02-15-光电传感技术工程应用举例.pptVIP

2.14 典型应用举例 模拟量 数字量 2.14.1 光电式传感器的模拟量检测光电－比色温度计 光电比色温度计是根据热辐射定律，使用光电池进行非接触测温的一个典型例子。根据有关的辐射定律，物体在两个特定波长λ1、λ2上的Iλ1、Iλ2之比与该物体的温度成指数关系： 图2.91 光电比色温度计工作原理 2.14.2 光电式传感器的数字量检测 光电开关和光电断续器是光电式传感器的数字量检测的常用器件，用来检测物体的靠近、通过等状态的光电传感器。随着生产自动化、机电一体化的发展，光电开关及光电断续器已发展成系列产品，其品种及产量日益增加，我们可根据生产需要，选用适当规格的产品，而不必自行设计光路及电路。 原理上，光电开关及光电断续器没有太大的差别，都是由红外发射元件与光敏接收元件组成，只是光电断续器是整体结构，其检测距离只有几毫米至几十毫米，而光电开关的检测距离可达数十米。 1.光电开关－图2.92 类型及应用 两类：遮断型和反射型。图（a）中，发射器和接收器相对安放，轴线严格对准。物体从两者中间通过时，红外光束被遮断，接收器接收不到红外线而产生一个电脉冲信号。反射型分为两种情况：反射镜反射型及被测物体反射型（简称散射型），图b、c。反射镜反射型传感器单侧安装，需要调整反射镜的角度以取得最佳的反射效果，它的检测距离不如遮断型。散射型安装方便，可以根据被检测物上的黑白标记来检测，但散射型的检测距离较小，只有几百毫米。 光电开关中的红外光发射器一般采用功率较大的红外发光二极管（红外LED）。而接收器可采用光敏三极管、光敏达林顿三极管或光电池。为了防止日光灯的干扰，可在光敏元件表面加红外滤光透镜。其次，LED可用高频（40kHz左右）脉冲电流驱动，从而发射调制光脉冲，相应地，接收光电元件的输出信号经选频交流放大器及解调器处理，可以有效地防止太阳光的干扰。 光电开关可用于生产流水线上统计产量、检测装配件到位与否以及装配质量（如瓶盖是否压上、标签是否漏贴等），并且可以根据被测物的特定标记给出自动控制信号。应用于自动包装机、自动灌装机、装配流水线等自动化机械装置中。 2.光电断续器-图2.93 结构特点：光电发射、接收器做在体积很小的同一塑料壳体中，两者能可靠地对准。分为遮断式和反射式两种。 遮断式的结构参数（槽宽、槽深）、光敏元件各不相同。 反射型检测距离较小，用于安装空间较小的场合。光电断续器的发光二极管可以直接用直流电驱动，红外LED的正向压降约为1.2V～1.5V，驱动电流控制在几十毫安。 特点：价格便宜、结构简单、性能可靠。 应用：自动控制系统、生产流水线、机电一体化设备、办公设备和家用电器中。 图2.94光电断续器的应用实例 复印机，检测复印纸的有无； 流水线，检测细小物体的暗色标记，做为检测物体是否靠近的接近开关、行程开关等。 3.光电式转速表 机械式转速表和接触式电子转速表精度不高，且影响被测物的运转状态，不能满足自动化的要求。 光电式转速表：反射式和透射式。 图2.95　光电式转速表工作原理 在距被测物数十毫米处非接触地测量其转速。 动态特性较好－＞高转速的测量。 非接触性测量－＞不影响被测物的转动。 光电比色温度计工作原理 测温对象发出的辐射光经物镜2投射到半透半反镜3上，它将光线分为两路：第一路光线经反射镜4、目镜5到达使用者的眼睛，以便瞄准测温对象；第二路光线穿过半透半反镜成像于光阑7，通过光导棒8混合均匀后投射到分光镜9上，分光镜的功能是使红外光通过，可见光反射。红外光透过分光镜到达滤光片10，滤光片的功能是进一步起滤光作用。它只让红外光中的某一特定波长λ1的光线通过，最后被硅光电池11所接收，转换为与Iλ1成正比的光电流I1。滤光片12的作用是只让可见光中的某一特定波长λ2的光线通过，最后被硅光电池13所接收。转换为与Iλ2成正比的光电流I2。I1、I2分别经过电流/电压转换器14、15转换为电压U1、U2，再经过运算电路算出U1/U2值。由于U1/U2值可以代表Iλ1、λ2，故采用一定的办法可以进一步根据式（2.34）计算出被测物的温度T，由显示器17显示出来。 光电式转速表工作原理 光源1发出的光线经透镜2会聚成平行光束照射到旋转物上，光线经事先粘贴在旋转物体上的反光纸4反射回来，经透镜5聚焦后落在光敏二极管6上，它产生与转速对应的电脉冲信号，经放大整形电路8得到TTL电平的脉冲信号，经频率计电路9处理后由显示器10显示出每分钟或每秒钟的转数即转速。反光纸在圆周上可等分地贴多个，从而减少误差和提高精度。这里由于测量的是数字量，所以可不用参比信号。事实上，图2.95中的光源、透镜、光敏二极管和遮光罩就组成了一个光电开关。 * * K1、K2是与λ1、λ2及物体的黑度有关的常数。 测出Iλ1与Iλ2之比，就可算