行业常用传感器类型及工作原理

1、 一.传感器的定义国际电工委员会IEC的定义为：“传感器是测量系统中的一种前置部件，它将输入变量转换成可供测量的信号”。 信号处理A / D转换信号输入信号输出传感器工作流程热（温度）光（光量）磁(磁场） 电信号（电流或其它） 人类五官与传感器视觉触觉听觉味觉光电传感器超音波传感器PH传感器温度传感器接近传感器湿度传感器压力传感器嗅觉气体传感器1、IP（INTERNATIONAL PROTECTION）防护等级系统是由IEC （INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION）所起草。 2、 IP指保护指数，是根据IEC529和NFC20-010标准所规定的

2、电子材料包装外壳的保护程度.用IP表示防尘、防水。 二.IP 防护等级系统说明IP 防护等级系统说明IP 防护等级系统说明IP 防护等级系统说明IP 防护等级系统说明保护构造保护构造（防油的保护等级防油的保护等级） JEMJEM（日本电机工业会日本电机工业会）规格规格 IP-IP-后标有后标有 或者或者 : :防油防油（不因有油而受到有害影响不因有油而受到有害影响） : :耐油耐油（油不会侵入其内部油不会侵入其内部）三. 光电传感器光电传感器光的性质光的性质 折射折射空气空气玻璃玻璃光的折射光的折射平行光平行光点光源点光源焦点焦点（F F）平行光平行光通过透镜聚集光线或制造平行光通过透镜聚集光

3、线或制造平行光焦点焦点（F F）光在同一物质中通过时是直线传播的。让光弯曲光在同一物质中通过时是直线传播的。让光弯曲的方法的方法折射或反射折射或反射 光的性质光的性质 反射反射研磨金属研磨金属空气空气入射角入射角空气空气玻璃玻璃空气空气玻璃玻璃入射角入射角全反射全反射镜子的原理镜子的原理折射折射光纤的光纤的Bending Loss原理原理全反射全反射光纤导波的原理光纤导波的原理光被反射率高的物质所反射光被反射率高的物质所反射即便是透明体入射角大的话也能反射即便是透明体入射角大的话也能反射玻璃或透明塑料玻璃或透明塑料光在光纤中呈不断地全反射状传播光在光纤中呈不断地全反射状传播光的性质光的性质 光

4、纤应用光纤应用光纤光纤（nmnm）400780100200300UV-A紫外线紫外线（Ultra VioletUltra Violet）UV-BUV-C紫紫 蓝蓝 青青 绿绿 橙橙 黄黄 红红可见光可见光（Visible LightVisible Light） 红外线红外线（Infra-RedInfra-Red）人的眼睛只能看到可见光人的眼睛只能看到可见光远红外线远红外线（30003000nmnm以上以上）传播热传播热紫外线对人的眼睛和皮肤有害紫外线对人的眼睛和皮肤有害光的性质光的性质 波长和色彩波长和色彩光是横波有其波长光是横波有其波长（）光的颜色随不同波长变化光的颜色随不同波长变化光的性质

5、光的性质 偏光偏光（难理解难理解）由于光是横波，所以通过偏光板由于光是横波，所以通过偏光板（偏光元件偏光元件）可以进行偏光可以进行偏光利用偏光性能，可在回归反射型内附带利用偏光性能，可在回归反射型内附带MSRMSR机能机能（后述后述），在对射型内附带防相互干扰机，在对射型内附带防相互干扰机能能（后述后述）光光偏光元件偏光元件检光元件检光元件例：欧姆龙光电传感器的型号标准例：欧姆龙光电传感器的型号标准 E3/F3= E3/F3=表示光电传感器表示光电传感器 到到E3E3- -为止的为止的3 34 4个字母称为型名个字母称为型名 E3S-AE3S-A、E3S-BE3S-B、E3S-CE3S-C、E

6、3G-LE3G-L是例外的型名是例外的型名） - - 之后的部分称为号名之后的部分称为号名T T = =对射型对射型R R或或RS =RS =回归反射型回归反射型D D或或DS DS = =扩散反射型扩散反射型LSLS = =距离射定型距离射定型G G或或GS GS = =凹槽型凹槽型 四四. .各类光电传感器介绍各类光电传感器介绍对射型光电传感器对射型光电传感器检测距离较长检测距离较长。 发射器发射器/ /接受器两者都需要接受器两者都需要光电传感器始于对射光电传感器始于对射型。型。发射元件从灯泡开始发射元件从灯泡开始发展到发展到LEDLED，接受元接受元件从光电阻元件发展件从光电阻元件发展到

7、到PDPD。被测物体被测物体被测物体被测物体 回归反射型光电传感器回归反射型光电传感器检测距离小于对射型检测距离小于对射型。只需在一处配线，反射板在只需在一处配线，反射板在光的入射方向上形成反射光光的入射方向上形成反射光光轴对合方便光轴对合方便。被测物体被测物体沿袭了对射型的特点沿袭了对射型的特点（稳定性稳定性），配线，配线 光轴光轴调整更方便调整更方便。发明发明MSRMSR（后述后述）功能后功能后位置精度急增，但比起位置精度急增，但比起对射型还是稍逊一筹对射型还是稍逊一筹。被测物体被测物体 扩散反射型光电传感器扩散反射型光电传感器检测距离短检测距离短。只需在一处配线，无需只需在一处配线，无需

8、反射板反射板。有发射有发射/ /接受二个透镜，接受二个透镜，投投/接受器接受器检测距离检测距离被测物体被测物体虽然安装方式最为简单，虽然安装方式最为简单，但检测距离短，位置精度但检测距离短，位置精度也不高。也不高。根据用途备有将光线扩根据用途备有将光线扩伸的机种伸的机种。将光线绞合将光线绞合为细光束的话，适合用为细光束的话，适合用于检测小物体，扩伸的于检测小物体，扩伸的光线检测时不易受背景光线检测时不易受背景物的影响物的影响。（。（参照参照E3ZE3Z）限定反射型光电传感器限定反射型光电传感器投投/ /接受器接受器检测距离限定范围检测距离限定范围（+/-+/-）。）。与扩散反射型一样，只需在与

9、扩散反射型一样，只需在一处配线，无需反射板一处配线，无需反射板。被测物体被测物体呈正反射的光学结构，受呈正反射的光学结构，受到被测物体颜色的影响小，到被测物体颜色的影响小，检测距离限定于某个范围，检测距离限定于某个范围，不易受到背景物的影响不易受到背景物的影响。适合检测段差和传送带上适合检测段差和传送带上流过的薄型物体。流过的薄型物体。（代表例代表例 =E3S-LS3N=E3S-LS3N基板传感器基板传感器）比后述的距离射定型比后述的距离射定型（有有优秀的背景切除机能优秀的背景切除机能）价价 格便宜格便宜。背景物背景物检测距离检测距离发射轴接受轴 (正反射光) 色标传感器（应用）色标传感器（应

10、用）投投/接受器接受器被测物体被测物体检测距离检测距离标识检测专用标识检测专用。与扩散反射型一样，只需在与扩散反射型一样，只需在一处配线，无需反射板一处配线，无需反射板。细光束、呈垂直发射细光束、呈垂直发射 倾斜倾斜接受的扩散反射光学结构，接受的扩散反射光学结构，以微小光点检测色标以微小光点检测色标。在白在白底黑标识这样对比度高的情底黑标识这样对比度高的情况下，可使用红色况下，可使用红色LEDLED。检测彩色标识可使用绿色检测彩色标识可使用绿色或蓝色或蓝色LEDLED。代表商品有代表商品有E3S-VSE3S-VS、E3CE3C-VS-VS、以及采用抗干扰强的、以及采用抗干扰强的同轴光学原理同轴

11、光学原理（投接受采用投接受采用相同的透镜相同的透镜）的的E3M-VGE3M-VG。发射轴接受轴 (扩散反射光) 距离设定型光电传感器距离设定型光电传感器测距型测距型、也叫也叫BGSBGS。以细光束发射，让被测物体上以细光束发射，让被测物体上的光点的像能在的光点的像能在PSDPSD上成像，上成像，根据光点位置演算传感器表面根据光点位置演算传感器表面到物体的距离。检测距离可由到物体的距离。检测距离可由旋钮设定，也能去除背景的影旋钮设定，也能去除背景的影响。响。PSDPSDPosition Sensing DevicePosition Sensing DeviceBGSBGSBack-Ground

12、Suppre-Back-Ground Suppre- ssion ssion（背景切除背景切除）不易受被测物体颜色的影响，不易受被测物体颜色的影响，使用方便使用方便。投投/接受器接受器被测物体被测物体检测距离检测距离（MAXMAX）LD或或LEDPSD等等设定范围设定范围检测距离有一定范围检测距离有一定范围，PSDPSD倾斜，以便使物体上倾斜，以便使物体上的光点像能够清晰地成的光点像能够清晰地成像像。 五五.光电传感器参数介绍光电传感器参数介绍 指向角指向角指对于对射型指对于对射型 回归反射回归反射型光电传感器，由于光型光电传感器，由于光束的扩散而可能发生动作束的扩散而可能发生动作的角度范围。

13、的角度范围。为使发射器光轴调整更方便，发射不是平行为使发射器光轴调整更方便，发射不是平行的，而是呈扩散状发射的，而是呈扩散状发射。接受器接受器指向角指向角发射器发射器应差的距离应差的距离指对于扩散反射型，为了不发生振荡指对于扩散反射型，为了不发生振荡（ （Chattering） ）必须明确隔开动作距离和复归距离。必须明确隔开动作距离和复归距离。ONOFF动作距离复归距离应差的距离应差的距离如没有应差如没有应差（HysteresisHysteresis）的话，接近动作距离时的话，接近动作距离时就会发生反复就会发生反复ON/OFFON/OFF的的ChatteringChattering现象现象。不

14、感应带不感应带不感应区域不感应区域发射发射接受接受由于反射型传感器的发射由于反射型传感器的发射/接受透镜一般都不同，接受透镜一般都不同，便会引起在近距离的某个范围，反射光无法进便会引起在近距离的某个范围，反射光无法进入接受透镜的情况。这个范围称为不感应带。入接受透镜的情况。这个范围称为不感应带。MSRMSR功能功能( (不太理解）不太理解）MSR=Mirror Surface Rejection回归反射型如果没有回归反射型如果没有MSRMSR功功能的话，可能会发生无法检能的话，可能会发生无法检测光泽表面的物体的情况。测光泽表面的物体的情况。反射板的反射板的corner cubecorner c

15、ube通过光通过光的三次反射返回同方向的光。的三次反射返回同方向的光。这时将偏光方向变化这时将偏光方向变化9090来来放置偏光元件放置偏光元件/ /检光元件的话检光元件的话则反射板反射的光能通过，则反射板反射的光能通过，光泽物体的反射光被遮光，光泽物体的反射光被遮光，从而避免了误动作从而避免了误动作。投投/接受器接受器反射板反射板光泽表面物体光泽表面物体偏光元件偏光元件（PolarizerPolarizer）检光元件检光元件（AnalizerAnalizer）光光Corner cubeCorner cube（反射板反射板）对射型平行移动特性对射型平行移动特性发射器发射器/ /接受器距离接受器距

16、离光轴偏差的允许值光轴偏差的允许值E3Z-TE3Z-T1 1（T T6 6）同左同左狭缝狭缝E3Z-TE3Z-TA A狭缝狭缝2x102x10狭缝狭缝2230m30m30m30m2m2mX XY YX XX XX XY YY YY Y5m5m动作领域动作领域动作领域动作领域特性数据是代表性数值特性数据是代表性数值（Typical ValueTypical Value）。）。发射器发射器接受器接受器 回归反射型平行移动特性回归反射型平行移动特性 发射器发射器/ /反射板距离反射板距离光轴偏差的允许值光轴偏差的允许值E3Z-RE3Z-R1 1（R R6 6）反射板反射板（1 1）E3Z-RE3Z-

17、R1 1（R R6 6）反射板反射板（2 2）E39-R2E39-R2E39-R9E39-R98m8mY YX XY YE39-RS3E39-RS3E39-RS1E39-RS12m2mCorner CubeCorner Cube型反射板型反射板SheetSheet型反射板型反射板X XY Y投投/ /接受器接受器反射板反射板 扩散反射型动作领域特性扩散反射型动作领域特性 传感器传感器/ /检测物体距离检测物体距离物体顶端距离物体顶端距离XYSUS白纸白纸黑纸黑纸XY投投/接受器接受器检测物体检测物体动作领域动作领域 遮光遮光/ /入光动作入光动作接受器入光时的动作接受器入光时的动作Light-

18、ONLight-ON接受器遮光时的动作接受器遮光时的动作Dark-ONDark-ON 选择上述何种方式因客户需要而定选择上述何种方式因客户需要而定。有有L-ON/D-ONL-ON/D-ON的不同机种，也有可的不同机种，也有可通过开关切换的机种通过开关切换的机种。ON=Light-ON光光输出输出ON=Dark-ON光光输出输出使用周围照度使用周围照度指接受器的表面照度指接受器的表面照度（LuxLux）的允许值的允许值( ( 即传感器不即传感器不 会发生误动作的照度会发生误动作的照度 ) )。盛夏太阳的直射照度在盛夏太阳的直射照度在100,000Lux100,000Lux左右左右 , , 办公室

19、内办公室内在在1000Lux1000Lux以下以下。没有格外注意的必要没有格外注意的必要。（。（但不能在户外使用但不能在户外使用）标准检测物体标准检测物体/ /最小检测物体最小检测物体/ /装载狭缝时的最小检测物体装载狭缝时的最小检测物体标准检测物体标准检测物体在光学原理中用尺寸相当的棒的直在光学原理中用尺寸相当的棒的直 径表示该传感器适合检测物体的大径表示该传感器适合检测物体的大 小程度小程度最小检测物体最小检测物体代表例即检测的标准，要检测小代表例即检测的标准，要检测小物体时需要进行实验来确认物体时需要进行实验来确认装载狭缝时的装载狭缝时的记载于狭缝记载于狭缝（另售配件另售配件）的额定值的

20、额定值 最小检测物体一览表内最小检测物体一览表内 , , 有必要通有必要通 过实验确认过实验确认自我诊断自我诊断/ /外部诊断功能外部诊断功能 是用来确认光电传感器是否正常运作的功能。是用来确认光电传感器是否正常运作的功能。 自我诊断自我诊断通过光量的稳定度判断通过光量的稳定度判断。与一般光电传感器都带有的绿色与一般光电传感器都带有的绿色稳定指示灯连动，稳定指示灯熄稳定指示灯连动，稳定指示灯熄 灭则输出灭则输出ONON，表示不稳定。表示不稳定。 外部诊断外部诊断从外部从外部（PLCPLC等等）输入，传感器停输入，传感器停 止发射，传感器通过检查受否处于止发射，传感器通过检查受否处于 D-OND

21、-ON的状态，的状态， 判断自身是否正常判断自身是否正常 动作并返回信号。动作并返回信号。E3ZE3Z稳定指示灯稳定指示灯（绿绿）动作指示灯动作指示灯（橙橙） NPNNPN输出输出/ /PNPPNP输出输出+V0VRL控制输出控制输出电流电流+V0VRL控制输出控制输出电流电流collectoremitteremittercollectorPNP输出输出PNP TransistorNPN输出输出 相互干扰相互干扰/干扰干扰相互干扰对策相互干扰对策(1)(1)带防止相互干扰功能的传感器带防止相互干扰功能的传感器(2)(2)防干扰滤波片防干扰滤波片(3)(3)隔开一定距离隔开一定距离(4)(4)发

22、射器发射器/ /接受器交替排列接受器交替排列(5)(5)错开光轴错开光轴干扰对策的一般解决方法干扰对策的一般解决方法(1)(1)common common 传感器和安装金属台间绝缘传感器和安装金属台间绝缘 mode mode干扰干扰 0 0V V和安装金属台间加电容和安装金属台间加电容(2)(2)辐射干扰辐射干扰 将传感器与干扰源隔开将传感器与干扰源隔开(3)(3)电源线干扰电源线干扰 线间加入电容线间加入电容通用放大器内藏型光电开关通用放大器内藏型光电开关E3Z系列系列通用品的主力机种通用品的主力机种/21/21世纪的标准光电世纪的标准光电开关除标准机种外，还有细径开关除标准机种外，还有细径

23、、透明瓶透明瓶、凹槽型凹槽型。 E3Z-L狭小光点限定反射型狭小光点限定反射型Application六六.磁性接近传感器原理磁性接近传感器原理检测对象是会发生涡电流的电导体，检测对象是会发生涡电流的电导体，越接近磁性体越接近磁性体）产生的涡电流越大、产生的涡电流越大、灵敏度越高灵敏度越高。若是绝缘体，不会发若是绝缘体，不会发生涡电流，所以不易被检测生涡电流，所以不易被检测。传感器通过高频发振器而发出高频传感器通过高频发振器而发出高频磁场磁场（当它接近磁性金属表面时，当它接近磁性金属表面时，磁场被破坏磁场被破坏。我们通过振动的有无我们通过振动的有无使控制输出使控制输出ON/OFFON/OFF。高

24、频率高频率发送机发送机Coil检测对象检测对象（金属板金属板）涡电流涡电流线圈引发的线圈引发的高频率磁场高频率磁场涡电流引发的涡电流引发的磁场磁场无被测对象无被测对象有被测对象有被测对象OFFON发震器的动作发震器的动作控制输出控制输出接近传感器的应答频率接近传感器的应答频率应答频率应答频率标准检测物体标准检测物体低速低速高速高速界限界限（非响应非响应）屏蔽屏蔽/ /非屏蔽非屏蔽 屏蔽屏蔽磁束小磁束小检测距离短检测距离短磁束在前方磁束在前方可平面安装可平面安装磁束大磁束大 检测距离长检测距离长侧面有磁束侧面有磁束周围金属的影响周围金属的影响非屏蔽非屏蔽检测物体的大小和材质检测物体的大小和材质检

25、测距离检测距离 X mmX mm检测物体的一边边长检测物体的一边边长d mmd mm铁铁SUSSUS（Stainless SteelStainless Steel）黄铜黄铜（BrassBrass）铜铜检测物体厚度的影响检测物体厚度的影响检测距离检测距离Al检测物体的厚度检测物体的厚度（mmmm）9mm根据表皮效果根据表皮效果（Skin Skin EffectEffect）、）、检测物体越检测物体越薄，产生的涡电流薄，产生的涡电流强，检测距离越长强，检测距离越长。（即便是即便是AlAl也比厚铁也比厚铁片的距离长片的距离长） 接近传感器的型号标准接近传感器的型号标准E2/TLE2/TL 接近传感器

26、接近传感器（TLTL旧型号旧型号：也有主力机种也有主力机种）- -X X带螺丝的圆柱型带螺丝的圆柱型- -C C无螺丝圆柱型无螺丝圆柱型- -F/-WF/-W 扁平型扁平型- -2 2数字是额定检测距离数字是额定检测距离（mmmm） R R为小数点为小数点1 1R5R51.51.5、R5R50.5mm0.5mm- -M M非屏蔽型非屏蔽型- -D D直流直流2 2线式线式- -B B直流直流3 3线式线式PNPPNP集电极开路输出集电极开路输出- -C C直流直流3 3线式线式NPNNPN集电极开路输出集电极开路输出- -E E直流直流3 3线式线式NPNNPN电压输出电压输出- -F F直流

27、直流3 3线式线式PNPPNP电压输出电压输出- -Y Y交流交流2 2线式线式- -T T交流交流/ /直流直流2 2线式线式- - NONO输出输出- - NCNC输出输出- - -M M 接插件连接型接插件连接型（M1M1M12M12、M3M3M8M8）传感器模块部传感器模块部输出模块部输出模块部保护器保护器, ,导线导线导线导线带外壳环绕线圈带外壳环绕线圈双端线圈双端线圈芯核芯核, ,纯铁纯铁検出回路基板検出回路基板PWBPWB连接带连接带输出回路基板输出回路基板夹具夹具, ,底座底座夹具夹具, ,导线导线封装成型封装成型树脂填充树脂填充E2AE2AE2EZ防铝切粉接近防铝切粉接近即使

28、表面堆积有铝或铁的切即使表面堆积有铝或铁的切粉，也不会发生误动作粉，也不会发生误动作E2ES金属接近探头金属接近探头传感器表面也采用传感器表面也采用SUS材料不易损坏材料不易损坏检测物体检测物体造成接近传感器损坏的最大造成接近传感器损坏的最大原因是由于被测物体撞击传原因是由于被测物体撞击传感器的检测面感器的检测面世界上只有欧姆龙等世界上只有欧姆龙等2个公司生产个公司生产E2EY非磁性金属用接近非磁性金属用接近世界上只有欧姆龙生产世界上只有欧姆龙生产检测物体大小和材质的影响检测物体大小和材质的影响AlAl 铜铜 黄铜黄铜SUS鉄鉄 NiNi不检测铁或不检测铁或NiNi这这样的磁性金属，样的磁性金

29、属，而只检测铝或铜而只检测铝或铜等非磁性金属。等非磁性金属。不受周围金属不受周围金属（铁铁）的的影响，可以检测铝罐影响，可以检测铝罐等物体。等物体。 静电电容接近开关的原理静电电容接近开关的原理根据检测物体的有无，电极和大地间的静电电容根据检测物体的有无，电极和大地间的静电电容。会发会发生变化，静电电容的增加引起振动。生变化，静电电容的增加引起振动。振动回路振动回路检测对象检测对象分极分极无无物体物体有有物体物体电极电极C=小小 C=大大振动回路的动作振动回路的动作控制输出控制输出OFFON无物体无物体有物体有物体 静电电容接近开关静电电容接近开关E2K-CE2K-C34mm34mm圆柱型圆柱型有灵敏度调整旋钮有灵敏度调整旋钮E2K-XE2K-X带螺丝的圆柱型带螺丝的圆柱型（M12/M18/M30M12/M18/M30）E2K-FE2K-F扁平型扁平型E2KQ-XE2KQ-