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武漢三駿聯(lián)眾科技有限公司 西南成都辦事處

三駿特約營銷員：趙青龍

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概述

　　光電開關是傳感器大家族中的成員，它把發(fā)射端和接收端之間光的強弱變化轉化為電流的變化以達到探測的目的。由于光電開關輸出回路和輸入回路是電隔離的（即電緣絕），所以它可以在許多場合得到應用。  

光電開關

采用集成電路技術和SMT表面安裝工藝而制造的新一代光電開關器件，具有延時、展寬、外同步、抗相互干擾、可靠性高、工作區(qū)域穩(wěn)定和自診斷等智能化功能。這種新穎的光電開關是一種采用脈沖調(diào)制的主動式光電探測系統(tǒng)型電子開關，它所使用的冷光源有紅外光、紅色光、綠色光和藍色光等，可非接觸，無損傷地迅速和控制各種固體、液體、透明體、黑體、柔軟體和煙霧等物質(zhì)的狀態(tài)和動作。

　　接觸式行程開關存在響應速度低、精度差、接觸檢測容易損壞被檢測物及壽命短等缺點，而晶體管接近開關的作用距離短，不能直接檢測非金屬材料。但是，新型光電開關則克服了它們的上述缺點，而且體積小、功能多、壽命長、精度高、響應速度快、檢測距離遠以及抗光、電、磁*力強。

　　這種新型的光電開關已被用作物位檢測、液位控制、產(chǎn)品計數(shù)、寬度判別、速度檢測、定長剪切、孔洞識別、信號延時、自動門傳感、色標檢出、沖床和剪切機以及安全防護等諸多領域。此外，利用紅外線的隱蔽性，還可在銀行、倉庫、商店、辦公室以及其它需要的場合作為防盜警戒之用。 

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分類

檢測方式

　　常用光電開關的分類方法：按檢測方式可分為反射式、對射式和鏡面反射式三種類型。對射式檢測距離遠，可檢測半透明物體的密度（透光度）。反射式的工作距離被限定在光束的交點附近，以避免背景影響。鏡面反射式的反射距離較遠，適宜作遠距離檢測，也可檢測透明或半透明物體。

　　表1給出了光電開關的檢測分類方式及特點說明。

結構分類

　　光電開關按結構可分為放大器分離型、放大器內(nèi)藏型和電源內(nèi)藏型三類。 

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　　放大器分離型是將放大器與傳感器分離，并采用集成電路和混合安裝工藝制成，由于傳感器具有超小型和多品種的特點，而放大器的功能較多。因此，該類型采用端子臺連接方式，并可交、直流電源通用。具有接通和斷開延時功能，可設置亮、音動切換開關，能控制6種輸出狀態(tài)，兼有接點和電平兩種輸出方式。

　　放大器內(nèi)藏型是將放大器與傳感一體化，采用集成電路和表面安裝工藝制成，使用直流電源工作。其響應速度局面（有0.1ms和1ms兩種），能檢測狹小和高速運動的物體。改變電源極性可轉換亮、暗動，并可設置自診斷穩(wěn)定工作區(qū)指示燈。兼有電壓和電流兩種輸出方式，能防止相互干擾，在系統(tǒng)安裝中十分方便。

　　電源內(nèi)藏型是將放大器、傳感器與電源裝置一體化，采用集成電路和表面安裝工藝制成。它一般使用交流電源，適用于在生產(chǎn)現(xiàn)場取代接觸式行程開關，可直接用于強電控制電路。也可自行設置自診斷穩(wěn)定工作區(qū)指示燈，輸出備有SSR固態(tài)繼電器或繼電器常開、常閉接點，可防止相互干擾，并可緊密安裝在系統(tǒng)中。

應用領域

　　除了安防系統(tǒng)中常見的光電開關煙霧報警器，工業(yè)中經(jīng)常用它來記數(shù)機械臂的運動次數(shù)。照明技術網(wǎng)是覆蓋面zui廣，信息量zui全的照明技術，主要包括led照明，智能照明，霓虹燈，光纖照明，照明設計，燈光設計，道路照明等。光電開關還在許多方面得到了應用，例如在行程控制、直徑限制  

光電開關

、轉速檢測、氣流量控制等方面。我們相信光電開關會做得越來越*，它的應用也會越來越廣泛。應用舉例：從圖6可以看出光電開關的各種應用。其中，圖6（a）為光電開關用于對材料的定位剪切控制；圖6（b）為用光電開關來控制液面位的上下限值，當液面位高于或低于上下極限液面位時，光電開關控制電路可使閾門打開或關閉，使液面位的高度保持在上下限之間；圖6（c）為利用物體對光的遮擋作用，檢測物體的通過個數(shù)，或物體是否存在；圖6（d）為利用光的直線傳播性，檢驗產(chǎn)品是否等高排列；圖6（e）為將光電開關用在流水生產(chǎn)線上，來檢測產(chǎn)品的個數(shù)；圖6（f）為用光電開關檢測液面位的高低。

　　品牌主要有：法國施耐德、日本歐姆龍、德國西門子、中國臺灣明緯、以及國內(nèi)正泰、德力西、梅蘭日蘭、人民、華通、天正、環(huán)宇等品牌產(chǎn)品。 

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工作原理

　　圖1 所示是反射式光電開關的工作原理框圖。圖中，由振蕩回路產(chǎn)生的調(diào)制脈沖經(jīng)反射電路后，由發(fā)光管GL輻射出光脈沖。當被測物體進入受光器作用范圍時，被反射回來的光脈沖進入光敏三極管DU。并在接收電路中將光脈沖解調(diào)為電脈沖信號，再經(jīng)放大器放大和同步選通整形，然后用數(shù)字積分  

光電開關

或RC積分方式排除干擾，zui后經(jīng)延時（或不延時）觸發(fā)驅動器輸出光電開關控制信號。

　　光電開關一般都具有良好的回差特性，因而即使被檢測物在小范圍內(nèi)晃動也不會影響驅動器的輸出狀態(tài)，從而可使其保持在穩(wěn)定工作區(qū)。同時，自診斷系統(tǒng)還可以顯示受光狀態(tài)和穩(wěn)定工作區(qū)，以隨時監(jiān)視光電開關的工作。

　　光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號的一種電一光一電轉換器件。它由發(fā)光源和受光器兩部分組成。把發(fā)光源和受光器組裝在同一密閉的殼體內(nèi)，彼此間用透明絕緣體隔離。發(fā)光源的引腳為輸入端，受光器的引腳為輸出端，常見的發(fā)光源為發(fā)光二極管，受光器為光敏二極管、光敏三極管等等。光電耦合器的種類較多，常見有光電二極管型、光電三極管型、光敏電阻型、光控晶閘管型、光電達林頓型、集成電路型等。如下圖 1（外形有金屬圓殼封裝，塑封雙列直插等）。工作原理在光電耦合器輸入端加電信號使發(fā)光源發(fā)光，光的強度取決于激勵電流的大小，此光照射到封裝在一起的受光器上后，因光電效應而產(chǎn)生了光電流，由受光器輸出端引出，這樣就實現(xiàn)了電一光一電的轉換。

　　基本工作特性（以光敏三極管為例）1、共模抑制比很高在光電耦合器內(nèi)部，由于發(fā)光管和受光器之間的耦合電容很?。?pF以內(nèi)）所以共模輸入電壓通過極間耦合電容對輸出電流的影響很小，因而共模抑制比很高。 2、輸出特性 光電耦合器的輸出特性是指在一定的發(fā)光電流IF下，光敏管所加偏置電壓VCE與輸出電流IC之間的關系，當IF=0時，發(fā)光二極管不發(fā)光，此時的光敏晶體管集電極輸出電流稱為暗電流，一般很小。當IF>0時，在一定的IF作用下，所對應的IC基本上與VCE無關。IC與IF之間的變化成線性關系，用半導體管特性圖示儀測出的光電耦合器的輸出特性與普通晶體三極管輸出特性相似。 3、光電耦合器可作為線性耦合器使用。在發(fā)光二極管上提供一個偏置電流，再把信號電壓通過電阻耦合到發(fā)光二極管上，這樣光電晶體管接收到的是在偏置電流上增、減變化的光信號，其輸出電流將隨輸入的信號電壓作線性變化。光電耦合器也可工作于開關狀態(tài)，傳輸脈沖信號。在傳輸脈沖信號時，輸入信號和輸出信號之間存在一定的延遲時間，不同結構的光電耦合器輸入、輸出延遲時間相差很大。 

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特點

　　MGK系列光電開關是現(xiàn)代微電子技術發(fā)展的產(chǎn)物，是HGK系列紅外光電開關的升級換代產(chǎn)品。與以往的光電開關相比具有自己顯著的特點：　●具有自診斷穩(wěn)定工作區(qū)指示功能，可及時  

對射式光電開關

告知工作狀態(tài)是否可靠；

　　●對射式、反射式、鏡面反射式光電開關都有防止相互干擾功能，安裝方便；

　　●對ES外同步（外診斷）控制端的進行設置可在運行前預檢光電開關是否正常工作。并可隨時接受計算機或可編程控制器的中斷或檢測指令，外診斷與自診斷的適當組合可使光電開關智能化；

　　●響應速度快，高速光電開關的響應速度可達到0.1ms，每分鐘可進行30萬次檢測操作，能檢出高速移動的微小物體；

　　●采用集成電路和*的SMT表面安裝工藝，具有很高的可靠性；

　　●體積?。▃ui小僅20×31×12mm）、重量輕，安裝調(diào)試簡單，并具有短路保護功能。

主要類型

綜述

　　光電開關的重要功能是能夠處理光的強度變化：利用光學元件，在傳播媒介中間使光束發(fā)生變化；利用光束來反射物體；使光束發(fā)射經(jīng)過長距離后瞬間返回。光電開關是由發(fā)射器、接收器  

光電開關

和檢測電路三部分組成。發(fā)射器對準目標發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來源于發(fā)光二極管（LED）和激光二極管。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度。受脈沖調(diào)制的光束輻射強度在發(fā)射中經(jīng)過多次選擇，朝著目標不間接地運行。接收器有光電二極管或光電三極管組成。在接收器的前面，裝有光學元件如透鏡和光圈等。在其后面的是檢測電路，它能濾出有效信號和應用該信號。光電式接近開關廣泛應用于自動計數(shù)、安全保護、自動報警和限位控制等方面。分類：光電開關可分為對射型；漫反射型；鏡面反射型；槽式光電開關；光纖式光電開關。

對射型

　　由發(fā)射器和接收器組成，結構上是兩者相互分離的，在光束被中斷的情況下會產(chǎn)生一個開關信號變化，典型的方式是位于同一軸線上的光電開關可以相互分開達50米。

　　特征：辨別不透明的反光物體；有效距離大，因為光束跨越感應距離的時間僅一次；不易受干擾，可以可靠合適的使用在野外或者有灰塵的環(huán)境中；裝置的消耗高，兩個單元都必須敷設電纜。

漫反射型

　　是當開關發(fā)射光束時，目標產(chǎn)生漫反射，發(fā)射器和接收器構成單個的標準部件，當  

光電開關

　　有足夠的組合光返回接收器時，開關狀態(tài)發(fā)生變化，作用距離的典型值一直到3米。特征：有效作用距離是由目標的反射能力決定，由目標表面性質(zhì)和和顏色決定；較小的裝配開支，當開關由單個元件組成時，通常是可以達到粗定位；采用背景抑制功能調(diào)節(jié)測量距離；對目標上的灰塵敏感和對目標變化了的反射性能敏感。

鏡面反射型

　　由發(fā)射器和接收器構成的情況是一種標準配置，從發(fā)射器發(fā)出的光束在對面的反射鏡被反射，即返回接收器，當光束被中斷時會產(chǎn)生一個開關信號的變化。光的通過時間是兩倍的信號持續(xù)時間，有效作用距離從0.1米至20米。特征：辨別不透明的物體；借助反射鏡部件，形成高的有效距離范圍；不易受干擾，可以可靠合適的使用在野外或者有灰塵的環(huán)境中。

槽式

　　槽式光電開關通常是標準的U字型結構，其發(fā)射器和接收器分別位于U型槽的兩邊，并形成  

光電開關

　　一光軸，當被檢測物體經(jīng)過U型槽且阻斷光軸時，光電開關就產(chǎn)生了檢測到的開關量信號。槽式光電開關比較安全可靠的適合檢測高速變化，分辨透明與半透明物體。

光纖式

　　光纖式光電開關采用塑料或玻璃光纖傳感器來引導光線，以實現(xiàn)被檢測物體不在相近區(qū)域的檢測。通常光纖傳感器分為對射式和漫反射式。 

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技術指標

　　塑料或金屬外殼，有圓柱形、方形、叉型、玻璃或塑料光纖等直射系統(tǒng)檢測距離長，zui大100m，檢測不透明物體準確、可靠，抗惡劣條件好（灰塵、散射光導）反射系統(tǒng)檢測距離中等，zui大15m，易于安裝，檢測不透明物體或非反射性透明物體；極性反射系統(tǒng)可以檢測反射物體漫射系統(tǒng)檢測距

離短，zui大2m，取決于物體的反射系數(shù)，安裝及設置簡單，可檢測透明、反射或半透明的物體，需要潔凈的環(huán)境帶背景抑制功能的漫射系統(tǒng)對背景物體不敏感，檢測距離與物體的顏色無關繼電器或固態(tài)輸出兩種方式，還有模擬量（4－20mA）輸出的系列產(chǎn)品可選擇的功能：時間延遲、分離放大器、靈敏度調(diào)節(jié)等三種接線方式：螺絲端子、插接件、電纜引線，zui高防護等級為IP67Design18市場上zui廣泛使用的標準，*代Ø18且具備背景抑制功能。

相關比較

　　光控開關與光電開關的區(qū)別

　　1、首先可以確定光控開關不屬于光電開關。

　　2、光電開關是通過把光強度的變化轉換成電信號的變化來實現(xiàn)控制的。

　　它是利用被檢測物體對紅外光束（區(qū)分點）的遮光或反射，由同步回路選通而檢測物體的有無，其物體不限于金屬，對所有能反射光線的物體均可檢測。光電開關在一般情況下，有三部分構成，它們分為：發(fā)送器、接收器和檢測電路。

　　根據(jù)檢測方式的不同，紅外線光電開關可分為：

　?。?）.漫反射式光電開關

　?。?）.鏡反射式光電開關

　?。?）.對射式光電開關  

光電開關工作原理

　?。?）.槽式光電開關

　　（5）.光纖式光電開關3、光控開關，它的“開”和“關”是靠可控硅的導通和阻斷來實現(xiàn)的，而可控硅的導通和阻斷又是受自然光（區(qū)分點）的亮度（或人為亮度）的大小所控制的。該裝置適合作為街道、宿舍走廊或其它公共場所照明燈，起到日熄夜亮的控制作用，以節(jié)約用電。

　　4、光電開關應用的環(huán)境是影響其*工作可靠性的重要條件。當光電開關工作于zui大檢測距離狀態(tài)時，由于光學透鏡會被環(huán)境中的污物粘住，甚至會被一些強酸性物質(zhì)腐蝕，以至降低使用參數(shù)特性。但光控開關不受“檢測距離”這一指標的影響。

　　光電開關和光電繼電器的區(qū)別

　　光電開關是由振蕩回路產(chǎn)生的調(diào)制脈沖經(jīng)反射電路后，由發(fā)光管GL輻射出光脈沖。當被測物體進入受光器作用范圍時，被反射回來的光脈沖進入光敏三極管DU。并在接收電路中將光脈沖解調(diào)為電脈沖信號，再經(jīng)放大器放大和同步選通整形，然后用數(shù)字積分或RC積分方式排除干擾，zui后經(jīng)延時（或不延時）觸發(fā)驅動器輸出光電開關控制信號。

　　光電開關一般都具有良好的回差特性，因而即使被檢測物在小范圍內(nèi)晃動也不會影響驅動器的輸出狀態(tài)，從而可使其保持在穩(wěn)定工作區(qū)。同時，自診斷系統(tǒng)還可以顯示受光狀態(tài)和穩(wěn)定工作區(qū)，以隨時監(jiān)視光電開關的工作。

　　光電繼電器的工作原理和特性。繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關”。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉換電路等作用。  

光電開關工作原理

　　光電耦合器與光電開關的區(qū)別

　　光電耦合器就是我們所說的光耦，它的原理是通過發(fā)光二極管照射三極管從而使得三極管導通和關短，通過調(diào)節(jié)二極管電壓大小調(diào)節(jié)發(fā)光強度，從而使流過三極管的電流變化，常常用光藕是來反饋用。

　　而光電開關原理類似，不過它只是用來當作開關用的，也就是發(fā)光就三極管開通就是，z這需要一個擋光的東西,但并不需要調(diào)節(jié)電流大小，一般用在一般控制上，不能精確表針。 

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名詞

檢出距離

　　對射式和鏡面反射式光電開關的檢出距離是指光軸上無有效遮擋物野戰(zhàn)，可穩(wěn)定檢出的zui大距離。

　　反射式光電開關的檢出距離則是可穩(wěn)定檢出標準檢測物的zui大距離。

回差距離

　　回差距離指動作距離與復位距離之差。它用檢出距離的比率來表示，一般在檢出距  

光電開關

離的20%以下。

響應時間

　　把從受光器初始有效受光到輸出動作所需的時間稱作響應時間。

　　把從受光器初始有效遮光到輸出復位所需的時間稱為復位應用時間。

暗動

　　暗動（DARK ON）：即遮光動作。它表示在進入受光器的光速減少到一定程序時或被全遮時，輸出晶體管將導通輸出。

亮動

　　亮動（LIGHT ON），也稱受光動作。它是指進入受光器的光束增加到一定量時，輸出晶體管導通且有輸出。

外同步輸入

　　在一般情況下，凡具有外部診斷輸入功能的光電開關，一般均具有外同步功能。

　　也就是說，用接點或晶體管導通等方法使圖2中的藍線與黑線短接（ON  

光電開關工作原理

）可隨時停止投光。可以據(jù)此在工作前預檢傳感器檢測是否正常。在工作中，利用此性質(zhì)也可隨時接受控制系統(tǒng)發(fā)出的運行或中斷指令。如果將前一個輸出與后一個外同步輸入進行串接，則可實現(xiàn)與門等功能。 

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注意事項

　　光電開關可用于各種應用場合，圖3所示為光電開關在多種場合的應用例圖。另外，在使用光電開關時，還應注意環(huán)境條件，以使光電開關能夠正?？煽康墓ぷ?。

強光源

　　光電開關在環(huán)境照度較高時，一般都能穩(wěn)定工作。但應回避將傳感器光軸正對太陽光、白熾燈等強光源。

　　在不能改變傳感器（受光器）光軸與強光源的角度時，可在傳感器上方四周加裝遮光板或套上遮光長筒。

相互干擾

　　MGK 系列新型光電開關通常都具有自動防止相互干擾的功能，因而不必擔心相互干擾。然而，HGK系列對射式紅外光電開關在幾組并列靠近安裝時，則應防止鄰組和相互干  

光電開關工作原理

擾。防止這種干擾zui有效的辦法是投光器和受光器交叉設置，超過2組時還拉開組距。當然，使用不同頻率的機種也是一種好辦法。

　　HGK系列反射式光電開關防止相互干擾的有效辦法是拉開間隔。而且檢測距離越遠，間隔也應越大，具體間隔應根據(jù)調(diào)試情況來確定。當然，也可使用不同工作頻率的機種。

鏡面角度

　　當被測物體有光澤或遇到光滑金屬面時，一般反射率都很高，有近似鏡面的作用，這時應將投光器與檢測物體安裝成10～20°的夾角，以使其光軸不垂直于被檢測物體，從而防止誤動作。

背景物

　　使用反射式擴散型投、受光器時，有時由于檢出物離背景物較近，光電開關或者背景是光滑等反射率較高的物體而可能會使光電開關不能穩(wěn)定檢測。

　　因此可以改用距離限定型投、受光器，或者采用遠離背景物、拆除背景物、將背景物涂成無光黑色、或設法使背景物粗糙、灰暗等方法加以排除。

自診斷

　　在安裝或使用時，有時可能會由于臺面或背景影響以及使用振動等原因而造成光軸的微小偏移、透鏡沾污、積塵、外部噪聲、環(huán)境溫度超出范圍等問題。這些問題有可能會使光電開關偏離穩(wěn)定工作區(qū)，這時可以利用光電開關的自診斷功能而使其通過STABLITY綠色穩(wěn)定指示燈發(fā)出通知，以提醒使用者及時對其進行調(diào)整。

臺面影響

　　如圖4（a）所示，投光器與受光器在貼近臺面安裝時，可能會出現(xiàn)臺面反射的部分光束照到受光器而造成工作不穩(wěn)定。對此可采用如圖4（b）的方法，使受光器與投光器離開臺面一定距離并加裝遮光板。

　　嚴禁用稀釋劑等化學物品，以免損壞塑料鏡。  

光電開關

高壓線、動力線和光電傳感器的配線不應放在同一配線管或用線槽內(nèi)，否則會由于感應而造成（有時）光電開關的誤動作或損壞，所以原則上要分別單獨配線。

　　下列場所，一般有可能造成光電開關的誤動作，應盡量避開：

　　●灰塵較多的場所；

　　●腐蝕性氣體較多的場所；

　　●水、油、化學品有可能直接飛濺的場所；

　　●戶外或太陽光等有強光直射而無遮光措施的場所。

　　●環(huán)境溫度變化超出產(chǎn)品規(guī)定范圍的場所；

　　●振動、沖擊大，而未采取避震措施的場所。

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