技术干货：一文搞懂光电传感器的原理，对射、漫反、镜反等案例

1、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。

如图所示，左边投光器投射出光线，右边的受光器接收到足够的光亮（受光量）时判断为ON，否则判定为OFF。

2、光电传感器的特点是什么？

可以非接触检测

长距离检测

可以检测微小物体

响应速度高

大部分物体都可以检测

缺点是容易受到油污/粉尘的影响。

3、常见的光电传感器检测类型分类和应用举例

对射型：发射器和接收器分离。主要以「投射的光线是否被遮挡阻断」为检测依据，因此不收检测物体的形状、颜色、倾斜等影响。

案例

在食品包装生产线上，很多食品的密封包装是透明材质，使用传感器透过透明包装材质可以检测包装内是否有封装入食品。

镜发射型：该型光电传感器配置为一个发射和接收一体的本体和一个反光镜，主要是以「传感器发射向反光镜的光线是否被遮挡阻断」为检测依据。因为只有一个传感器本体相比对射式光电传感器布线要简单，相对成本要低一点。

案例

可以通过镜反射光电传感器检测物品在生产线上的有无，并且仅用在一侧布线另一侧安装反光板即可。

漫反射型：该型光电传感器配置为一个发射和接收一体的本体。发射的光线经过被测物体反射到接受端上。但这类传感器容易受到物体的形状、颜色、倾斜等影响使用时一定要注意。

案例

金属加工过程中可以用到漫反射型光电传感器，确认金属加工过程中的打孔是否有无。如果发射的光线投射到孔洞中就不会发射给传感器，没有打孔则会发射给传感器，这样可以非常方便的检测出加工孔的有无。

背景抑制型：该类传感器采用PSD/C-MOS感光原件，以距离而不是受光量作为检测依据。因此可以有效的避免普通漫反射型光电传感器容易受到检测物体颜色的影响。该型传感器检测距离比普通漫反射型相对较短。

案例

检测托盘内物品的有无。通过检测高度差来确认托盘内物品的有无，即使物品和托盘发生颜色改变也可以稳定的检测，而无需进行调整。

透明体检测型：该型传感器属于镜面发射传感器中的一种。不过由于光线容易穿透透明物体，因此普通的的镜面发射型光电传感器无法检测透明体。而专用于透明体检测的传感器应差距离较小，受光量发生微小变化也能检测出来。

案例

PET瓶检测。检测透明瓶子的有无，普通光电传感器和接近开关都不能检测透明玻璃、透明塑料瓶。另外特别是在瓶子的壁体越薄透明度越高该传感器越有优势。

限定反射性/广角反射型：该传感器属于漫反射型中的一种。光学系统特别设计使得传感器只能再指定范围内检测出物体。

案例

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以稳定检测。

颜色判别型：采用RGB三色光源通过RGB各种颜色的发射光量来识别出被检测的颜色。

这类传感器一般有两种检测模式：颜色模式和色标模式。

颜色模式应用

RGB三色光源同时投光识别被测颜色，可以高精度的检测出指定颜色。

色标模式的应用

分别对被测色标和背景进行示教，传感器从RGB三色中选择出最佳的光源作为透射光。常用语检测单一颜色北京上的某种色标的有无。

4、各类光电传感器检测类型特征对比。

以上为奥泰斯自动化的光电传感器基础知识学习阅读笔记。奥泰斯作为以光电传感器技术见长的专业传感器制造商，其光电类传感器的技术资料有非常高的参考价值。我们将陆续为您带来个更多的小编传感器学习笔记，光电传感器结构、选型流程、参数解读、特性术语等。我们大多阅读的是来自使用者分享的传感器知识，这个系列我们带来的是来自传感器设计和生产厂家工程师整理的专业知识。

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2021军势｜空军武器发展：六代机初露头角，激光上机测试

澎湃新闻特约撰稿 兰顺正

随着美国国家战略转向大国竞争，空军开始大力推进新作战概念技术验证、下一代装备研发、新装备采购和作战运用，这也影响了其他国家空军装备的发展。2021年，世界主要国家空军都在积极推进本身武器装备建设，一批新一代装备逐渐崭露头角或形成作战能力。

AC-130J炮艇机将测试激光武器。

新战机 “你方唱罢我登场”

战斗机是空军争夺制空权的核心装备，其发展也备受各国重视，在2021年，六代机初露头角，多个国家展示新型五代机，颇有几分“你方唱罢我登场”的意味。

4月9日，美空军部展示了其“下一代空中主宰”（NGAD）第六代战斗机概念图。该图与2020年9月公布的概念图略有区别，进一步突出了隐身能力：采用飞翼、无尾一体化布局，箭形机翼，边条与机身头部融合，后缘有控制舵面和喷口，有一对可折叠垂尾。报道称，美空军计划斥资20亿美元用于下一代战斗机的研发工作，预计将于2025年前完成研发，2030年开始服役。项目主承包商为洛克希德·马丁公司和雷神公司。NGAD项目旨在研究下一代战机上可能出现的五项主要技术，目前公开为推进技术，另外四种技术可能包括新型隐身技术、先进武器技术（包括定向能武器）和热管理技术。

第六代战斗机可能在未来几年亮相。

同样是在4月9日，韩国首架KF-X原型机下线，总统文在寅亲身出席庆祝仪式并将其命名为KF-21“猎鹰”。KF-X项目在设计之初瞄准的是第五代隐身战斗机，但在自身技术实力不足的情况下，为确保项目顺利推进，韩国将目标定位为一款“准隐身战斗机”（又称 4.5代）。KF-21原型机气动布局与F-22战斗机高度相似，除了还未采用内部弹舱，隐身设计向五代机看齐，安装了两台美国通用电气公司的F414-GE-400K型涡扇发动机，最高时速1.8马赫。KF-21全机有6个翼下外挂点和4个机腹半埋外挂点和2个机侧传感器外挂点，可搭载7.7吨武器。另外KF-21采用国产有源相控阵雷达，座舱前方还安装有红外跟踪与搜索系统。

7月20日，俄罗斯新型单发第五代战斗机的原型机在第15届莫斯科国际航空航天展览会上对外亮相。该战机的名为“Checkmate”（意为国际象棋中“将死”），资料显示，这款战机由俄国家技术集团旗下苏霍伊设计局在俄已有五代战机苏-57基础上设计，最大飞行速度约为2马赫，作战半径为1500千米，实用升限1.65万米，最大战斗载荷7.4吨，最多可携5枚空空导弹。此外，该战机具有航电设备先进、推重比高、机动性较强、不易被雷达发现、配备人工智能系统等特点，而且可部署在高海拔机场，适应不同气候环境，易于维修。

韩国KF-21“猎鹰”采用隐身设计。

在7月末，英国BAE系统公司发布消息称，英国国防部(MOD)正式授出了价值近2.5亿英镑的“暴风”(Tempest)战斗机合同，以推进英国“未来空战系统”(FCAS)设计和开发。该合同由BAE系统公司签署，标志着“暴风”项目概念和评估阶段的正式启动。根据此前英国发布的“暴风”全尺寸模型以及虚拟概念图，该战机在形状上与美国的F-22和F-35相似，都采用了倾斜双垂尾设计。但“暴风”具有比F-35更长、更宽的机身，这将提高其机内燃油携带量，突出远程作战能力，并为武器舱和其它内部传感器等战斗有效载荷提供更多空间，其中可能包括激光武器所需的电容器和冷却剂。有分析认为，这些设计特征表明“暴风”更优先考虑续航能力和无空中加油航程，以及拥有足够的内部空间和有效载重能力，从而允许在机内插入未来的模块化有效载荷。

除了这些“高大上”的高端战斗机以外，一些“低端”飞机同样受到了青睐。如在今年5月份，有报道称美军特种部队正在物色轻型攻击机，莱多斯公司的“野马Ⅱ”、MAG航空航天公司的“卫兵”、德事隆航空公司的“金刚狼”、L3哈里斯科技公司的AT-802U“天空守望者”和内华达山脉公司的“威利土狼”这5种原型机会参加竞标测试。据悉这批专用于特种作战的攻击机将全部采用螺旋桨飞机。由于此类飞机操作简单、廉价、效费比高，正好与反恐、反暴乱等“非对称”、“非常规”作战的要求相符合，因此未来在特殊场合依然能大放异彩。

而一些已经服役多年的飞机也在焕发新的活力。如美空军计划重新启用B-1B轰炸机的外部挂点，以悬挂配装常规战斗部的高超声速助推滑翔弹及巡航导弹。同时美空军计划为B-52轰炸机更换新型F130发动机、升级航空电子设备和新的“数字骨干网”，以配装“空射快速响应武器”（ARRW）和高超声速攻击巡航导弹（HACM）。俄首架改进型图-160M轰炸机也从3月开始交付预先试验。

俄罗斯第二款隐身战斗机S-75“将死”主要用于出口。

有/无人机结合大势所趋

今年3月，“忠诚僚机”无人机在澳大利亚伍默拉靶场综合体上空完成了首次飞行。“忠诚僚机”项目目的是开发自主技术有效增强空军未来在对抗和拒止环境下的作战行动和能力，此外应能够将有人驾驶战斗机与具备自主作战能力的无人机实现有效集成，完成协同作战，提高作战效能。在2020年5月，澳大利亚皇家空军获得了首架“忠诚僚机”无人机原型机，该机长约11.5米，航程约3218千米，在此次飞行成功后澳大利亚政府宣布又订购了3架原型机。

印度一直在努力打造一支匹配“有声有色”大国地位的空军，在“忠诚僚机”技术快速发展的背景下，印度也开始涉足这一领域，赶上潮流。10月25日，印度媒体报道称，印度高度保密的“无人作战飞机”项目发展迎来一个新的里程碑，该项目指导下研制的缩比验证机（SWIFT）已经进行了地面滑行试验。SWIFT项目是“加塔克”隐身无人作战飞机的缩比验证机，其主要目的是演示和证明自主模式下的隐身技术和高速着陆技术。从印方公布信息来看，该验证机采用无尾飞翼布局，背负式进气道，具有较强的隐身能力。如验证机试验进展顺利，印度将在此基础上研制“加塔克”无人作战飞机。该型机拟配装1台印度“卡维里河”（Kaveri）涡扇发动机的非加力型，设想最大起飞重量可达15～16吨，计划在2024年前实现首飞。

“加塔克”隐身无人作战飞机的缩比验证机。

在隐身无人机方面，俄罗斯也不甘人后。12月14日，俄罗斯副防长阿列克谢·克里沃鲁奇科表示，俄罗斯最先进S-70“猎人”重型攻击无人机的第一架飞行原型机在新西伯利亚航空厂推出。S-70“猎人”是俄罗斯苏霍伊公司和俄罗斯米格飞机公司作为第六代飞机项目开发的重型无人攻击机，采用单大推、无平尾飞翼构型设计，具有较强的隐身性能。根据俄方发布的照片，相比之前的“猎人”验证机，原型机版本的“猎人”无人机采用全新的隐身构型尾喷口，显著减少了雷达和红外特征信号，同时验证机版本的大量影响隐身外形的传感器也被取消，此外“猎人”原型机还获得了一个新的地面控制站。据称，俄军计划2024年开始装备这种重型攻击无人机。

除了“忠诚僚机”和隐身无人机技术，无人机空中回收技术也是今年无人机技术发展的一大亮点。11月5日，美国国防高级研究计划局（DARPA）宣布，其“小精灵”（Gremlin）项目在10月进行的第四次飞行试验中，成功完成了首次空中回收任务。试验中，2架X-61“小精灵”无人机在完成全部自主编组飞行后，由1架C-130运输机成功回收了其中1架 X-61“小精灵”无人机。现场画面显示，“小精灵”无人机与从C-130运输机货舱内伸出来的回收臂进行了对接，然后收起机翼，再由回收臂将其运送到机舱内。此次回收的成功为无人机“空中母舰”的诞生奠定了技术基础。

C-130运输机在飞行中捕获了一架X-61“小精灵”（Gremlins）小型无人机。

激光武器让未来空战愈发“科幻”

除了传统航空武器，激光武器在今年也开始逐步上机。

2021年10月，美国洛克希德·马丁公司表示该公司已向美国空军交付了第一部机载高能激光系统（AHEL），并将安装到AC-130J炮艇机上进行测试。“机载高能激光计划”(AHEL)主要服务的对象是运输机之类的大型飞机，在需要时击毁敌方的地对空、空对空导弹，以保护飞机的安全。2019年1月，洛克希德·马丁公司获得美军的合同，当年8月开始对AHEL系统进行关键设计审查。据悉，AHEL样机包括了总控装置、火控装置、束控和发射装置、激光器及其电源、热管理等子系统，其中束控装置将含有变形镜、快反镜等自适应光束元件，整套系统的重量不超过2268千克。

另外在美军看来，AHEL除用于飞机自卫外，还能用于精确攻击地面目标。虽然AHEL激光器额定功率约为60千瓦级，威力偏小，不适合高烈度作战，但足以使敌方机动车辆、小型船舶和地面飞机失能，使敌方的关键系统失效，如指挥车、发电系统、通信系统和雷达系统等。同时AHEL耗能较低，能够长时间连续发射，比单一用途武器如炸弹或导弹更为便宜和有效。尤为重要的是，AHEL隐蔽性极高，不但发射时无声无息，而且能够熔化或者焚烧敌方目标却不会导致爆炸，所以不会暴露其所在方位，这对于需要执行特种作战任务的AC-130J是非常有意义的。未来AC-130J等飞机在装备了AHEL之后，将会在人质救援、破坏通信、城市作战等复杂环境中发挥静默打击的优势。

（作者系察哈尔学会研究员 远望智库特约研究员）

责任编辑：谢瑞强 图片编辑：蒋立冬

校对：张艳

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