传感器基础2课件

营业者研修初级教程

传感器基础2讲座目的通过对光纤传感器、区域传感器（包括安全光幕）的学习来掌握传感器的检测原理、分类和构成。学习本教程是使你成为选择，使用传感器高手的第一步。SUNX株式会社平成15年2月24日第2版光纤传感器区域传感器（包括安全光幕）1-1序言P31-2光纤传感器的原理和构成P51-3光纤传感器的种类和特性P71-4光纤传感器的特征P91-5放大器部的选定P141-6光纤部的选定P171-7光纤传感器使用上的注意事项P181-8数字表示光纤传感器的阀值P202-1区域传感器的产生P272-2名词解释P322-3产品线和今后发展面貌P352-4输出动作和自动防故障性P402-5系统的构成P412-6按ISO13849-1标准查定P422-7应用P432-8使用上的注意事项P442.区域传感器（包括安全光幕）P271.光纤传感器P3目录1.光纤传感器1-1序言光电传感器中的光纤传感器需求量近年来大幅度增加。

光纤传感器是光电传感器中用光纤作测量部分的传感器，测量部分也就是光纤部分，因为可以选择不同的光纤用于不同的用途，故有很大的优势。用在机器人手臂的可动部上的可以设置的耐屈曲光纤，在高温和低温环境下也可使用的耐热耐寒光纤，能安置在象书页一样的缝隙中的极细光纤，以前的光电传感器不能做到的检测，现在光纤传感器一一做到了。现在SUNX已经采用了300种以上的光纤，今后随着感应领域的扩大和检测精度的提高，种类还要增加。由于光纤应用的种类繁多,很多光纤传感器的用户认为感应的性能和范围变得越来越好了，这是一个优点；同时他们也认为种类多就给选择带来了困难，害怕使用方法会出错等，这也是事实。本章介绍了传感器的基础知识，光纤选择的技术，使用上的注意事项等。写这样一个资料的目的，就是为了能在现场更熟练灵活的使用光纤传感器。1-2光纤传感器的原理和构成光纤传感器是光电传感器中用光纤作测量部分的传感器，测量部分也就是光纤部分，因为可以选择不同的光纤用于不同的用途，故有很大的优势。光纤传感器是光电传感器的一种，所以它的基本原理是和光电传感器相同的。与其它光电传感器相比光纤传感器最大的不同就是采用光纤作为测量部分。除此之外，它基本具备了光电传感器的特征。光纤传感器光纤光电传感器放大器内藏型相同PDAPS橡皮绝缘软电缆PDAPS橡皮绝缘软电缆光电传感器放大器内藏型放大器的构成光纤部的构成光纤结构如图所示，中间部分是由折射率不同的金属层构成。光射入光纤中心并在金属层上发生全反射，同时向前传递。从光纤内出来后，光分散成60°角，照到被检测的物体上，这个角度称为开口角。放大器部光纤部30°30°光源60°中心金属层外皮高折射率低折射率光纤结构图开口角1-3传感器的种类和特性种类和特征种类特点类型塑料纤维中心是φ0.125~φ1.5mm的丙烯树脂线芯一根或几根作成，因为价格较便宜，是现在主要应用的类型通用类型玻璃纤维由Φ0.05mm的线芯捆扎而成，比塑料纤维耐热性，耐药性好，价格较高，用于特殊场合耐热类型耐真空类型形状概要平行型塑料纤维采用的一般类型同轴型分成中央部和外周部，从哪个位置过来的检出物体通过检出位置都不发生变化的高精度类型分离型玻璃纤维采用的类型，由很多直径φ0.05mm的玻璃光纤线芯组成，投光部和受光部分离形状透过型和反射型光纤的检出方式有很大不同:透过型由投光部和受光部两部分构成；反射型按芯线的排列方式分为平行型、同轴型和分割型。1-4光纤传感器的特征光纤传感器是检测部分从放大器部分离出来的结构，同放大器分离型相似。但是，它克服了放大器分离型的弱点，同时吸收了放大器内藏型的优点，并克服了它的缺点。换句话说，它同时吸取了分离型和内藏型的优点。还有，分离型和内藏型都不具备的优点，光纤传感器也具备（如在检出部没有电流）。基于这些原因，光纤传感器在近年得到广泛使用。光纤部（检测部）体积小透过型反射型镜面反射型Φ1.0能够对应各种各样的检出形态变换光纤部，就能够对应各种各样的检测形态4.510.0放大器内藏型光电传感器光纤选择

从通用到特殊用途的，应有尽有

光纤部因为不使用电，能够应用在各种环境中（这是同放大器分离型光电传感器的最大差别）对电的抗干扰能力强温度特性好（耐热、耐寒）防爆规格空间传送

自动防干涉功能防干涉功能FX-311CX400(透过型除外)FX302EQ-20FX-311EQ-30RX(透过型、RX-LS200除外)NX5(透过型除外)SS-A5BRX(只有镜面反射型和扩散反射型)PX-2FX-11ASF1-FSU-7NA2-NSF4-AHNA1-PK5/5SF2-NNA1-PK3SF2-EHSF1-PSF1-NBFX4NNA40都是不包括透过型放大器部准备了各种光源类型系列防干涉型传感器一览表因为放大器部是以反射型光电传感器的形态存在，即使是在使用透过型光纤部的场合，也能防止干涉。（一般的透过型光纤传感器不能防止干涉）1-5放大器的选定一般用途数字表示自动感度设定手动操作设定FX-305FX-305FX-301FX-301GFX-301BFX-301HFX-311FX-311GFX-311B其他（选定特殊用途光纤）特殊用途检测颜色LED点灯确认防爆高速模拟输出FZ-11FX2-A3R-LEDBFX4NFX-301HSFX-11A2输出高性能通用红色绿色青色红外红色绿色青色主要光纤放大器对工作物颜色的反射光量FX-301黑紫青绿黄橙赤白黑紫青绿黄橙赤白FX-301B黑紫青绿黄橙赤白黑紫青绿黄橙赤白FX-301HFX-301G1-6光纤部的选择光纤传感器的特点在其它地方有说明，光纤部的种类丰富，不同的应用场合都有不同的光纤对应，这也成了光纤传感器的一个特点。从种类丰富的光纤部中选择最合适的光纤部，已成为稳定和高信赖检测的一个要点。传感器综合目录中有光纤传感器的选定，请参考。

1-7光纤传感器使用上的注意事项光电开关的一般注意事项，以及在此基础上增加的注意事项要注意。在使用特殊用途的光纤传感器的场合，一些个别的注意事项要加以确认。切断使用自由切断的场合，光纤在插入放大器的插口前一定要切断。使用自由切断的场合，设置的检测距离要留有余量（切断的状态不好，检测距离会下降20%）。连接确认放大器插口处已连上光纤。插入量不足，光连接的不充分，检出距离变短。在连接同轴反射型光纤（FD-FM2等）的时候，在投光部装入中心光纤，受光部装入外周光纤。设置不能给光纤太大的压力。（也有耐屈曲光纤和防护金属管的使用和安装方法）光线的开口角约60度，因为较宽，应注意光的相互干涉和反射《例2》反射有工作物时，从墙壁来的光作为反射光是光线进入入光状态解决办法*分开到不会干涉的距离*将距离L1设定为l1的2倍以上*投光部和受光部交换位置*使用狭视界类型的光纤部*远离墙壁*使用干涉防止机能（光纤传感器的特征：放大器是以反射型的形态存在即使是透过型的光纤部也能防止干涉）l1l1L1投光器受光器图中L1应是l1的2倍以上左中心右平行移动特性设定距离Ll1L1《例1》相互干涉相邻的其他光纤传感器的光进入，即使在遮光（无入射光）的状态下也有光进入，状况变得不稳定自动感度（阀值）在可能的机种中可用电钮操作来设定，对谁来说都是简单的。透过型反射型有工件时按下按钮透过型反射型无工件时按下按钮入光量表示和阀值设定光纤传感器由于头较小，检测精度高，在检测微小工件时常采用。这种检测，有、无工件时光亮差较小，很难检测。这个时候，工件有无时的光量和感度（阀值）可以用数值确认，阀值的微调整，检出容余度的数值管理，光线头部选定是否错误的判断（判断结果用于再选定）等就变得简单了。光纤传感器都使用了数字表示部。以前是“感度”设定，当光量可以用数字表示时，就叫阀值。这时，阀值和感度的关系如下：对透过型来说，光不能从投光部传到受光部对反射型来说，光不能传到工件那里阀值小入射光量小对透过型来说，就是光能从投光部传到受光部对反射型来说，就是光能传到工件那里感度高阀值大入射光量大感度低阀值的微调性机能通常情况下，根据有工件时的入射光量和无工件时的入射光量来确定一个中间值，当入射光量处于中间值这一位置时来设定阀值。基本上用这个方法就已经把阀值确定下来了，但可以根据不同情况来上下微调。1)周围环境有较大变化2）工件的变化和差别大3）其他可进行自动感度设定的光纤传感器，几乎所有的机种都可以进行阀值微调顺便说一下，以前的传感器设定感度之后是不可以调整的可进行自动感度设定的光纤传感器，用基本的两点设定阀值后，还可以对其微调整阀值的微调是为了让入射光变得更稳定。中间取该处入射光量取该处入射光量阀值（通常的设定）L—ON情况下入光量OFFON阀值（通常的设定）即使有工件，由于半透明胶片的透过率变化，入射光量在阀值的上方，不显示ON状态。工件的变化大D-ON的情况无工件有工件中间入光量OFFON例如：用透过型光纤传感器检测半透明胶片D-ON的情况无工件有工件阀值（通常的设定）微调整后的阀值L-ON的情况阀值（通常的设定）微调后的阀值入光量ONOFF阀值（通常的设定）L-ON的情况接头零件的差别，由于光逃逸掉，入光量在阀值下边，即使有接头也显示OFF背景反射在距离一定时是不变的从接头来的反射光中间入光量ONOFF例如：用反射型光纤传感器检测正在传送的接头工件的差别大接头零件的差别2.区域传感器2-1区域传感器的产生历史20多年前，在一家汽车厂的生产现场提出了这样的期望：有没有在不降低生产率的前提下提高生产安全性的好方法？区域传感器就是在这样的呼声中产生了（后来是安全光幕）。确保安全性的方法有两种，一个是停止原则，一个是隔离原则。用门关起来就是沿用传统的安全对策。的确，门是由安全作用的，但门的开闭增加了工程时间，大约是3—5秒左右。由于有了这个时间，想让生产率提高是不可能的。但是，如果没有门的话，开闭工程的时间省下来了，却不能确保安全性，人们就会处在危险的环境下工作。所以，人们考虑了很多很多方式。

为了克服感压式地毯开关的缺点，又考虑出了配置多个透过型光电传感器的方法。这种方法能够直接检测到作业者的手（或身体）而使机器停止下来，因为具有寿命长的特点而被采用，然而，下面的问题又出现了。多个透过型光电传感器并列配置使用的问题：1、传感器间相互干扰2、配线工数增加（比如：10台传感器需要50次配线作业）l1l1L1投光器受光器图中L1应是l1的2倍以上左中心右平行移动特性设定距离Ll1L1区域传感器的主要特征：1、非接触式（没有可动部分和接触部分，寿命长）；2、能检测到手等身体部位；3、施工性、维护性好；4、采用了扫描方式，无相互干扰，信赖性高；5、在一个区域内检测，比单光轴对危险的确认率要高；6、通用性好，设计工时能降低。注：用于安全用途的侵入检测，并符合国际安全规格的区域传感器，称为安全光幕。区域传感器的诞生那么，把透过型光电传感器放到一个外壳里面，用扫描的方式来克服相互干扰的缺点，这就是区域传感器。

为了上面的原因而产生的区域传感器安全性和作业性兼有

在汽车界得到广泛使用。检测距离（有效距离）光轴间距光轴数检测高度（防护高度）检测区域=投光器设置间隔×检测高度最小检测物体=光轴间距+α（透镜直径等）安全距离（只适用于安全光幕）失效保护功能在设计时，要有这样的设计思想：当系统的一部分发生故障时，整个系统会向更安全的方向靠。检测距离光轴间距2-2名词解释区域传感器是透过型光电传感器的一种，基本上具备了与光电传感器相同的特点。需要了解的内容很多，这里把它整理如下：注：检测高度（防护高度）的定义安全光幕和区域传感器对检测高度的定义是不一样的。区域传感器的场合检测高度=光轴间距×（光轴数-1）（即最上端的光轴中心到最下端的光轴中心的距离）20mm间距检测高度光轴间距连接电缆线安全光幕的场合（SF4-EH系列除外）最小检测物体能把最上端光轴完全遮住的最上方位置，到能把最下端光轴完全遮住的最下端位置，称为安全光幕的防护高度。防护高度=光轴间距×(光轴数-1)＋2×(最小检测物体－透镜）20mm间距光轴间距连接电缆线防护高度25mm25mm2-3产品线和今后的发展面貌用于侵入检测（安全用途）的区域传感器，除了用在安全防护方面以外，还用在其他地方。为了选择最合适的传感器，对这个产品线的了解非常重要。下一页的产品线一览和综合目录里能确认。这个产品线里，对选定来说最重要的是安全光幕。日本开始将ISO12100开始转化为符合国际安全规格的JIS标准，这样运到海外的必须是安全光幕，国内使用的安全光幕，要先进行“危险的大小”和“危险的可能性”的评价，然后才能选择。包括所有安全光幕和区域传感器的产品线（可参见2003年综合目录）[安全防护用途]安全光幕侵入安全Type4SF1-P(日本国内）SF2-EHSF4-AH微小型牢固型20mm间距:20mm间距:Type2单独类型直列连续类型40mm间距:20mm间距:SF2-NASF2-NHSF2-AASF2-AH40mm间距:20mm间距:[非安全防护用途]通用20mm间距：SF1-N40mm间距：NA40超薄型：NA2-NPICKING微小型：NA1-PK3高亮度作业指示书型：NA1-PK5长距离型：NA1-5小、薄物体检测NA1-11光轴输出功率SF1-F以前通用（用于安全防护用途）自动防故障功能全球安全类型侵入安全今后通用（非安全防护用途）全球安全类型侵入安全JIS全球化以前的日本国际化将来的日本区域传感器适合规格认证安全光幕（区域传感器）适合规格认证通用（NA40/SF1/NA2）无无通用（非安全用途）无无自动防故障功能（NA40-S/SF1-S）无厂家自己认证国际安全等级Type2（SF2-A）Type4(SF4-A)IEC/EN61496UL491JISB9704第三方机关认证（TUV等）国际标准（SF2-EH）IEC/EN61496UL491第三方机关认证（TUV等）侵入安全（SF1-P）构造规格劳动省侵入安全SF1-P构造规格劳动省劳动安全卫生法规治的对象是侵入和剪断，对一般的机械没有特别要求，业界和厂家要自己制定安全对策。也可以综合考虑成本、风险等来选择传感器。根据ISO12100等国际规定JIS化后的法规制度来评定危险的大小，危险发生的可能性，根据具体评定内容来实施安全对策对应危险来选择机种：安全等级——3以上——Type4安全等级——2以下——Type2Type2Type4应用安全等级2以下故障程度轻割伤、擦伤等可以恢复的伤害发生危险频度少，时间短安全等级3以上事故严重（死亡，残疾等不可挽回的事故）频繁发生的危险要求事项与安全相关的部品要切实定期检查一个与安全相关的部品损坏后，系统的安全性不会丧失备份化冗余化为了防止系统丧失安全机能，要及时发现故障（随时诊断）传感器的构造OSSD:输出信号开关电器在欧洲，安全光幕（区域传感器）等安全装置必须获得机关等第三方单位的认证，还有，在美国，光电安全装置不一定要取得第三方的认证，注：为了符合安全规格，不但要从传感器的电路设计上考虑，也要对系统中其他部件的安全性进行考虑。控制电路监视部(CPU)警报输出电路投光电路受光电路控制电路监视部(CPU)输出电路同期警报输出检验检验测试输入OSSD（检测输出）※定期检验受光电路控制电路A监视部A(CPU)输出电路B监视部(CPU)控制电路投光电路检验检验指向角5°指向角2.5°投光停止输入输出电路A监视部B(CPU)控制电路B检验检验检验检验ABOSSD1OSSD2自动随时检测投光器受光器投光器受光器2-4输出动作和自动防故障特性作为侵入检测（安全用途）的安全光幕设计了自动防故障功能。未侵入侵入断线全光轴入光时ON全光轴入光时OFFON机械动作OFF机械动作

机械停止

机械停止

机械停