ifm：光電傳感器還有這些“黑話”?

ainet.cn 2022年12月27日

本期我們走進(jìn)生活中最常見(jiàn)的光電傳感器，立體停車庫(kù)、自動(dòng)感應(yīng)水龍頭、地鐵閘機(jī)……都有它工作的身影。光電傳感器涉及內(nèi)容較多，將分為上下兩期，本期會(huì)為大家介紹其基本原理，一些行業(yè)“黑話”，以及對(duì)射式和鏡面反射式光電傳感器的工作區(qū)別。下一期再介紹漫反射式光電傳感器，以及如何通過(guò)多種技術(shù)消除目標(biāo)物背后背景的誤觸發(fā)。

所有的光電傳感器都具有類似的基本組件：

外殼 —— 多樣的形狀、尺寸和材料構(gòu)成

基礎(chǔ)的傳感器元件 —— 因所使用的技術(shù)而有所不同，但始終包含一個(gè)透鏡系統(tǒng)

電子電路 —— 評(píng)估傳感器檢測(cè)到的物體

電氣連接 —— 提供電源和輸出信號(hào)

光電傳感器應(yīng)用于：

較長(zhǎng)的感應(yīng)距離

可以檢測(cè)小的目標(biāo)物

能夠檢測(cè)不同材質(zhì)的目標(biāo)物

適用于高速檢測(cè)應(yīng)用

電磁輻射頻譜有助于了解如何最好地應(yīng)用光電傳感器。ifm光電傳感器在可見(jiàn)光(主要是紅色)和紅外光頻率范圍內(nèi)工作。

可見(jiàn)紅光

是最好的“全方位”光類型，推薦用于大多數(shù)應(yīng)用。ifm絕大多數(shù)光電傳感器使用可見(jiàn)紅光。

優(yōu)勢(shì)：

在近距離內(nèi)很容易看到，因此可用作設(shè)定輔助工具

劣勢(shì)：

在長(zhǎng)距離上受顏色影響

紅外光

優(yōu)勢(shì)：

在大部分感應(yīng)范圍內(nèi)與顏色無(wú)關(guān)

骯臟環(huán)境的好選擇——具有“穿透”灰塵、薄霧、蒸汽等的能力

劣勢(shì)：

肉眼不可見(jiàn)使得設(shè)定較為困難

激光

優(yōu)勢(shì)：

能夠檢測(cè)遠(yuǎn)距離的小目標(biāo)

小光斑能確保精確的開(kāi)關(guān)點(diǎn)

明亮的紅色可見(jiàn)光束可用作設(shè)定輔助工具

劣勢(shì)：

激光相較紅光或紅外光價(jià)格更為昂貴

術(shù)語(yǔ)

調(diào)制光 —— 發(fā)射器的光束以每個(gè)傳感器系列獨(dú)有的頻率發(fā)出。接收器被調(diào)制以檢測(cè)以該頻率調(diào)制的光束并忽略來(lái)自其他來(lái)源的環(huán)境光。

開(kāi)關(guān)頻率 —— 傳感器在目標(biāo)進(jìn)入和離開(kāi)感應(yīng)場(chǎng)時(shí)輸出離散脈沖的最大速度。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是傳感器在目標(biāo)經(jīng)過(guò)時(shí)的開(kāi)關(guān)速度。

對(duì)比度 —— 兩個(gè)物體之間的顏色和亮度差異。白色是最容易檢測(cè)的顏色，黑色是最難檢測(cè)的顏色。

光束斑(或光斑)——在給定距離處所發(fā)出的光束的直徑。該尺寸通常針對(duì)在數(shù)據(jù)表中給出的最大檢測(cè)范圍時(shí)，它是關(guān)于發(fā)射器鏡頭孔徑角的函數(shù)。

有效光束 —— 必須完全被遮斷來(lái)改變傳感器輸出狀態(tài)的光束區(qū)域。光束遮斷時(shí)輸出動(dòng)作的傳感器(對(duì)射式和鏡面反射傳感器)具有有效光束。直接從目標(biāo)反射光束的傳感器(漫反射傳感器)沒(méi)有有效光束。

亮工作模式(亮通)—— 當(dāng)接收器檢測(cè)到光時(shí)，輸出狀態(tài)改變。

暗工作模式(暗通)—— 當(dāng)接收器未檢測(cè)到光時(shí)，輸出狀態(tài)改變。

過(guò)量增益 —— 傳感器實(shí)際接收到的光能與改變輸出狀態(tài)所需的光能之比。增益值1 是輸出動(dòng)作所需的最小值。高于此閾值的任何值都被視為過(guò)量增益。它有助于確定傳感器能否在受污染區(qū)域正確工作。

對(duì)射式光電傳感器

發(fā)射器和接收器封裝在單獨(dú)的外殼中，并對(duì)向安裝。光從發(fā)射器鏡頭發(fā)出，由接收器鏡頭接收。

當(dāng)目標(biāo)物遮斷光束并使接收器接收不到足夠的光線時(shí)，輸出狀態(tài)會(huì)切換。只要目標(biāo)物足夠大且足夠堅(jiān)固以阻斷有效光束，那么顏色、形狀、角度、反射率和表面光潔度就不會(huì)影響應(yīng)用。這使得它們比漫反射式光電傳感器更可靠，漫反射傳感器依賴于從目標(biāo)物反射的光。

優(yōu)勢(shì)：

感應(yīng)距離長(zhǎng)

高過(guò)量增益(臟污環(huán)境的最佳選擇)

整個(gè)檢測(cè)范圍內(nèi)具有均勻的有效光束

不透明物體的可靠檢測(cè)

整個(gè)感應(yīng)范圍內(nèi)沒(méi)有“死區(qū)”

劣勢(shì)：

發(fā)射器和接收器具有單獨(dú)的外殼，因此具有單獨(dú)的零件號(hào)

兩個(gè)外殼都必須安裝和接線，增加了安裝成本

由于其高過(guò)量增益，對(duì)射式傳感器的光線可以穿透透明和半透明物體

有效光束的直徑均勻，大約等于發(fā)射器和接收器透鏡的直徑。只要目標(biāo)物至少與有效光束一樣大，輸出就會(huì)在目標(biāo)物遮斷光束時(shí)切換。

對(duì)射式光電傳感器的輸出：

亮通模式下當(dāng)目標(biāo)物不存在時(shí)，輸出切換

暗通模式下當(dāng)目標(biāo)物存在時(shí)，輸出切換

安裝注意事項(xiàng)

1. 安裝多個(gè)對(duì)射式光電傳感器時(shí)，注意不要讓一個(gè)傳感器的發(fā)射光束干擾其他接收器。如圖所示，一個(gè)簡(jiǎn)單的解決方案是更換發(fā)射器和接收器的方向。

2. 穿過(guò)對(duì)射光束的高反光物體可能會(huì)將光線反射到不相關(guān)的接收器上，從而導(dǎo)致錯(cuò)誤的信號(hào)。一個(gè)簡(jiǎn)單的解決方案是在傳感器之間放置障礙物以阻擋任何不相關(guān)的反射。

3.由于太陽(yáng)光包含與光電發(fā)射器相同波長(zhǎng)的光，因此非常明亮的環(huán)境光常常會(huì)誤導(dǎo)接收器。當(dāng)光電傳感器用于家用車庫(kù)門的開(kāi)啟器時(shí)，這種情況很常見(jiàn)，并且特定角度的陽(yáng)光會(huì)干擾門的工作。可行的解決方案包括調(diào)整傳感器的角度、添加屏障或調(diào)換發(fā)射器和接收器。

鏡面反射式光電傳感器

發(fā)射器和接收器封裝在同一外殼中并安裝在反射鏡對(duì)面。光線從發(fā)射器鏡頭發(fā)出，經(jīng)反射鏡反射并返回到接收器鏡頭。

與對(duì)射式光電傳感器一樣，當(dāng)目標(biāo)物遮斷光束并使接收器接收不到足夠的光時(shí)，輸出就會(huì)切換。只要目標(biāo)物足夠大且足夠堅(jiān)固以阻斷有效光束，顏色、形狀、角度、反射率和表面光潔度就不會(huì)影響應(yīng)用。這使得它們比漫反射傳感器更可靠，漫反射傳感器依賴于從目標(biāo)物反射的光。

優(yōu)勢(shì)：

中等感應(yīng)范圍，因?yàn)楣馐窂绞菍?duì)射式光束路徑的兩倍

單一外殼降低購(gòu)買和安裝成本

內(nèi)置偏振濾光鏡，可靠檢測(cè)反光物體

反射鏡易于安裝

可靠檢測(cè)不透明的物體

整個(gè)感應(yīng)范圍內(nèi)沒(méi)有“死區(qū)”

劣勢(shì)：

過(guò)量增益較低，甚至低于漫反射式光電傳感器，因?yàn)榉瓷溏R存在能量損失

除非使用特殊的“透明物體”版本，否則不能可靠檢測(cè)透明物體

有效光束直徑不均勻

鏡面反射式傳感器的有效光束為圓錐形。在傳感器附近，光束大約是發(fā)射器鏡頭的大小。在反射鏡附近，則與反射鏡尺寸相當(dāng)。這意味著較小的物體在靠近傳感器時(shí)可以被檢測(cè)到，但在靠近反射鏡時(shí)則不一定。