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　　光電開關(guān)是通過把光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的變化來實(shí)現(xiàn)控制的。
　　光電傳感器在一般情況下,有三部分構(gòu)成,它們分為：發(fā)送器,接收器和檢測(cè)電路。
　　發(fā)送器對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束,發(fā)射的光束一般來源于半導(dǎo)體光源,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。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(xué)元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測(cè)電路,它能濾出有效信號(hào)和應(yīng)用該信號(hào)。
　　此外,光電傳感器的結(jié)構(gòu)元件中還有發(fā)射板和光導(dǎo)纖維。
　　三角反射板是結(jié)構(gòu)牢固的反射裝置。它由很小的三角錐體反射材料組成,能夠使光束準(zhǔn)確地從反射板中返回,具有實(shí)用意義。它可以在與光軸0到25的范圍改變發(fā)射角,使光束幾乎是從一根發(fā)射線,經(jīng)過反射后,還是從這根反射線返回。
　　光纖（又稱光導(dǎo)纖維LWL）,它擴(kuò)大了光電傳感器的使用范圍,形成了特殊的嵌裝式收發(fā)裝置。它可以在特殊的環(huán)境中使用,檢測(cè)微小的物體。它在非常高的外界溫度中,在結(jié)構(gòu)受限制的環(huán)境里,都可以獲得滿意的答案。

　　光敏二極管是最常見的光傳感器。光電傳感器光敏二極管的外型與一般二極管一樣,只是它的管殼上開有一個(gè)嵌著玻璃的窗口,以便于光線射入,為增加受光面積,PN結(jié)的面積做得較大,光敏二極管工作在反向偏置的工作狀態(tài)下,并與負(fù)載電阻相串聯(lián),當(dāng)無光照時(shí),它與普通二極管一樣,反向電流很�。ǎ�µA）,稱為光敏二極管的暗電流；當(dāng)有光照時(shí),載流子被激發(fā),產(chǎn)生電子-空穴,稱為光電載流子。在外電場(chǎng)的作用下,光電載流子參于導(dǎo)電,形成比暗電流大得多的反向電流,該反向電流稱為光電流。光電流的大小與光照強(qiáng)度成正比,于是在負(fù)載電阻上就能得到隨光照強(qiáng)度變化而變化的電信號(hào)。
　　光電傳感器光敏三極管除了具有光敏二極管能將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的功能外,還有對(duì)電信號(hào)放大的功能。光敏三級(jí)管的外型與一般三極管相差不大,一般光敏三極管只引出兩個(gè)極——發(fā)射極和集電極,基極不引出,管殼同樣開窗口,以便光線射入。為增大光照,基區(qū)面積做得很大,發(fā)射區(qū)較小,入射光主要被基區(qū)吸收。工作時(shí)集電結(jié)反偏,發(fā)射結(jié)正偏。在無光照時(shí)管子流過的電流為暗電流Iceo=（1+β）Icbo（很�。�,比一般三極管的穿透電流還��；當(dāng)有光照時(shí),激發(fā)大量的電子-空穴對(duì),使得基極產(chǎn)生的電流Ib增大,此刻流過管子的電流稱為光電流,集電極電流Ic=（1+β）Ib,可見光電傳感器光電三極管要比光電二極管具有更高的靈敏度。

　　參考軸
　　發(fā)送器和接收器（對(duì)射型光電傳感器）,或者發(fā)送器和目標(biāo)/反射板（反射型,反射板型光電傳感器）之間構(gòu)成的相對(duì)的理想軸線。在對(duì)射型光電傳感器的情況下,參考軸就是透鏡的光軸。在反射型和反射板型光電傳感器的情況下,參考軸就是發(fā)送器和接收器透鏡的光軸之間的中線。
　　反射板盲區(qū)
　　光束在反射的過程中,有一段區(qū)域是不能識(shí)別反射板的區(qū)域,這段區(qū)域就是反射板的盲區(qū)。
　　暗通（D.on）
　　是指當(dāng)接收裝置無光束射入時(shí)光電傳感器的開關(guān)接通；當(dāng)反射型光電傳感器接收反射光束,如果無物體出現(xiàn),則開關(guān)接通,而當(dāng)有物體出現(xiàn)在光束射線的中間時(shí),開關(guān)就斷開。
　　亮動(dòng)（L.on）
　　是指當(dāng)光學(xué)接收器受到光照的時(shí)候,傳感器的輸出接通。對(duì)射型和反射板型光電傳感器是在光線遮住的時(shí)候,輸出接通;反射型光電傳感器,是在目標(biāo)足夠接近的時(shí)候,輸出接通。
　　盲區(qū)
　　是指反射型光電傳感器不能識(shí)別目標(biāo)的范圍！

　　1、槽形光電開關(guān)
　　把一個(gè)光發(fā)射器和一個(gè)接收器面對(duì)面地裝在一個(gè)槽的兩側(cè)的是槽形光電。發(fā)光器能發(fā)出紅外光或可見光,在無阻情況下光接收器能收到光。但當(dāng)被檢測(cè)物體從槽中通過時(shí),光被遮擋,光電開關(guān)便動(dòng)作。輸出一個(gè)開關(guān)控制信號(hào),切斷或接通負(fù)載電流,從而完成一次控制動(dòng)作。槽形開關(guān)的檢測(cè)距離因?yàn)槭苷�體結(jié)構(gòu)的限制一般只有幾厘米。
　　2、對(duì)射式光電開光
　　若把發(fā)光器和收光器分離開,就可使檢測(cè)距離加大。由一個(gè)發(fā)光器和一個(gè)收光器組成的光電開關(guān)就稱為以射分離式光電開光,簡(jiǎn)稱對(duì)射式光電開關(guān)。它的檢測(cè)距離可達(dá)幾米乃至幾十米。使用時(shí)把發(fā)光器和收光器分別裝在檢測(cè)物通過路徑的兩側(cè),檢測(cè)物通過時(shí)阻擋光路,收光器就動(dòng)作輸出一個(gè)開關(guān)控制信號(hào)。
　　3、反光板反射式光電開關(guān)
　　把發(fā)光器和收光器裝入同一個(gè)裝置內(nèi),在它的前方裝一塊反光板,利用反射原理完成光電控制作用的稱為反光板反射式（或反射鏡反射式）光電開關(guān)。正常情況下,發(fā)光器發(fā)出的光被反光板反射回來被收光器收到；一旦光路被檢測(cè)物擋住,收光器收不到光時(shí),光電開關(guān)就動(dòng)作,輸出一個(gè)開關(guān)控制信號(hào)。
　　4、擴(kuò)散反射式光電開關(guān)
　　它的檢測(cè)頭里也裝有一個(gè)發(fā)光器和一個(gè)收光器,但前方?jīng)]有反光板。正常情況下發(fā)光器發(fā)出的光收光器是收不到的；當(dāng)檢測(cè)物通過時(shí)擋住了光,并把光部分反射回來,收光器就收到光信號(hào),輸出一個(gè)開關(guān)控制信號(hào)。
　　用途廣泛的久茂光電傳感器系列：
　　光電傳感器可用來進(jìn)行非接觸測(cè)量,定位,分類和計(jì)數(shù)不同的物體,廣泛用于汽車,機(jī)械制造,物流控制,印刷包裝及門控行業(yè)。而久茂提供有齊全的光電產(chǎn)品系列用于此類場(chǎng)合。
　　5、光纖式光電開關(guān)
　　把發(fā)光器發(fā)出的光用光纖引導(dǎo)到檢測(cè)點(diǎn),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)。按動(dòng)作方式的不同,光纖式光電開關(guān)也可分成對(duì)射式、反光板反射式、擴(kuò)散反射式等多種類型。

　　廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的光電傳感器,一般是開關(guān)型的,被稱為光電開關(guān)。光電傳感器由投光器、受光器、集成電路、輸出電路等組成,屬弱電檢測(cè)傳感器。它容易受到強(qiáng)電設(shè)備的電磁干擾。它工作時(shí),引起電磁輻射,形成電磁干擾。當(dāng)動(dòng)作頻率較高、多個(gè)傳感器相距較近時(shí),儀器儀表、總線系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)等弱電設(shè)備會(huì)受到強(qiáng)烈的干擾,傳感器本身也會(huì)受到強(qiáng)烈的干擾,此時(shí)電磁兼容問題顯得更突出。電磁兼容設(shè)計(jì)的目的,一是使傳感器本身在電磁環(huán)境中能正常工作,避免出現(xiàn)誤動(dòng)作,二是避免傳感器成為電磁干擾源。
　　光干擾的抑制
　　光電傳感器以光為媒介進(jìn)行無接觸檢測(cè)。光是一種頻率很高的電磁波[1 ] 。光干擾也算是一種電磁干擾,光干擾是傳感器誤動(dòng)作的主要因素之一。環(huán)境光、背景光和周圍其它光電傳感器發(fā)出的光是光干擾源。以紅外線為媒介進(jìn)行檢測(cè)則可減小可見光的影響,紅外光也不影響可見光。紅外線光電傳感器可用濾光鏡濾去可見光。對(duì)于周圍環(huán)境其它光電傳感器的光干擾, 可用外殼、套筒、夾縫來抑制。

　　投光器外殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得當(dāng),可使發(fā)出的光成為規(guī)則光束,而非散射狀,使用時(shí)又安裝得當(dāng),則投光器難成為光干擾源。傳感器設(shè)計(jì)時(shí),采用偏振光及高頻調(diào)制的脈沖光,采用同步檢波方式,都有利于抑制光干擾。
　　電路板電磁兼容
　　光電傳感器通過高頻調(diào)制產(chǎn)生高頻電信號(hào)。在高頻下,一根導(dǎo)線等效為一個(gè)電感。因此,須盡可能縮短傳感器內(nèi)高頻線的長(zhǎng)度。印制板跡線設(shè)計(jì)時(shí)要考慮盡可能減小電磁輻射。跡線輻射比集成電路輻射要強(qiáng)。跡線如構(gòu)成如圖2 所示的大小相等、方向相反的電流環(huán)路,則會(huì)向空間輻射磁場(chǎng),也會(huì)接受空間的磁場(chǎng)。

　　圖中i 為環(huán)路電流。設(shè)環(huán)路面積為S ,電信號(hào)頻率為f ,測(cè)量天線到輻射平面的距離為d ,測(cè)量天線與印制板平面的夾角為θ,則測(cè)得電場(chǎng)強(qiáng)度為

　　此時(shí)為差模輻射�？赏ㄟ^減小環(huán)路面積S 和環(huán)路電流i 來減小差模輻射。共模輻射可用對(duì)地電壓激勵(lì)的、長(zhǎng)度小于1/ 4 波長(zhǎng)的短單極天線來模擬。共模輻射的電場(chǎng)強(qiáng)度為

　　式中l(wèi)為短單極天線長(zhǎng)度, 共模電壓轉(zhuǎn)換成了差模電流i 。減小地電壓和將差模電流旁路到地可減小共模輻射。
　　總的來說,印制板跡線長(zhǎng)度宜短,宜增加寬度,但不宜突然增寬,不宜突然拐彎。盡可能增大地線面積以減小地線阻抗。高頻信號(hào)線、電源線應(yīng)盡可能平行地靠近地線。傳感器應(yīng)選用低功耗器件,如CMOS 集成電路。CMOS 器件抗干擾能力強(qiáng),CMOS 邏輯電路抗擾度高達(dá)20 [%]。低功耗器件發(fā)熱小,這有利于傳感器設(shè)計(jì)得更緊密,有利于傳感器穩(wěn)定工作。
　　輸出電路電磁兼容
　　輸出電路是傳感器的末級(jí)電路,一般是無觸點(diǎn)開關(guān)電路。常用輸出元件有三極管和晶閘管。三極管狀態(tài)改變時(shí),引起電磁輻射。在三極管集電極與發(fā)射極之間并接RC 吸收電路,用電感L 來抑制d i/ d t , 就可減小電磁輻射的能量。

　　輸出電路電磁兼容設(shè)計(jì)的另一種方法是屏蔽。

　　抗干擾編碼
　　現(xiàn)在,通信、接口、總線技術(shù)的發(fā)展也促使二進(jìn)制傳感器的智能化。AS-Interface 是一個(gè)執(zhí)行器-傳感器- 接口總線系統(tǒng)。AS-Interface 總線系統(tǒng)最多可安裝248 個(gè)二進(jìn)制傳感器。AS-Interface 芯片與光電傳感器配合,可使傳感器與AS-Interface 總線相連。同一總線上,多個(gè)傳感器相互干擾的問題比較嚴(yán)重。這可在傳感器通信時(shí),在信息中加入監(jiān)督碼元（冗余碼） 進(jìn)行抗干擾。如用00000 、11111 代替0 、1 。當(dāng)收到10111 ,那可認(rèn)為錯(cuò)了一位,并自動(dòng)糾正第二位。
　　電磁兼容試驗(yàn)
　　電磁兼容設(shè)計(jì)靠電磁兼容試驗(yàn)來驗(yàn)證與改進(jìn)�，F(xiàn)在,有了比較完善的電磁兼容試驗(yàn)方法和專門的試驗(yàn)設(shè)備。開關(guān)電器動(dòng)作時(shí),形成強(qiáng)烈的干擾,產(chǎn)生瞬態(tài)脈沖。IEC61000-4-4 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電快速瞬變脈沖干擾作出規(guī)定,分為單個(gè)脈沖、一群脈沖、脈沖群。。

　　單個(gè)脈沖和一群脈沖中單個(gè)脈沖的寬度要小于15ms。IEC1024 規(guī)定的雷電模擬脈沖的寬度也要小于15 ms。光電傳感器內(nèi)部采用小電容對(duì)瞬變脈沖濾波比較適應(yīng)。傳感器若受主機(jī)控制,則可在軟件中采用數(shù)字濾波、延時(shí)指令來抑制瞬變干擾。光電傳感器輻射敏感度試驗(yàn)結(jié)果如表1 所示。

　　結(jié)束語
　　采用以上設(shè)計(jì)后, 光電傳感器既沒有干擾80C51 單片機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng), 也沒有干擾F-40M 型PLC。它在斷路器嚴(yán)酷環(huán)境中能穩(wěn)定地工作。經(jīng)過電磁兼容設(shè)計(jì),光電傳感器可靠性及質(zhì)量顯著提高。