邦納增量式旋轉(zhuǎn)編碼器參考，BANNER查詢(xún)

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電傳感器是一種小型電子設(shè)備，它可以檢測(cè)

出其接收到的光強(qiáng)的變化。早期的用來(lái)檢測(cè)

物體有無(wú)的光電傳感器是一種小的金屬圓柱形設(shè)

備，發(fā)射器帶一個(gè)校準(zhǔn)鏡頭，將光聚焦射向接收

器，接收器出電纜將這套裝置接到一個(gè)真空管放

大器上（見(jiàn)圖1）。在金屬圓筒內(nèi)有一個(gè)小的白熾

燈做為光源。這些小而堅(jiān)固的白熾燈傳感器就是

今天光電傳感器的雛形。

早期的光電傳感器

使用白熾燈做為光

源；隨著技術(shù)的進(jìn)

步，現(xiàn)在使用非常

小的LED做為光源

發(fā)光二極管早出現(xiàn)在19世紀(jì)60年代，現(xiàn)在我們

可以經(jīng)常在電氣和電子設(shè)備上看到這些二極管做

為指示燈來(lái)用。LED就是一種半導(dǎo)體元件，其電氣

性能與普通二極管相同，不同之處在于當(dāng)給LED通

電流時(shí)，它會(huì)發(fā)光。

如果一個(gè)金屬發(fā)射出的光比周?chē)墓鈴?qiáng)很多的話，那么

它就可以被周?chē)庠唇邮掌鳈z測(cè)到（見(jiàn)圖5）。周?chē)?/p>

光源接收器也可以用來(lái)檢測(cè)室外光。

人們常常有一個(gè)誤解：認(rèn)為由于紅外光LED發(fā)出的紅外

光是看不到的，那么紅外光的能量肯定會(huì)很強(qiáng)。經(jīng)過(guò)調(diào)

制的光電傳感器的能量的大小與LED光波的波長(zhǎng)無(wú)太大

關(guān)系。一個(gè)LED發(fā)出的光能很少，經(jīng)過(guò)調(diào)制才將其變得

能量很高。一個(gè)未經(jīng)調(diào)制的傳感器只有通過(guò)使用長(zhǎng)焦距

鏡頭的機(jī)械屏蔽手段，使接收器只能接收到發(fā)射器發(fā)出

的光，才能使其能量變得很高。相比之下，經(jīng)過(guò)調(diào)制的

接收器能忽略周?chē)墓?，只?duì)自己的光或具有相同調(diào)制

頻率的光做出響應(yīng)。

我們可以將光波的調(diào)制

比喻成無(wú)線電波的傳送

和接收。將收音機(jī)調(diào)到

某臺(tái)，就可以忽略其他

的無(wú)線電波信號(hào)。經(jīng)過(guò)

調(diào)制的LED發(fā)射器就類(lèi)似于無(wú)線電波發(fā)射器，其接收器

就相當(dāng)于收音機(jī)。

但是并不是說(shuō)經(jīng)調(diào)制的傳感器就一定不受周?chē)獾母?/p>

擾，當(dāng)使用在強(qiáng)光環(huán)境下時(shí)就會(huì)有問(wèn)題。例如，未經(jīng)過(guò)

調(diào)制的光電傳感器，當(dāng)把它直接指向陽(yáng)光時(shí)，它能正常

動(dòng)作。我們每個(gè)人都知道，用一塊有放大作用的玻璃將

陽(yáng)光聚集在一張紙上時(shí)，很容易就會(huì)把紙點(diǎn)燃。設(shè)想將

玻璃替換成傳感器的鏡頭，將紙?zhí)鎿Q成光電三極管，這

樣我們就很容易理解為什么將調(diào)制的接收器指向陽(yáng)光時(shí)

它就不能工作了，這是周?chē)庠词蛊滹柡土恕?/p>

未經(jīng)調(diào)制的傳感器用來(lái)檢測(cè)周?chē)墓饩€或紅外光的輻

射，如剛出爐的紅熱瓶子，在這種應(yīng)用場(chǎng)合如果使用其

它的傳感器，可能會(huì)有誤動(dòng)作。

調(diào)制的LED改進(jìn)了光電傳感器的設(shè)計(jì)，增大了檢測(cè)距離，

擴(kuò)展了光束的角度，人們逐漸接受了這種易于對(duì)準(zhǔn)

的光束。到1980年，非調(diào)制的光電傳感器逐步就退出了

歷史舞臺(tái)。

在早期，色標(biāo)傳感器使用白熾燈做光源，使用光電池接

收器，直到后來(lái)發(fā)明了高效的可見(jiàn)光LED。現(xiàn)在，多數(shù)

的色標(biāo)傳感器都是使用經(jīng)調(diào)制的各種顏色的可見(jiàn)光LED

發(fā)射器。

安裝空間非常有限或使用環(huán)境非常惡劣的情況

下，我們可以考慮使用光纖。光纖與傳感器配套

使用，是無(wú)源元件，

另外，光纖不受任何電磁信號(hào)的干擾，并且能使傳感器

的電子元件與其他電的干擾相隔離。

光纖有一根塑料光芯或玻璃光芯，光芯外面包一層金屬

外皮。這層金屬外皮的密度比光芯要，因而折射率。

光束照在這兩種材料的邊界處（入射角在一定范圍內(nèi)，

見(jiàn)圖9），被全部反射回來(lái)。根據(jù)光學(xué)原理，所有光束都

可以由光纖來(lái)傳輸。

紅外光LED是效率較高的光束，同時(shí)也是在光譜上與光

電三極管匹配的光束（見(jiàn)圖6）

但是有些傳感器需要用來(lái)區(qū)分

顏色（如色標(biāo)檢測(cè)），這就需要

用可見(jiàn)光源。

聲波傳感器所發(fā)射和接收的聲波，其振動(dòng)頻率都

過(guò)了人耳所能聽(tīng)到的范圍。它是通過(guò)計(jì)算聲波

從發(fā)射，經(jīng)被測(cè)物反射回到接收器所需要的時(shí)間，來(lái)判

斷物體的位置。對(duì)于對(duì)射式聲波傳感器，如果物體擋

住了從發(fā)射器到接收器的聲波，則傳感器就會(huì)檢測(cè)到物

體。與光電傳感器不同，聲波傳感器不受被測(cè)物透明

度和反光率的影響，因此在許多使用聲波傳感器的場(chǎng)

合就不適合使用光電傳感器來(lái)檢測(cè)

經(jīng)調(diào)制的傳感器往往犧牲了響應(yīng)速度以獲取更長(zhǎng)的檢測(cè)

距離，這是因?yàn)?a href='http://m.medieval.com.cn/product/39752.html' target='_blank' class='key_tag'>檢測(cè)距離是一個(gè)非常重要的參數(shù)。未經(jīng)

調(diào)制的傳感器可以用來(lái)檢測(cè)小的物體或動(dòng)作非常快的物

體，這些場(chǎng)合要求的響應(yīng)速度都非?？臁５牵F(xiàn)在高

速的調(diào)制傳感器也可以提供非?？斓捻憫?yīng)速度，能滿足

大多數(shù)的檢測(cè)應(yīng)用。

表示了兩條入射光束（入射角在接受角以?xún)?nèi)）沿光

光纜的端部有各種尺寸和外形，并且澆注了堅(jiān)固的透明

樹(shù)脂。檢測(cè)面經(jīng)過(guò)光學(xué)打磨，非常平滑。這道精心的打

磨工藝能顯著提高光纖束之間的光耦合效率

塑料光纖由單根的光纖束（典型光束直徑為0.25到

1.5mm）構(gòu)成，通常有PVC外皮。它能安裝在狹小的空

間并且能彎成很小的角度。

多數(shù)的塑料光纖其檢測(cè)頭都做成探針形或帶螺紋的圓柱

形，另一端未做加工以方便客戶(hù)根據(jù)使用將其剪短。邦

納公司的塑料光纖都配有一個(gè)光纖刀。

不像玻璃光纖，塑料光纖具有較高的柔性，帶防護(hù)外皮

的塑料光纖適于安裝在往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)上。塑料光

纖吸收一定波長(zhǎng)的光波，包括紅外光（見(jiàn)圖12），因而

塑料光纖只能傳輸可見(jiàn)光。與玻璃光纖相比，塑料光纖

易受高溫，化學(xué)物質(zhì)和溶劑的影響。

纖長(zhǎng)度方向經(jīng)多次反射后，從另一端射出。另一條入射

角出接受角范圍的入射光，損失在金屬外皮內(nèi)。這個(gè)

接受角比兩倍的較大入射角略大，這是因?yàn)楣饫w在從空

氣射入密度較大的光纖材料中時(shí)會(huì)有輕微的折射。光在

光纖內(nèi)部的傳輸不受光纖是否彎曲的影響（彎曲半徑要

大于小彎曲半徑）。大多數(shù)光纖是可彎曲的，很容易

安裝在狹小的空間。

玻璃光纖由一束非常細(xì)（直徑約50μm）的玻璃纖維絲

組成。典型的光纜由幾百根單獨(dú)的帶金屬外皮玻璃光纖

組成，光纜外部有一層護(hù)套保護(hù)。

玻璃光纖內(nèi)的光纖束可以是緊湊布置的，也可隨意布置。

玻璃光纖和塑料光纖既有“單根的”－對(duì)射式，也有

“分叉的”－直反式（見(jiàn)圖13）。單根光纖可以將光從發(fā)

射器傳輸?shù)綑z測(cè)區(qū)域，或從檢測(cè)區(qū)域傳輸?shù)浇邮掌?。?/p>

叉式的光纖有兩個(gè)明顯的分支，可分別傳輸發(fā)射光和接

收光，使傳感器既可以通過(guò)一個(gè)分支將發(fā)射光傳輸?shù)綑z

測(cè)區(qū)域，同時(shí)又通過(guò)另一個(gè)分支將反射光傳輸回接收器。

光纖檢測(cè)頭光芯做成多種形

狀，以適應(yīng)不同的檢測(cè)要求

玻璃光纖堅(jiān)固并且性能

，可使用在高溫和

有化學(xué)成分的環(huán)境中，

它可以傳輸可見(jiàn)光和紅

外光。常見(jiàn)的問(wèn)題就是由于經(jīng)常彎曲或彎曲半徑過(guò)小而

導(dǎo)致玻璃絲折斷，對(duì)于這種應(yīng)用場(chǎng)合，我們TJ使用塑

料光纖。

緊湊布置的玻璃光纖通常用在醫(yī)療設(shè)備或管道鏡上。每

一根光纖從一端到另一端都需要精心布置，這樣才能在

另一端得到非常清晰的圖像。由于這種光纖費(fèi)用非常昂

貴并且多數(shù)的光纖應(yīng)用場(chǎng)合并不需要得到一個(gè)非常清晰

的圖像，所以多數(shù)的玻璃光纖其光纖束是隨意布置的，

這種光纖就非常了，當(dāng)然其所得到的圖像也只是一

些光。

玻璃光纖外部的保護(hù)層通常是柔性的不銹鋼護(hù)套，也有

的是PVC或其他柔性塑料材料。有些特殊的光纖可用于

特殊的空間或環(huán)境，其檢測(cè)頭做成不同的形狀以適用于

不同的檢測(cè)要求。

對(duì)射式是早使用的一種光電檢測(cè)模式。在調(diào)制光出現(xiàn)

之前，發(fā)射器和接收器的對(duì)準(zhǔn)是一個(gè)很大的難題。今天，

對(duì)于使用高能調(diào)制光的光電傳感器，將發(fā)射器和接收器

對(duì)準(zhǔn)已非常容易。

光路對(duì)準(zhǔn)－對(duì)射式

光路對(duì)準(zhǔn)可使較大數(shù)量的發(fā)射光到達(dá)接收器，發(fā)射光要

位于接收區(qū)域的位置。

由于光纖受使用環(huán)境影響小并且抗電磁干擾，因而能被

用在一些特殊的場(chǎng)合，如：適用于真空環(huán)境下的真空傳

導(dǎo)光纖（VFT）和適用于環(huán)境下的光纖。在這兩個(gè)

應(yīng)用中，特制的光纖安裝在特殊的環(huán)境中，經(jīng)一個(gè)法蘭

引出來(lái)接到外面的傳感器上，光纖和法蘭的尺寸多種多

樣（見(jiàn)圖14）。本安型傳感器，如NAMUR型的傳感器，

可直接用在特殊或有性危險(xiǎn)的環(huán)境中（見(jiàn)圖15）。

由于LED是固態(tài)的，所以它能延長(zhǎng)傳感器的使用壽

命。因而使用LED的光電傳感器能被做得更小，且

比白熾燈傳感器更。不象白熾燈那樣，LED抗

震動(dòng)抗沖擊，并且沒(méi)有燈絲。另外，LED所發(fā)出的

光能只相當(dāng)于同尺寸白熾燈所產(chǎn)生光能的一部分。

（激光二極管除外，它與普通LED的原理相同，但

能產(chǎn)生幾倍的光能，并能達(dá)到更遠(yuǎn)的檢測(cè)距離）

LED能發(fā)射人眼看不到的紅外光，也能發(fā)射可見(jiàn)的

綠光、黃光、紅光、藍(lán)光、藍(lán)綠光或白光。

當(dāng)發(fā)射器為可見(jiàn)光時(shí)，為使光路對(duì)準(zhǔn)方便，在接收器鏡

頭的正前方放一淺色的標(biāo)定物，通過(guò)觀察照在標(biāo)定物上

的光斑來(lái)調(diào)整發(fā)射器位置。將標(biāo)定物移開(kāi)，觀察傳感器

上的過(guò)量增益指示燈，細(xì)調(diào)發(fā)射器和接收器的位置以達(dá)

到較佳的對(duì)準(zhǔn)位置。

光電傳感器的檢測(cè)模式分為如下幾類(lèi)：對(duì)射式、反

射板式、偏振反射板式、直反式、寬光束式、聚

焦式、定區(qū)域式和可調(diào)區(qū)域式。其中，直反式、寬光束

式，聚焦式、定區(qū)域式和可調(diào)區(qū)域式有時(shí)又歸類(lèi)于“光

電接近檢測(cè)模式”（注意：不要與電容式或電感式接近

開(kāi)關(guān)混淆）。對(duì)于光纖傳感器，如使用對(duì)射光纖，則為

對(duì)射式檢測(cè)模式；如使用直反式光纖，則為接近式檢測(cè)

模式。聲波傳感器分對(duì)射式和接近式兩種檢測(cè)模式。

直反式的玻璃光纖，其檢測(cè)頭處的光纖束是隨意布置的。

直反式的塑料光纖，其光纖束是沿光纖長(zhǎng)度方向一根挨

一根布置。

射式檢測(cè)方式的發(fā)射器和接收器相互對(duì)射安裝，

發(fā)射器的光直接對(duì)準(zhǔn)接收器。當(dāng)被測(cè)物擋住光束

時(shí)，傳感器輸出產(chǎn)生變化以指示被測(cè)物被檢測(cè)到。

1970年，人們發(fā)現(xiàn)LED還有一個(gè)比壽命長(zhǎng)更好的

，就是它能夠以非?？斓乃俣葋?lái)開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)

速度可達(dá)到KHz（見(jiàn)圖3）。將接收器的放大器調(diào)制到發(fā)

射器的調(diào)制頻率，那么它就只能對(duì)以此頻率振動(dòng)的光信

號(hào)進(jìn)行放大。

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