《电气控制与工程实习指南 教学课件 ppt 作者 丁学文 第十一章 传感器及其应用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电气控制与工程实习指南 教学课件 ppt 作者 丁学文 第十一章 传感器及其应用（118页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第十一章 传感器及其应用,11.1光电传感器及其应用,图11-0 各种传感器,磁极,磁极,载流子,电源,磁场方向,霍尔片,b) 霍尔效应,a) 安全光幕检测,光幕传感器,11.1光电传感器及其应用,光电传感器是一种能进行非接触检测的传感器，其具有检测范围广、检测距离远的优点。光电传感器由两部分组成，分别是发射头（光源）和接收头。常见的光电开关形式如图111所示。,11.1.1光电传感器的原理和分类,光电传感器的最大检测距离往往和被检物的尺寸、形状、颜色及表面状态有关。适用于环境条件一般的场合，如图112所示。 光电开关的发射头和接收头两部分可以相对独立安装，也可以安装于同一侧，其安装形式主要由
2、被检测对象和检测环境决定。检测方式可分为对射式、反射式、偏振式、镜面式、漫反射式、会聚式和光幕式。如何选择检测方式应主要考虑以下几点因素：,a) 被检物半透明,光电开关,被检物,反射板,被检物,光电开关,b) 检测包装标签,光电传感器,钢水,液位,光电传感器,喷漆,d) 非接触检测,c) 高温场合,图11-2 光电传感器的适用场合,11.1.1光电传感器的原理和分类,1.对射式 对射式光电传感器是一种最常见的非接触检测方式。其发射头与接收头相对安装，光轴必须保持在同一条直线上。当被检物不透光时，接收头可以检测到光强发生变化，被检物尺寸应不小于接收头直径的50，对于很小的物体，检测时应使用特殊的
3、镜头或遮盖一部分镜头。如图113所示。对射式的检测距离远，尤其是在环境中灰尘、杂物较多的场合其优势更明显，最大检测距离可达30米左右。,接收头,被检物,光线,发射头,图11-3 对射式光电传感器,反射板,发射光,反射光,被检物,发射头 接收头,图11-4 反射式光电传感器,11.1.1光电传感器的原理和分类,2. 反射式 反射式光电传感器的发射头和接收头安装于同一侧，在另一侧安装一反射板，当检测物遮挡了光线使接收头的光强发生变化时，输出信号即跟随变化。如图114所示。反射式光电传感器允许反射光线有一定的角度变化，但是角度应小于15。检测距离一般不超过10米，适用于高振动的场合，但不适合检测透明
4、和半透明的物体。,11.1.1光电传感器的原理和分类,3. 偏振式 偏振式光电传感器的接收头只检测三棱镜的反射光或某些对偏振敏感的反射片所反射的光线。发射头和接收头安装在同一侧，发射光经过特殊的滤光片后，光线只沿一平面传播，如图115所示。此种检测方式，接收头只检测来自反光器的反射光线，而对于来自包装物的反光，铝罐和发光包装皮以及某些反射物的反光不敏感，可以减少误检测。,偏振发射光,发射头,三棱镜,图11-5 偏振式光电传感器,反射光线,11.1.1光电传感器的原理和分类,4.镜面式 镜面式光电传感器的发射头和接收头安装时与反射面保持同一角度，以保证入射角与反射角相同，和镜面反射很相似。如图1
5、16所示，镜面式光电传感器适合于检测反射面是否有破损的部分，可以检查印刷品是否有破洞等。,图11-6 镜面式光电传感器,反射光线进入接收头,反射光线无法进入接收头,发射头,接收头,发射头,接收头,11.1.1光电传感器的原理和分类,5. 漫反射式 漫反射式光电传感器的发射头和接收头安装于同一侧，接收头只需很少量的反射光线就能检测到物体，如图117所示。漫反射式光电传感器适合于检测物体表面的色标（如商标或记号等），例如检测某些需要喷漆的位置，或者检测物品在需要剪切点所做的颜色标记等。但是在使用时需注意，色标和背景之间的色差越大越好，最好是白底黑字，目前某些生产厂家生产的光电传感器的发射光线是可选
6、的（例如红外线、可见光等），便于用户根据需要选择。,被检物,发射光,可被检测到的反射光,光电开关,图11-7 漫反射式光电开关,11.1.1光电传感器的原理和分类,6. 会聚式 会聚式光电传感器只检测和接收头处于某一固定距离的物体，如图11-8所示。当物体处于接收头的焦点位置时，接收头才能检测出来。也就是说接收头有很大的盲区，对于焦点以外的物体不作检测。这样有利于检测某些外形固定的物体，对于透明和半透明物体也可以进行检测。例如在检测传送带上的物体时，使用会聚式光电传感器可以避免误检测到传送带或者其他物体。会聚式光电传感器适宜于检测很细的线、瓶盖、透明液体的液位等，还可以检测条形码。,固定距离,
7、光线,被检物,接收头,图11-8 会聚式光电传感器,11.1.1光电传感器的原理和分类,7. 光幕式 光幕式光电传感器也称为区域传感器，是近年新研发的一种新型传感器。它采用主动式发射和接收方式，依靠物体遮光原理，由发射器发出多条脉冲光束，形成光幕，由接收器逐一接收，发射器的光束与接收器的光束有一一对应的关系。当被检物进入检测范围挡住光束，接收器的控制器就发出信号，达到检测物体的目的。光幕式光电传感器检测距离可达1米，特殊订货可达更远的距离，可用于跳动运动物体的纵向位置检测，也可用于危险禁区的安全监测。如图119所示。,图11-9 光幕式传感器,发射头,接收头,光轴,跳动的带材,8. 几种检测方
8、式的对比,根据不同的使用需要，可以选择不同的检测 方式，几种检测方式的工作方式和优缺点对 比见表11-1所示。,11.1.2敏感度调节,大部分光电传感器和接近传感器的敏感度可调节，敏感度决定了开关动作时的光强度，如图1110所示。在传感器的末端有一调节螺丝，通常出厂时已调节到中间位置。有时候希望敏感度小一些，特别是在环境光线很强的场合，或是有电磁干扰的场合，或者是检测透明物体时，可以有效地减少开关的误动作。有些光电传感器还有两种颜色的指示灯，当红色LED灯亮时，代表灵敏度已调节到最大；但是为了优化性能，在正常使用时，应保持绿色LED灯亮。,11.1.3 亮动控制暗动控制,光电传感器按照输出操作
9、方式的不同，可分为暗动控制和亮动控制。暗动当光线被被检测物遮住的时候，输出动作（常开点闭合，常闭点打开）；亮动当光线没有被被检测物遮住的时候，输出动作（常开点闭合，常闭点打开），如图1111所示。有些光电传感器的操作方式可以选择，即可以使用微动开关选择亮动或暗动。暗动常用于安全防护等一些应用场合，如当有人进入危险区域，遮住了光线时，光电开关输出触发某种保护动作。亮动常用于监控报警，如当某些重要物品被拿走时，原来被遮住的光线，进入接收头，光电开关输出使报警器报警。,被检物,发射头,发射头,接收头,接收头,输出动作,输出动作,a)暗动,b)亮动,图11-11 暗动/亮动,图11-12 光电开关在造
10、纸 生产线 上的应用,光电开关1,光电开关2,光电开关3,纸,11.1.4光电传感器的应用 1光电传感器用于检测造纸机前后机台的同步,造纸生产线机台很长，通常由多台电机拖动。为解决由不同电机拖动的前后机台间的线速度不完全相同的问题，往往需要在机台中间保持一段悬垂状态的纸，引入缓冲。悬垂纸位置过高，有可能将纸扯断；过低，有可能使纸拖地引起缠绕。所以必须对纸的悬垂高度进行检测和控制，使悬垂状态的纸保持在上/下限位之间。,图11-13 光电开关在产品检测中的应用,2. 光电传感器在产品监控中的应用,光电传感器监控传送带上的产品是否及时取走，以免造成堆积。三个暗动光电开关控制报警灯和传送带的启停。当产
11、品已经堆积到传送带上光电开关3的位置时，光电开关3动作，控制报警灯常亮，提醒操作人员及时从传送带上卸下产品；当产品堆积到光电开关2位置时，光电开关2动作，控制报警灯闪烁。当产品已经堆积到光电开关1位置时，传送带应立即停止。,图11-14 咖啡装罐生产线,3. 光电开关检测咖啡充填生产线 光电开关1是对射式光电传感器，用来产品计数。光电开关2是反射式光电开关，安装在生产线上部，检测咖啡的反射光线强度。当咖啡未装满时，光电开关控制输出报警并采取相应措施，如图11-14所示。,光电开关1,光电开关2,图11-15 光幕开关安全保护,4. 利用光幕开关实现危险区域的安全防护 如图11-15所示，用一对
12、光幕开关和三面反射镜将危险区域划分出来，当有人进入禁区时，光幕开关控制报警电路报警或紧急关闭机器，以免发生人身事故。,11.1.5光电传感器的附件,1. 镜头、滤镜和遮光镜 可以优化光电传感器的性能，辅助进行微小物体的检测，防止因错误的反射而导致误动作等，如图11-16所示。 2. 反射板 反射板能把发射头发出的光线反射回来，供接收头接收。能使用在高温场合，抗化学腐蚀，而且形状和尺寸灵活，如图11-17所示。,图11-17反射板,图11-16镜头、滤镜和遮光镜,11.2超声波传感器及其应用,振动在弹性介质内的传播称为波动，简称波。频率在162104 Hz之间，能为人耳所闻的机械波，称为声波；低
13、于16 Hz的机械波，称为次声波；高于2104 Hz的机械波,称为超声波。 超声波传感器借助把超声波发射出去，然后再把超声波接收回来，变换成电信号，检测物体的存在。超声波传感器能够输出模拟量信号，也能输出开关量信号。超声波传感器的典型工作频率为200kHz左右，检测距离为1m左右。通常发射部分和接收部分均称为超声换能器或超声探头。,直射式 反射式 漫反射式,图11-18 超声波传感器,超声波传感器的基本工作方式有两种，分别是直射式、漫反射式和反射式，外形如图111 8所示。,直射式超声波传感器,直射式超声波传感器发射头与接收头相对安装，当被检物挡住声波时，接收头根据检测到声波强度的变化，控制输
14、出跟随变化，如图1119所示。直射式超声波传感器的输出环节大部分是直流晶体管型（PNP或NPN型），输出模式可以是常开型也可以是常闭型。根据现场干扰声波的大小，可以用调节螺丝调节超声波传感器的敏感度。,漫反射式超声波传感器,漫反射式超声波传感器的发射头和接收头安装于同一侧，发射头发射超声波，接收头通过检测反射声波来检测物体，在此情况下，被检测的物体充当反射器。一旦物体进入预设的工作距离，来自此物体的反射波可引起接近开关的输出信号发生改变。有些传感器上有一个发光二极管，亮度会随着反射声波的加强而逐渐增大。其输出环节可以是数字量也可以是模拟量。模拟量输出的电压或电流大小与被测物体的距离成正比，而且
15、具有可调节的背景噪声抑制功能。,反射式超声波传感器,反射式超声波传感器的发射头和接收头安装于同一侧，发射头发射超声波，接收头通过检测反射板反射回来的声波来检测物体。如果发射头和反射板间的超声波通路被阻断，则接收头就检测不到反射波，因而在输出处触发一次开关变化。,接收头,发射头,接收头,接收头,被检物,发射波,反射波,反射波,发射波,反射板,直射式,漫反射式,反射式,发射头,发射头,图11-19超声波传感器工作原理,超声波的应用,超声波传感器可以用来检测液面高度、也可以检测任何能反射声波的金属和非金属物体。但是一些柔软的物体反射声波很困难，例如泡沫、羽毛、橡胶等物质就不宜用超声波检测。类似物质的
16、检测可以用光电传感器或接近传感器来检测。超声波传感器在检测透明物体上也优于光电传感器，所以在食品、饮料、透明塑料、玻璃行业中得到了广泛的应用。,图11-20 检测板垛高度,图11-21 检测卷径,图11-23 检测距离,图11-22 检测液位高度,图11-24 检测刀架,11.3接近传感器及其应用,接近传感器的检测范围广、可靠性高、体积小，适用于高振动、高噪声和反应快速的场合，这些显著的优点，使得在很多工业领域接近开关替代了机械式行程开关。,11.3接近传感器及其应用,常用的接近开关如图1125所示。常见的接近传感器的形式有电感式、电涡流式、电容式、霍尔式、干簧式、电磁感应式等。电感式和电涡流式只能感应金属体；电容式适合检测非金属体；霍尔式和干簧式可感应磁性体。,图11-25 接近开关,接近传感器的主要应用范围,定位控制：在定位控制中应用最广的是电感式接近开关。检测距离达5 mm，精度达
