传感器课件光电传感器(下)

第一节光电开关及光电断续器

从原理上讲，光电开关及光电断续器没有太大的差别，都是由红外线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几米至几十米。

2/4/20231一、光电开关的结构和分类

光电开关可分为遮断型和反射型两大类。遮断型光电开关的发射器和接收器相对安放，轴线严格对准。当有物体在两者中间通过时，红外光束被遮断，接收器接收不到红外线而产生一个负脉冲信号。遮断型光电开关的检测距离一般可达十几米，对所有能遮断光线的物体均可检测。

反射型光电开关的发射器和接收器单侧安装，当有物体在光电开关面前通过时，红外光束被反射回来，接收器接收到红外线，而产生一个正脉冲信号。反射型光电开关的检测距离一般不超过1m，对暗色物体无法检测。2/4/20232

光电开关外形2/4/20233某系列光电开关型号说明

2/4/20234遮断型光电开关示意图遮断报警2/4/20235遮断式光电开关原理ObjectReceiver遮断式光电开关由相互分离且相对安装的光发射器和光接受器组成。当被检测物体位于发射器和接受器之间时，光线被阻断，接受器接受不到红外线而产生开关信号。被检测物体光发射器光接收器2/4/20236遮断型光电开关用于人体保护2/4/20237光电开关在流水线上的应用送料器定区域式光电开关咖啡罐流水线运行方向罐装高度检测储料仓落料口遮断式光电开关（计数）2/4/20238光电开关在产品检验中的应用遮断型光电开关用于产品质量控制2/4/20239光幕两个柱形结构相对而立，每隔数十毫米安装一对发光二极管和光敏接收管，形成光幕，当有物体遮挡住光线时，传感器发出报警信号。接收器2/4/202310光幕应用当有物体遮挡住光线时，传感器发出报警信号，起保护、预警等作用。光线被遮断（报警）2/4/202311光幕应用（续）产品高度测量2/4/202312光幕应用（续）

三维尺寸检测宽度测量长度测量高度测量2/4/202313光幕应用（续）木材外形截面积检测2/4/202314光幕应用（续）孔的检测2/4/202315光幕应用（续）纠偏光幕可检测出带材在卷曲过程中的偏移，经控制器和执行机构使带材向正确的方向运动（纠偏）。2/4/202316光幕应用（续）光幕用于

自动收费系统的车辆检测2/4/202317光幕应用（续）锻压机床的安全区域设置及入侵报警2/4/202318光幕应用（续）安全区示警2/4/202319光幕应用（续）手的安全区保护2/4/202320反射型光电开关反射型光电开关分为两种情况：反射镜反射型及被测物漫反射型（简称散射型）。

反射镜反射型光电开关采用较为方便的单侧安装方式，但需要调整反射镜的角度以取得最佳的反射效果。反射镜通常使用三角棱镜，它对安装角度的变化不太敏感，有的还采用偏光镜，它能将光源发出的光转变成偏振光（波动方向严格一致的光）反射回去，提高抗干扰能力。2/4/202321定区域反射式光电开关原理

定区域式光电开关有一个非常确定的检测区域，不经过该区域的被测物体不会引起光电开关产生开关信号。检测距离检测距离2/4/202322反射型光电开关及反射镜外形三角反射镜集发射、接收器于一身2/4/202323反射镜反射型光电开关工作原理反射镜使用偏光三角棱镜，能将发射器发出的光转变成偏振光反射回去，光接收器表面覆盖一层偏光透镜，只能接受反射镜反射回来的偏振光。反射板反射镜被测物体偏振光发射光2/4/202324反射镜反射镜反射型光电开关的应用塑料瓶的反射光不是偏振光，不会引起报警。2/4/202325反射镜反射型光电开关的应用（续）反射镜反射型检测有无物体通过2/4/202326反射镜反射型光电开关的应用（续）摆放错误检测2/4/202327反射镜反射型光电开关的应用（续）遮光检测2/4/202328调制型光电开关原理光电开关的LED多采用中频（40kHz左右）窄脉冲电流驱动，从而发射40kHz调制光脉冲。相应地，接收光电元件的输出信号经40kHz选频交流放大器及专用的解调芯片处理，可以有效地防止太阳光、日光灯的干扰，又可减小发射LED的功耗。

2/4/202329被测物漫反射型光电开关原理漫反射光线反射光线被检测物体光发射器和光接受器发射光线

漫反射型光电开关集光发射器和光接受器于一体。当被测物体经过该光电开关时，发射器发出的光线经被测物体表面反射由接受器接受，于是产生开关信号。额定距离2/4/202330漫反射型光电开关的应用请思考如何将光电开关用于卫生间的自动冲水设备2/4/202331反射型光电开关外形电源指示信号指示2/4/202332反射型光电开关外形（续）灵敏度调节电位器2/4/202333智能化自学习型光电开关

常规反射型光电开关的动作距离是不变的（与型号有关），当检测流水线上的漫反射物体时，必须调节安装距离，十分不方便。自学习型光电开关上设置了一只阈值开关，当流水线上的被检测物体到达光电开关面前时，按下阈值开关数秒，待“学习”指示灯闪亮停止后，内部的微处理器就记住了两者之间的距离，就能在一定的允许范围内，可靠地对之后来到的被检测物体作出反应。当流水线上的被检测品种改变时，只需再次“学习”，而不必调节机械安装螺丝。2/4/202334智能化光电开关的自学习过程示意图阈值开关学习指示灯设定距离安装距离2/4/202335表面反射率对于漫反射式光电开关发出的光线需要被检测物表面将足够的光线反射回接收器，所以检测距离和被检测物体的表面反射率及粗糙程度将决定接收器接收到光线强度，被检测物体的表面还应尽量垂直于光电开关的发射光线。2/4/202336常用材料的反射率（相对于白纸的估计值）2/4/202337光电开关的最大指向角示意图2/4/202338光电开关应用（续）包装分类检测2/4/202339光电开关应用（续）IC引脚检测2/4/202340光电开关应用（续）透明度测量、控制质量检测2/4/202341光电开关应用（续）加工控制2/4/202342光电开关应用（续）机械手定位2/4/202343光电开关应用（续）三角皮带脱落检测暖气片高度差的测量2/4/202344光电开关应用（续）高度和步距检测2/4/202345光电开关应用（续）QFP管脚排列的检测构件厚度的测量2/4/202346光电开关应用（续）机械手定位2/4/202347光电开关应用（续）集成电路方向检测换向器间隙深度测量2/4/202348光电开关应用（续）商标方向检测2/4/202349光电开关应用（续）芯片厚度测量

根据高度差的测量可不受本底起伏的影响2/4/202350光电开关应用（续）产品长度检测2/4/202351光电开关应用（续）产品组装质量检测2/4/202352二、光电断续器

光电断续器可分为遮断型和反射型两种。遮断型光电断续器也称为槽式光电开关，通常是标准的U字型结构。其发射器和接收器做在体积很小的同一塑料壳体中，分别位于U型槽的两边，并形成一光轴，两者能可靠地对准，为安装和使用提供了方便。当被检测物体经过U型槽且阻断光轴时，光电开关就产生表示检测到的开关量信号。槽式光电开关比较可靠，较适合高速检测。2/4/202353反射式光电

断续器光电断续器广泛应用于自动控制系统、生产流水线、机电一体化设备、办公设备和家用电器中。光电断续器的发光二极管可以用直流电驱动，亦可用40kHz尖脉冲电流驱动；红外LED的正向压降约为1.1~1.3V，驱动电流控制在20mA以内。2/4/202354光电断续器外形2/4/202355光电断续器外形（续）2/4/202356光电断续器外形（续）红色光柱2/4/202357光电断续器示意图

接收器发射器槽遮光报警2/4/202358光电断续器的应用透明簿膜透明物上的标记物检出2/4/202359

齿盘每转过一个齿，光电断续器就输出一个脉冲。通过脉冲频率的测量或脉冲计数，即可获得齿盘转速和角位移。光电断续器的应用（续）请写出转速与频率的关系式n=？n2/4/202360

当工件经过光电断续器时，接收器即产生一个计数脉冲。光电断续器的应用（续）2/4/202361光电传感器的其他用途注料检测瓶盖检测2/4/202362其他光电传感器外形2/4/202363光电传感器的其他用途（续）阀门手柄位置检测产品计数2/4/202364光电传感器的其他用途（续）断裂检测电梯自动运行条件判断2/4/202365光电传感器的其他用途（续）进出检测磨床行程控制2/4/202366光电传感器的其他用途（续）水位上下限控制液面检测2/4/202367光电传感器的其他用途（续）自动注料物位检测2/4/202368光电传感器的其他用途（续）物体倒置辨别转速检测2/4/202369第五节CCD图像传感器及应用

电荷耦合器件（ChargeCoupledDevice，简称CCD）具有光电转换、信息存储和传输等功能。

CCD具有集成度高、功耗小、分辨力高、动态范围大等优点。

CCD图像传感器被广泛应用于生活、天文、医疗、电视、传真、通信以及工业检测和自动控制系统。本节简单介绍CCD图像传感器的原理及其应用。2/4/202370MOS电容器组成的光敏元及数据面的显微照片CCD读出移位寄存器的数据面显微照片CCD的光敏元结构及存储电荷的原理

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彩色CCD显微照片（放大7000倍）2/4/202372

CCD图像传感器的分类

1.线阵CCD外形

2/4/2023732.面阵CCD

面阵CCD能在x、y两个方向都能实现电子自扫描，可以获得二维图像。

2/4/202374面阵CCD外形（续）200万和1600万像素的面阵CCD

2/4/202375面阵CCD外形（续）

2/4/202376面阵CCD外形（续）

2/4/202377CCD图像传感器的应用

线阵CCD在扫描仪中的应用

2/4/202378线阵CCD在图像扫描中的应用

线阵CCD摄像机可用于彩色印刷中的套色工艺监控

风云一号卫星可以对地球上空的云层分布进行逐行扫描2/4/202379线阵CCD用于字符识别2/4/202380CCD数码照相机

数码相机简称DC，它采用CCD作为光电转换器件，将被摄物体的图像以数字形式记录在存储器中。数码相机从外观看，也有光学镜头、取景器、对焦系统、光圈、内置电子闪光灯等，但比传统相机多了液晶显示器（LCD），内部更有本质的区别，其快门结构也大不相同。

2/4/202381CCD用于图像记录

2/4/202382数码相机的外形2/4/202383三基色分离原理

CCD数码照相机的结构2/4/202384数码相机的结构解剖图

CCD及镜头2/4/202385CCD数码显微镜拍摄的金属表面显微照片2/4/202386CCD数码摄像机

2/4/202387CMOS图像传感器

CMOS图像传感器是采用互补金属-氧化物-半导体工艺制作的另一类图像传感器，简称CMOS。现在市售的视频摄像头多使用CMOS作为光电转换器件