什么是光电传感器

什么是光电传感器

所谓光电传感器，就是通过感应自身投射光的受光量（遮光量），实现非接触式的检测物体的有·无的传感器。

如下图所示，左边的投光器投射出光线，右边的受光器接收到足够的光量（受光量）时判定为ON（○），否则判定为OFF（×）。

·非接触式检测·可长距离检测 ·可检测微小物体

·高速响应速度·大部分物体都可以检测

×容易受到油污&粉尘的影响

检测类型的分类

光电传感器有各种各样的检测类型。

在此，我们仅介绍几种主要的检测类型。

对射型

投光器和受光器分离。主要以【投射的光线是否被遮断？】为检测依据，因此不受检测物体的形状、颜色、倾斜等影响。

对射型传感器

镜面反射型（回归反射型）

配置1个传感器和1个反光镜。同对射型一样，主要以【传感器投射向反光镜的光线是否被遮断？】为检测依据。因为只有1个传感器，所以布线比对射型简便（但还是需要两个安装固定位置）。

镜面反射型传感器

应用示例

确认检查物品是否已进入检测设备内。传感器检测到物品之后，检测设备自动启动检查项目。

漫反射型（扩散反射型）

仅配置1个传感器（内置投光器和受光器）。

投光器投射的光线经过检测物反射回受光器，从而检出物体的有无。

因为只有1个传感器，所以安装固定及布线都比较简便，但容易受检测物体的形状、颜色、倾斜等影响。敬请注意。

漫反射型传感器

应用示例

金属部品的加工确认

确认金属部品加工孔的有无。

若投射光进入孔中，则无法返回接收器，因此可检测加工孔的有无。

只需要安装固定1个传感器，相关便捷。

BGS型（距离设定型）

传感器采用PSD/C-MOS感光元器件，以【距离】而不是【受光量】作为检测依据。因此，有效避免普通漫反射型传感器容易受检测物体颜色的影响。不过，BGS型的检测距离比普通漫反射型较短。

BGS=Background Suppresion，背景抑制性。

BGS型的检测原理（三角形测量）？

三角形测量，是指通过三角形的原理，测量物体至传感器之间的距离。

如右图所示，已知A/B两点之间的距离，如果角度A/B也知道的话，则A/B两点至所需测量位置（红点●）的距离就可以求得了。

检测方法

将【投光素子】、【受光素子】、【被测物】之间的位置构成一个三角形关系，从而求得被测物的距离。如右图所示。当被测物的距离发生变化（绿色↑）时，受光素子上的受光位置也跟着变化（蓝色←）。即测量受光素子的受光位置至被测物之间的距离。

应用示例

部品的有无检测

检测托盘内部品的有无。通过检测高度差来确认部品的有无，即使部品的颜色发生变化也可稳定检测，无需重新调整传感器。

透明体检测型

属于镜面反射型中的一种。不过，由于光线容易穿透透明体，因此普通的镜面反射型传感器无法检测透明体。而专用于检测透明体的传感器，应差距离（→P20）较小，受光量发生细微的变化也能检测出来。

一般来讲，应差距离较小时容易导致输出的不稳定（ON/OFF反复切换）、容易受环境干扰导致误动作。为了避免该问题，透明体检测型传感器在镜头光学系统和电路设计上做了一些改良。

为什么使用镜面反射型？

使用镜面反射型检测时，光线会往/返经过检测物2回，因此受光量的衰减程度较明显；使用对射型检测时，光线只经过检测物1回，受光量衰减程度比镜面反射型小。假如光线经过检测物1回时受光量的衰减率为3%的话，镜面反射型的受光量衰减6%，而对射型仅衰减3%。

应用示例

PET瓶检测

检测透明瓶的有无，普通光电床干起及接近开光都不能检测透明玻璃及透明瓶，透明体较薄时，接触式传感器也难检测，此时低价格的透明体检测传感器优势比较显著。

限定反射型·广角漫反射型

限定反射型

属于漫反射型的一种。光学系统特别设计，使得传感器只能在指定范围内检测物体。常用于检测指定区域内的工作的有无。与BGS型传感器相比，精度较低，但结构较简单价格便宜。另外，光纤传感器中，由于无法满足BGS型的光学结构，因此常采用限定反射型的方式。

应用示例

检测晶片是否有缺口

检测晶片是否存在缺口，即使狭小空间中存在背景物体，限定反射型传感器也可稳定检测。

广角漫反射型

普通传感器的投光孔径较小（光斑较小），而广角漫反射型传感器扩大了投光孔径。由于孔径角较大，适用于检测透明体、表面存在沟槽/缝隙等小光斑传感器检测不稳定的情况。不过，因为广角漫反射型传感器投射的光线不聚光，所以测试距离表较短。

应用示例

透明薄膜检测

监视透明卷膜物料是否用完。广角漫反射型传感器光斑较大，无需使用反光镜，即使薄膜褶皱或抖动也可稳定检测。

颜色判定型（颜色传感器/色标传感器）

采用RGB三色光源，通过计算R·G·B各种颜色的反射光量来识别出被测颜色。有两种检测模式：颜色模式、色标模式；可根据具体应用选择相应的检测模式。

1.颜色模式

R·G·B三色光源同时投光识别被测颜色。物体表面存在各种各样的颜色时亦能高精度检测出指定的颜色。

连接器的颜色检测：

2.色标模式

分别对被测色标和背景进行示教（2点示教）时，传感器从R·G·B三色光中选择出最佳的光源作为投射光。常用于检测单一颜色背景上的某种色标的有无（包装薄膜色标等）。

胶管的色标检测：

（对射型·镜面反射型·漫反射型·BGS型）特性对比：

类型

对射型

镜面反射型

漫反射型

BGS型

检测距离

远

中

近

更近

设置简便·安装空间

相对麻烦

相对简单

简单

简单

配线工程

相对麻烦

简单

简单

简单

颜色影响

完全不受影响

完全不受影响

受影响

受影响小

表面状态

完全不受影响

完全不受影响

受影响

受影响小

背景影响

完全不受影响

完全不受影响

受影响

受影响小

5分钟了解光电传感器！（含应用案例）-道合顺大数据infinigo

光电传感器概念：

光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件，它是把光信号（红外、可见及紫外光辐射）转变成为电信号的器件。它可用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等；也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度，以及物体的形状、工作状态的识别等。光电传感器一般由三部分组成，分为：发射器，接收器和检测电路。

光电传感器原理：

光电元件是光电传感器中最重要的组成部分，它的核心工作原理是不同类型的光电效应。根据波粒二象性，光是由光速运动的光子所组成， 当物体受到光线照射时，其内部的电子吸收了光子的能量后改变状态，自身的电性质也会发生改变，这样的现象称为光电效应。光电传感器通常包括光源，光路和光电元件。通过将光强度的变化转换成电信号的变化来控制光电传感器。

光电传感器分类：

光电元件有光敏电阻、光电二极管、光电三极管、发光二极管、光电倍增管、 光电池、光电耦合器件等。由光通量对光电元件的作用原理不同所制成的光学测控系统是多种多样的，按光电元件输出量性质，光电传感器可分二类，即模拟式光电传感器和脉冲式光电传感器；模拟式光电传感器按被测量方法又可分为透射式、漫反射式、遮光式三大类。

光电传感器应用原理:

1.光电传感器在高压大电流测试中的应用

近年来，采用光学设备进行高压大电流测量在电力系统中发展很快，许多新型的光电式传感器系统已相继投入现场运行，为高压大电流的监测带来许多便利条件。OCT响应速度快，测量精度高。OCT不同于CT(传统电流互感器) 的基点在于信号功率小，OCT产品在被测电流从高电位转换到低电位的过程中都是用光来调制的，其光学仪器部分只有微瓦级的功率，而CT的次级线圈需要瓦级的功率。

2.光电传感器在转速测量系统中的应用

在机械自动化高速发展的今天，转速是动力机械性能测试中的一个重要的特性参量，其大小和变化关系着机械运转是否正常。动力机械的许多特性参数往往通过转速来确定，例如电机的输出功率，而且动力机械的振动、管道气流脉动与各种工作零件的磨损状态等也与转速密切相关。及时监测转速的变化可以及时排除机器运转中的许多故障，避免造成更大损失。转速测量方法按传感器的安装方式来分类，分为接触式和非接触式两类。非接触式转速测量分盘式磁性测量、轴式磁性测量、遮断式光电测量和反射式光电测量。其中应用最广泛的是光电式测速系统。

3.光电传感器在继电保护中的应用

随着电力工业的发展，电力系统的输送容量和电压等级不断提高，传统的互感器对电网进行测量和监控存在着许多缺点。目前，应用光电传感器的光纤互感器和光纤通讯网构成的光纤发变电站综合自动化系统，已成为电力自动化技术最有前景的发展方向之一。电力互感器是电力系统中重要的电量测量设备，也是实现电力自动化的关键设备。新型有源光电传感器能够克服传统电力互感器的尺寸大、质量大、抗干扰差、信息传输容量小等缺陷，使得电力系统的安全运行和自动化水平均无法达到要求等缺陷，同时能以数字信号输出，取消了大量的二次电缆，为电力系统的安全运行、节约成本、高压设备无油化、优化二次设备提供了坚实的基础。

4.光电传感器在烟尘浊度监测的应用

防止烟尘污染是环保的重要任务之一，为了消除工业烟尘污染，首先要知道烟尘排放量，因此必须对烟尘源进行监测、自动显示和超标报警。烟道里的烟尘浊度是用通过光在烟道里传输过程中的变化大小来检测的，如果烟道浊度增加，光源发出的光被烟尘颗粒的吸收和折射增加，到达光检测器的光减少，因而光检测器输出信号的强弱便可反映烟道浊度的变化。

应用案例1：光电位置偏移检测

光电式位置偏移检测器主要是用于对带型材料的检测，可以利用这一技术对在具体加工过程中的材料进行检测，检测材料的位置、大小、方向是否符合标准；通过对这些方面的检测，能提供具体的错位位置的信号，有助于控制电路。这个技术人们通常用在对印染、胶片等方面的检测。光电式带材跑偏检测器利用的基本原理如下列图所示。当从光源点发出的光通过透镜1时，光线由于聚光的原理会变成光束，然后投向透镜2，之后会聚到光敏电阻上。平行光束到达透镜2之前，一些光线会因为受到被测带材的影响，最终到达光敏电阻的光通量会减少。

应用案例2：光电高度检测

一般而言，在物品的包装过程中，会有对充填高度的具体要求，以此来确保物品的外观达到规定标准，而对于那些不符合充填高度的产品，将会被禁止出厂。下图所示的是关于光电检测这一技术在控制商品填充高度中的应用的基本原理。如果商品的充填高度超过了规定的标准值，光电的接头就会出现没有电信号的现象，然后就会让其他机构对物品进行处理。

应用案例3：光电色质检测

下图所展示的是在包装物料时候所采取的光电色质检测的基本原理。假定所规定标准的包装物品的底色是白色但由于质量没有达到标准等原因，有的商品出现泛黄的现象，在对产品进行光电色质检测的时候，商品泛黄部分就会出现电压差；通过输出的电压量的差值，接通电磁阀，最后通过压缩空气将已经泛黄了的商品排出。

应用案例4：工业生产过程检测

除上述光电传感器的实际应用之外，光电传感器还可用于进行对流水线上的产品进行产量的统计、检测对装的配件是否有配置好、检测其配件的质量是否有达到规定的标准，例如，可以对瓶盖是否压紧进行具体检测、对商标是否存在漏贴的情况进行检测(见图4)，能对送料机构中是否出现断料情况进行具体检测(见下图)等。

感谢道合顺入驻原厂深圳市信威电子有限公司的投稿和分享：

深圳市信威电子有限公司成立于2001年，是一家国家高新技术企业。 自2015年起凭借自身的技术优势，快速向传感器领域发力。信威电子集研发、生产、销售于一体，拥有专业的管理团队、研发团队，强大的生产能力、精益求精的质量管理体系及完善的售后系统。公司先后在深圳、香港、美国、欧洲等地设立办事处，传感器系列产品已在国内外建立了强大的销售网络及完善的服务体系。截至目前，已拥有37项技术专利，4项发明专利。并积累了20+家世界五百强企业客户。精益求精，解决高端制造瓶颈。

光电式液位传感器液位检测基本原理：利用了红外光电技术。当头部无水平面时，二极管将光线反射到接收管中，从而产生高压；当液面处于液位状态时，由于液位的折射，此时只接收到很小的光线，因此就会出现低压信号。光电液位传感器是一种新型接触式点液位测控装置，具有结构简单、定位精度高，没有机械部件，不需调试，灵敏度高及耐腐蚀、耗电少、体积小等诸多优点，还具有耐高温、耐高压、耐强腐蚀，化学性质稳定，对被测介质影响小等特征。液位颜色，温度，压力，外部磁性，容器材料，尺寸，安装等因素对它的工作没有任何的影响。光电液位传感器的内部的所有元器件进行了树脂浇封处理，传感器内部没有任何机械活动部件，因此传感器可靠性高、寿命长、免维护，传感器还可以免调试、免校验，直接安装即可应用。

应用实例2：

光电传感器是采用光电元件作为检测元件，对所有能发射光线的物体均可检测，一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单、形式灵活多样，体积小。

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