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接近开关检测距离

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接近开关检测距离_第1页
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接近开关检测距离光电传感器的检测模式分为如下几类:对射式、 反射板式、偏振反射板式、直反式、宽光束式、聚焦 式、定区域式和可调区域式其中,直反式、宽光束 式,聚焦式、定区域式和可调区域式有时又归类于“光电接近检测模式”(注意:不要与电容式或电感 式接近开关混淆)对于光纤传感器,如使用对射光 纤,则为对射式检测模式;如使用直反式光纤,则为 接近式检测模式超声波传感器分对射式和接近式两 种检测模式对射式射式检测方式的发射器和接收器相互对射安 装,发射器的光直接对准接收器当被测物挡住光束 时,传感器输出产生变化以指示被测物被检测到对射式是最早使用的一种光电检测模式在 调制光出现之前,发射器和接收器的对准是一个很大 的难题今天,对于使用高能调制光的光电传感器, 将发射器和接收器对准已非常容易光路对准-对射式光路对准可使最大数量的发射光到达接收 器,发射光要位于接收区域的中央位置当发射器为可见光时,为使光路对准方便, 在接收器镜头的正前方放一浅色的标定物,通过观察 照在标定物上的光斑来调整发射器位置将标定物移 开,观察传感器上的过量增益指示灯,细调发射器和 接收器的位置以达到最佳的对准位置检测距离-对射式检测距离是传感器一个很重要的参数。

对于 对射式传感器,此参数是指传感器的发射器与接收器 之间的最大距离有效光束是指发射的所有光束中起 作用的那部分,为可靠检测物体,此部分光必须要被 全部遮挡对射式检测模式的有效光束,我们可以将 其比喻为连接发射器镜头(或超声波变送器)与接收器镜头(或 变送器)的一个杆,如果发射器和接收器的镜头大小 不一样,则此杆会变成锥形有效光束与发射器发射 的光束或接收器的可接收区域是不一样的对于对射式光电传感器,在检测小的部件或 进行精确定位时,其有效光束可能会太大以致不能进 行可靠检测在这种情况下,可以给传感器加装光缝 来减小有效光束的尺寸注意:在选择光缝材料 时,要注意有些非金属材料可能会被高能的调制光穿 透)安装光缝会减小通过镜头的光的能量(光缝 越小,通过的光就越少)例如:直径 20mm勺镜头 安装上带一 5mnfL的光缝后,则通过此孔的光的能量 仅为原来的(1/4)2或1/16th ,如果发射器和接收器 都安装了光缝,则光的能量会损失双倍矩形光缝与同尺寸的圆孔形光缝相比,其镜 头接收光的区域较大因此,如果被测物通过光束的 方向是一定的,则优先选用矩形光缝(如边沿检 测)如果小的被测物通过光束的方向不是固定的, 则优先选用圆形光缝。

如果被测物在通过时总是非常靠近发射器或 接收器,则仅需安装一个光缝即可其有效光束尺寸 在有光缝的一端为光缝上孔的尺寸,在未安装光缝的 一端为镜头的尺寸,成为锥形在使用对射式传感器检测小物体时,在使用 对射式传感器检测小物体时,一方面要保证有效光束 的尺寸必须小于被测物的最小尺寸,同时要使镜头保 留尽可能大的可视区域,以保证足够的检测距离一 种简便的方法就是使用光纤,这种光纤检测头的出光 孔有多种形状和尺寸,以适用于不同的被测物有些高能的经过调制的对射式传感器,在近 距离使用时,有时会在被测物周围产生光能激增现象,致使传感器产生误动作这也是为什么要求被测 物尺寸一定要大于有效光束尺寸的原因之一对于对射式的超声波传感器,通过使用声波 引导器件可以确定其波形图此器件安装在接收器的 变送器(有时也安装在发射器上),安装此器件后, 接收器对从侧面过来的声波反应就会很弱,因而可以 比较可靠的检测小的物体反射板式反射板式的检测模式中,一个传感器本身既 有发射器又有接收器发射器发射光照到反射板上, 反射光再返回接收器上当物体挡住光束时,被测物 就被检测到了反射板式传感器的检测距离为从传感器到反 射板的距离。

其有效光束通常为锥形,从镜头边沿到 反射板边沿特殊情况下与此不同,如:当传感器离 反射板太近时,光束不能全部覆盖整个反射板;或者 发射光为激光光束时在这些情况下,有效光束的尺 寸扩展不到反射板的整个面积反射板通常是由多个几何棱镜组成的矩阵, 每个棱镜有三个互相垂直的平面和一个斜面光束从 斜面射入,经其他三个面反射后从这个斜面上平行的 返回这样反射板就将入射光反回到了接收器多数棱镜式反射板由透明丙烯酸塑料压铸而 成,具有多种尺寸和外形棱镜或反射板经常作为汽 车安全反射板用,当汽车前灯照在反射板上时,反射 板会反射回很强的光使司机能及时观察到高速公路上的警示标志可以用反射带来制 作,反射带表面涂有一层薄的带几何棱镜的反光材料 或玻璃细沙光滑的玻璃表面也可把光反射回去, 但是涂玻璃细沙的表面其反光率低于带几何棱镜的表 面)非常光亮的表面也可以做反射板用,但入射 光会以等同的角度朝相反方向反射回去为了使传感 器能接收到反射光,发射光必须垂直于镜面但对于 反射板来说,它能将入射光以偏离垂直线最大 20 的角度反射回来,这样就使对准非常容易好的反射板的反光率是一张白纸的 3,000 倍,所以反射板式传感器很容易接收到从反射板反射 回来的光。

但是对于反光率很强的被测物,当挡住光 束时,也能将很强的光反射回传感器而使其误认为被 测物并未出现对这种问题,我们也有相应的解决办 法如果一个表面很平很亮的物体总是沿固定的 方向经过检测区域,那么我们可以将传感器和反射板 倾斜安装,以使被测物表面反射回来的光回不到传感 器,倾斜角度通常为10~15°但是如果光亮被测物表面是圆形或被测物是 以不确定的角度进入检测区域,则问题就会比较复 杂此时我们可以将传感器和反射板水平及垂直方向 均旋转一定角度,这样通常情况下可以解决问题如 问题仍不能解决,则考虑使用偏振反射板式或对射式 检测模式偏振偏振镜头与可见光的反射板式传感器配合使 用,能很好解决光亮物体的检测问题两个偏振镜头 分别安装在发射器和接收器镜头的前面,偏振方向互 相垂直发射光经发射器垂直偏振镜头偏振后,变成 垂直振动的光波,此光波经反射板反射(去偏振) 后,变为水平方向振动的光波,这种光波可通过接收 器的水平偏振镜头被接收器接收偏振镜头虽然解决了传感器检测光亮物体时 的误动作问题,但同时也大大减弱了有效光束的能 量,这一点对于检测环境灰尘较大或需要较长检测距离的应用场合尤为重要偏振反射板式传感器仅能与 带几何棱镜的反射板配合使用。

光路对准-反射板式近年来,随着LED技术的不断提高,使用可 见光光源的发射器逐步增多当使用可见光光源时, 反射板式传感器的对准就很容易了当我们在反射板 上看到可见光时,光路基本就对准了接近检测模式近检测模式的光电和超声波传感器是通过检 测从被测物反射回来的能量来判断是否有被测物例 如,当超声波传感器接收到被测物反射回来的声波 时,被测物就被检测到了这种传感器的发射器和接 收器是组装在一起的,且在传感器的同一侧在这种 检测模式中,当被测物出现时,它把一定数量的光反 射回传感器而不象对射式检测模式中是把光挡住光 电的接近检测模式又分为以下几种检测方式:直反 式、宽光束式、聚焦式、定区域式和可调区域式直反式光电传感器中,直反式传感器是一种常用的 检测模式在这种方式中,发射器发出的光以多种角 度照到被测物表面上,被测物表面同样以多种角度对 入射光进行反射,其中只有很小的一部分被反射回接 收器直反式检测模式对光能的利用率相对较低, 因为其接收器只能接收到很小一部分的反射光同其 他接近检测模式一样,直反式也受被测物表面反光率 的影响对于具有亮白表面的被测物,传感器的检测 距离就要比暗黑表面的物体要远。

多数直反式传感器都加装镜头来校准发射 光,使其更加集中,以便获得更多的反射光虽然加 装镜头可以扩展检测距离,但在检测非常光亮的表面 时比较困难,此时传感器的安装角度就变得非常重 要因为非常光亮的表面就象镜面一样,安装角 度稍微一偏,多数的反射光就都反射走了,只有很小 的一部分反射回接收器如果被测物表面平行于传感 器的检测头,则多数的直反式传感器能接收到反射回 来的光但是如果被测物是圆形表面(如金属桶)或 被检测的金属薄片/薄膜经常发生颤动,则检测起来 就会很不可靠宽光束直反式了避免检测光亮物体时光的损失对检测性能 的影响,尤其是近距离检测时,可以使用宽光束直反 式传感器,没有聚光镜头,检测距离就会缩短,但同 时也不必严格要求传感器镜头必须与光亮的被测平面 平行这是其优点所在对于任何接近检测模式的传感器,其检测距 离受被测物大小及外形的影响尺寸大的被测物反射 回来的光的能量要比小的被测物多在2.5mm检测距离之内,宽光束直反式传感 器的检测性能要比一般直反式的要好因此如果传感 器镜头能够贴近被测物检测,则宽光束直反式传感器 能可靠检测细沙或电线这样的小物体聚焦式外一种可以检测小物体的检测模式为聚焦 式。

多数聚焦式传感器是给发射器加装一个镜头,使 发射光聚焦在镜头前面的某一点,同时接收器镜头的 焦点也在此处这样就在固定距离处形成了一个小的 能量集中的检测区域聚焦式传感器对反射光的利用率很高,它能 可靠检测一般直反式或宽光束直反式传感器所不能检 测到的小物体和反光率非常低的物体检测距离一聚焦式聚焦式传感器的检测距离是固定的,就是其 焦距这就要求传感器距离被测物非常近聚焦式传感器在焦点附近能可靠检测被测 物,这一以焦点为中心的区域称为景深景深的大小 取决于传感器的设计和被测物的反光率精密聚焦式 传感器的景深是很小的,所以可以用来进行精确定位 或外观的检测有时在检测某些物体时,需要忽略背景中静 止或运动的物体聚焦式传感器的一个特点就是能忽 略景深以外的物体请注意:景深的近点和远点也受 被测物反光率的影响传感器有时检测不到反光率 弱的被测物,但可能会检测到被测物后面反光率较强 的背景色标检测是聚焦式传感器的一个特殊应用, 使用精密聚焦式传感器来检测色标,以对产品进行定 位在色标检测中,传感器光源的颜色非常重要,其中蓝绿色光源被证明具有更宽的使用范围,它甚至可 以检测白纸上20%的黄色激光聚焦式传感器可以产生一个能量集中, 尺寸非常小的光斑,直径约 0.25mm非常适合于检 测小的物体或做为机械手的定位传感器。

由于其光束 能量很强,所以常用来检测反光率很低的其他传感器 不能可靠检测的物体定区域式区域式传感器是一种光电接近式传感器,它 具有很明确的检测范围,能忽略此范围以外的物体而 不受此物体表面反光率的影响定区域式传感器是通过比较落在两个接收器 上的反射光的多少来判断被测物是否出现如果落在 接收器R2上的反射光等于或多于落在R1上的反射 光,则传感器检测到被测物可调区域式就象定区域式一样,可调区域式传感器可以 区分位于不同距离处的物体,在这种情况下,检测距 离是可调的可调区域式传感器的接收器能产生两个 电流I1和I2 ,这两个电流的比值随反射光落在接收 器上位置的不同而会有所变化传感器关断点的位置 与这个比值有直接的关系,此关断点的位置可通过电 位器来调整,即使位于关断点以外的物体具有很强的 反光率,传感器依然会将其忽略光纤式实上,光纤式并不是一种具体的检测模式, 使用不同的光纤可以组成不同的检测模式使用分离 式光纤可以组成对射式的检测模式,使用一体式光纤 可以组成反射板式或接近式检测模式,特殊的光纤可 以定制,下图的光纤是在检测头使用了特殊的结构, 使其形成了聚焦式检测镜头超声波接近模式交流电压供电后,超声波发生器产生震动。

这种震动交替压缩和撞击空气分子使其不断地向外传 送超声波,同时超声波发生器也能接收超声波的回 波超声波传感器根据其发生器的不同分为:静 电式和压电式。

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