率都調(diào)整為頻率B。為了防止外部環(huán)境光（如太陽(yáng)光）直射產(chǎn)生的干擾，或者灰塵落在鏡頭上以及長(zhǎng)期積灰產(chǎn)生的影響，在發(fā)射器和接受器的鏡頭前加裝長(zhǎng)圓形套筒。

3.4 在印刷中的應(yīng)用

卷筒紙印刷機(jī)斷紙檢測(cè)可采用反射式的光電開關(guān)。當(dāng)紙帶正常運(yùn)行時(shí)，檢測(cè)器可以檢測(cè)到經(jīng)紙帶表面反射回來(lái)的光信號(hào)；當(dāng)有斷紙發(fā)生時(shí)，紙帶表面無(wú)法反射回信號(hào)則系統(tǒng)立即發(fā)生一系列的動(dòng)作，即印刷裝置離壓，并快速停機(jī)以防止斷紙纏繞在印刷滾筒表面有些單張紙膠印機(jī)紙張檢測(cè)采用的是透射式光電傳感器，根據(jù)印刷用紙一張時(shí)、兩張以及兩張以上時(shí)對(duì)光路光線的遮蓋程度的不同進(jìn)行紙張的檢測(cè)。當(dāng)兩張及兩張以上的紙經(jīng)過傳感器時(shí)電路接通，切斷給紙，互鎖，自動(dòng)離壓、離水、離墨，機(jī)器從定速降到運(yùn)轉(zhuǎn)速度。從而實(shí)現(xiàn)單張紙膠印。

4 我國(guó)傳感器技術(shù)發(fā)展方向

就當(dāng)前科技技術(shù)發(fā)展來(lái)看，我國(guó)主要傳感器技術(shù)今后的發(fā)展方向可有以下三個(gè)方面：

新材料的研發(fā)。隨著材料行業(yè)對(duì)傳感器敏感材料進(jìn)一步的開發(fā)，傳感器新敏感材料不斷推出，高新材料已廣泛用于新型傳感器制造研發(fā)中，新材料的開發(fā)對(duì)傳感器行業(yè)起著決定性的作用。

向集成化、智能化、數(shù)字化發(fā)展。隨著現(xiàn)代化的發(fā)展，傳感器的功能已突破傳統(tǒng)的功能，其輸出不再是一個(gè)單一的模擬信號(hào)，而是經(jīng)過微電腦處理好后的數(shù)字信號(hào)，有點(diǎn)甚至帶有控制功能，即智能傳感器。

向微功耗及無(wú)源化發(fā)展。傳感器一般都是非電量向電量的轉(zhuǎn)化，工作時(shí)離不開電源，開發(fā)微功耗的傳感器及無(wú)源傳感器是必然的發(fā)展方向。

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