光電傳感器在自動化控制中的應用研究

鳳小輝

摘 要：信息時代傳感器是獲取自然與生產中信息的主要途徑和手段，傳感器技術在發展經濟、推動社會進步方面具有重要作用。光電傳感器是目前產量最多應用最廣的傳感器之一，在自動控制和非電量電測技術中占有非常重要的地位。文章概述傳感器技術研究現狀與發展，介紹了光電式傳感器的分類，探討了傳感器在自動化系統中的應用，并分析我國傳感器技術發展的若干問題及發展方向。

關鍵詞：傳感器；光電傳感器；自動控制

光電檢測方法具有精度高、反應快、非接觸等優點，而且可測參數多，傳感器的結構簡單，形式靈活多樣，體積小。近年來，隨著光電技術的發展，光電傳感器已成為系列產品，其品種及產量日益增加，用戶可根據需要選用各種規格產品，在各種自動化控制中獲得廣泛的應用。

1 傳感器的研究現狀與發展

工程上通常把直接作用于被測量，能按一定規律將其轉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，也可以認為是人類感官的延伸。傳感器主要用于檢測自動化系統自身與操作對象、作業環境狀態，為有效控制機電一體化系統的運作提供必須的相關信息?，F代科技的發展不斷地向傳感器技術提出新的要求，推動傳感器技術的發展。與此同時，傳感器技術迅速吸取和綜合各個科技領域（如物理學、化學、生物學等）的新成就，開發出新的方法和裝置。傳感技術已成為重要的現代科技領域，傳感器及其系統生產已成為重要的新興行業。

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，其發射器和接收器分別位于U型槽的兩邊，并形成一光軸，當被檢測物體經過U型槽，阻斷光軸時，光電開關就產生了檢測到的開關量信號。因為槽形光電開關比較安全可靠，適合檢測高速變化、分辨透明與半透明的物體。

2.2 對射式光電傳感器

對射式光電傳感器就是發射器和接受器分開放置，發射器發送紅外光給一定距離外的接受器接受形成通路。檢測物通過時阻擋光路，接收器就動作，輸出一個開關控制信號，因為發射器發出的光束只跨越感應距離一次，所以可以可靠地用于野外或粉塵污染較為嚴重的環境中。

2.3 反射式光電傳感器

把發射器和接受器裝入同一個裝置內，在裝置一定距離放置一個反光板，將發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。正常情況下，發射器發出的光被反光板反射回來被接受器接收；當光路被檢測物擋住，接受器收不到光時，傳感器產生輸出，開關動作。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重的環境中。

2.4 漫反射式光電傳感器

它的檢測頭里也裝有一個發射器和一個接受器，沒有反光板。正常情況下發射器發出的光接受器是收不到的；只有當檢測物通過時擋住了光，并把光部分反射回來，接受器才收到光信號，然后輸出一個開關控制信號。多見于公共廁所自動沖水系統，自動水龍頭。

2.5 光纖式光電傳感器

把來自光源的光用光纖引導到檢測點，使待測參數與進入調制區的光相互作用后，導致光的光學性質發生變化再把檢測到的光信號用光纖引導到光接收器就組成光纖式光電開關。

3 傳感器在自動化系統中的應用

傳感器是左右自動化系統（或產品）發展的重要技術之一，廣泛應用于各種自動化產品之中。光電傳感器除了安防系統中常見的光電開關煙霧報警器，工業中還常常用它來記數機械臂的運動次數。在照明技術中也是覆蓋面最廣，作用比較全，主要包括led照明、智能照明、光纖照明、燈光設計，道路照明等，此外光電傳感器還在許多方面得到了應用，例如在行程控制、自動門傳感、色標檢出、以及安全防護、轉速檢測、氣流量控制等方面。

3.1 光電色質檢測

最早最成熟的應用主要是在糧食加工、分選領域的應用，主要是用于各類谷物、雜糧分選的色選機。色選機是根據物料光學特性的差異，利用光電技術將顆粒物料中的異色顆粒自動分揀出來的設備，按照待分選物料種類的不同，色選機可分為大米色選機、雜糧色選機和茶葉色選機等。在產品包裝前先由光電檢測色質，物品顏色有偏差時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 光電轉速傳感器

在待測定的轉速軸上固定一帶孔的轉速調置盤，在調置盤的一邊由白熾燈產生恒定光，透過盤上小孔到達光敏二極管組成的光電轉換器上，當有物體擋在紅外光電發光二極管和高靈敏度的光電晶體管之間時，傳感器將會輸出一個低電平，而當中間沒有物體時則輸出為高電平，形成一個脈沖。系統在光電傳感器接受器后加接電動機，并在電動機的轉軸上安裝一轉盤。在這個轉盤的邊沿處設計出若干個圓形過孔，把傳感器的檢測部分放在圓孔的圓心位置。每當轉盤隨著后輪旋轉的時候，傳感器將向外輸出若干個脈沖。根據脈沖計算出輪子即時的轉速。

3.3 自動門傳感

在地鐵自動門或電梯自動門中加以運用。把1個發射器和1個接受器將它們分別裝在對射距離內，發射器和接受器的鏡頭應該正對，且在同一高度?？蓹z測位于光軸上，且直徑大于30mm的不透明物體。對屏蔽門（或安全門）與列車車體之間，一旦乘客或大件物品有意、無意被夾在屏蔽門和列車車體之間的空隙，就會遮擋紅外光線，判斷出有障礙物，并及時輸出聲光報警信號，同時通知列車司機或車站管理人員。為了防止兩對傳感器相互干擾，發射器1和接受器1的頻

率都調整為頻率A。發射器2和接受器2的頻率都調整為頻率B。為了防止外部環境光（如太陽光）直射產生的干擾，或者灰塵落在鏡頭上以及長期積灰產生的影響，在發射器和接受器的鏡頭前加裝長圓形套筒。

3.4 在印刷中的應用

卷筒紙印刷機斷紙檢測可采用反射式的光電開關。當紙帶正常運行時，檢測器可以檢測到經紙帶表面反射回來的光信號；當有斷紙發生時，紙帶表面無法反射回信號則系統立即發生一系列的動作，即印刷裝置離壓，并快速停機以防止斷紙纏繞在印刷滾筒表面有些單張紙膠印機紙張檢測采用的是透射式光電傳感器，根據印刷用紙一張時、兩張以及兩張以上時對光路光線的遮蓋程度的不同進行紙張的檢測。當兩張及兩張以上的紙經過傳感器時電路接通，切斷給紙，互鎖，自動離壓、離水、離墨，機器從定速降到運轉速度。從而實現單張紙膠印。

4 我國傳感器技術發展方向

就當前科技技術發展來看，我國主要傳感器技術今后的發展方向可有以下三個方面：

新材料的研發。隨著材料行業對傳感器敏感材料進一步的開發，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中，新材料的開發對傳感器行業起著決定性的作用。

向集成化、智能化、數字化發展。隨著現代化的發展，傳感器的功能已突破傳統的功能，其輸出不再是一個單一的模擬信號，而是經過微電腦處理好后的數字信號，有點甚至帶有控制功能，即智能傳感器。

向微功耗及無源化發展。傳感器一般都是非電量向電量的轉化，工作時離不開電源，開發微功耗的傳感器及無源傳感器是必然的發展方向。

參考文獻

[1]張燕，曾光宇.光電式傳感器的應用與發展[J].科技情報開發與經濟，2006（13）.

[2]謝望.光電傳感器技術的新發展及應用[J].儀器儀表用戶，2005（05）.

[3]張正偉.傳感器原理與應用[M].北京：中央廣播電視大學出版社，1991.