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SICK光電傳感器的應(yīng)用及工作原理

更新時(shí)間： 2012-11-30　　點(diǎn)擊次數(shù)： 2757次

SICK光電傳感器的應(yīng)用及工作原理/39529839/39529830：單榮兵
SICK光電傳感器應(yīng)用光電傳感器是一種小型電子設(shè)備，它可以檢測出其接收到的光強(qiáng)的變化。早期的用來檢測物體有無的光電傳感器是一種小的金
屬圓柱形設(shè)備，發(fā)射器帶一個(gè)校準(zhǔn)鏡頭，將光聚焦射向接收器，接收器出電纜將這套裝置接到一個(gè)真空管放大器上。在金屬圓筒內(nèi)有一個(gè)
小的白熾燈做為光源。這些小而堅(jiān)固的白熾燈傳感器就是今天光電傳感器的雛形。 LED （發(fā)光二極管）發(fā)光二極管zui早出現(xiàn)在19世紀(jì)60年代，
現(xiàn)在我們可以經(jīng)常在電氣和電子設(shè)備上看到這些二極管做為指示燈來用。 LED 就是一種半導(dǎo)體元件，其電氣與普通二極管相同，
不同之處在于當(dāng)給LED 通電流時(shí)，它會(huì)發(fā)光。由于LED 是固態(tài)的，所以它能延長傳感器的使用壽命。因而使用LED 的光電傳感器能被
做得更小，且比白熾燈傳感器更可靠。不象白熾燈那樣， LED 抗震動(dòng)抗沖擊，并且沒有燈絲。另外， LED 所發(fā)出的光能只相當(dāng)于同尺寸SICK光電傳感器的應(yīng)用及工作原理/39529839/39529830：單榮兵
白熾燈所產(chǎn)生光能的一部分。（激光二極管除外，它與普通LED 的原理相同，但能產(chǎn)生幾倍的光能，并能達(dá)到更遠(yuǎn)的檢測距離）。
LED 能發(fā)射人眼看不到的紅外光，也能發(fā)射可見的綠光、黃光、紅光、藍(lán)光、藍(lán)綠光或白光。經(jīng)調(diào)制的LED 傳感器 1970年，
人們發(fā)現(xiàn)LED 還有一個(gè)比壽命長更好的優(yōu)點(diǎn)，就是它能夠以非常快的速度來開關(guān)，開關(guān)速度可達(dá)到K H z。將接收器的放大器調(diào)制到發(fā)射器
的調(diào)制頻率，那么它就只能對(duì)以此頻率振動(dòng)的光信號(hào)進(jìn)行放大。我們可以將光波的調(diào)制比喻成無線電波的傳送和接收。將收音機(jī)調(diào)到某臺(tái)，
就可以忽略其他的無線電波信號(hào)。經(jīng)過調(diào)制的LED 發(fā)射器就類似于無線電波發(fā)射器，其接收器就相當(dāng)于收音機(jī)。人們常常有一個(gè)誤解：
認(rèn)為由于紅外光LED 發(fā)出的紅外光是看不到的，那么紅外光的能量肯定會(huì)很強(qiáng)。經(jīng)過調(diào)制的光電傳感器的能量的大小與LED
光波的波長無太大關(guān)系。一個(gè)LED 發(fā)出的光能很少，經(jīng)過調(diào)制才將其變得能量很高。一個(gè)未經(jīng)調(diào)制的傳感器只有通過使用長焦距鏡頭的
機(jī)械屏蔽手段，使接收器只能接收到發(fā)射器發(fā)出的光，才能使其能量變得很高。相比之下，經(jīng)過調(diào)制的接收器能忽略周圍的光，
只對(duì)自己的光或具有相同調(diào)制頻率的光做出響應(yīng)。未經(jīng)調(diào)制的傳感器用來檢測周圍的光線或紅外光的輻射，如剛出爐的紅熱瓶子，SICK光電傳感器的應(yīng)用及工作原理/39529839/39529830：單榮兵
在這種應(yīng)用場合如果使用其它的傳感器，可能會(huì)有誤動(dòng)作。如果一個(gè)金屬發(fā)射出的光比周圍的光強(qiáng)很多的話，那么它就可以被周圍光源接
收器可靠檢測到。周圍光源接收器也可以用來檢測室外光。但是并不是說經(jīng)調(diào)制的傳感器就一定不受周圍光的干擾，當(dāng)使用在強(qiáng)光環(huán)境下時(shí)
就會(huì)有問題。例如，未經(jīng)過調(diào)制的光電傳感器，當(dāng)把它直接指向陽光時(shí)，它能正常動(dòng)作。我們每個(gè)人都知道，用一塊有放大作用的玻璃將
陽光聚集在一張紙上時(shí)，很容易就會(huì)把紙點(diǎn)燃。設(shè)想將玻璃替換成傳感器的鏡頭，將紙?zhí)鎿Q成光電三極管，這樣我們就很容易理解為什么
將調(diào)制的接收器指向陽光時(shí)它就不能工作了，這是周圍光源使其飽和了。調(diào)制的LED 改進(jìn)了光電傳感器的設(shè)計(jì)，增大了檢測距離，擴(kuò)展了
光束的角度，人們逐漸接受了這種可靠易于對(duì)準(zhǔn)的光束。到1980年，非調(diào)制的光電傳感器逐步就退出了歷史舞臺(tái)。紅外光LED 是效率zui高
的光束，同時(shí)也是在光譜上與光電三極/39529839/39529830：單榮兵
管zui匹配的光束。但是有些傳感器需要用來區(qū)分顏色（如色標(biāo)檢測），這就需要用可見光源。
在早期，色標(biāo)傳感器使用白熾燈做光源，使用光電池接收器，直到后來發(fā)明了的可見光LED 。現(xiàn)在，多數(shù)的色標(biāo)傳感器都是使用經(jīng)
調(diào)制的各種顏色的可見光LED 發(fā)射器。經(jīng)調(diào)制的傳感器往往犧牲了響應(yīng)速度以獲取更長的檢測距離，這是因?yàn)闄z測距離是一個(gè)非常重要的
參數(shù)。未經(jīng)調(diào)制的傳感器可以用來檢測小的物體或動(dòng)作非常快的物體，這些場合要求的響應(yīng)速度都非常快。但是，現(xiàn)在高速的調(diào)制傳感器
也可以提供非常快的響應(yīng)速度，能滿足大多數(shù)的檢測應(yīng)用。聲波傳感器聲波傳感器所發(fā)射和接收的聲波，其振動(dòng)頻率都過了人耳所能聽到
的范圍。它是通過計(jì)算聲波從發(fā)射，經(jīng)被測物反射回到接收器所需要的時(shí)間，來判斷物體的位置。對(duì)于對(duì)射式聲波傳感器，如果物體擋
住了從發(fā)射器到接收器的聲波，則傳感器就會(huì)檢測到物體。與光電傳感器不同，聲波傳感器不受被測物透明度和反光率的影響，因此在許
多使用聲波傳感器的場合就不適合使用光電傳感器來檢測。光纖安裝空間非常有限或使用環(huán)境非常惡劣的情況下，我們可以考慮使用光纖。
光纖與傳感器配套使用，是無源元件，另外，光纖不受任何電磁信號(hào)的干擾，并且能使傳感器的電子元件與其他電的干擾相隔離。光纖有一
根塑料光芯或玻璃光芯，光芯外面包一層金屬外皮。這層金屬外皮的密度比光芯要低，因而折射率低。光束照在這兩種材料的邊界處（入射
角在一定范圍內(nèi)，），被全部反射回來。根據(jù)光學(xué)原理，所有光束都可以由光纖來傳輸。兩條入射光束（入射角在接受角以內(nèi)）沿光纖長
度方向經(jīng)多次反射后，從另一端射出。另一條入射角出接受角范圍的入射光，損失在金屬外皮內(nèi)。這個(gè)接受角比兩倍的zui大入射角略大，
這是因?yàn)楣饫w在從空氣射入密度較大的光纖材料中時(shí)會(huì)有輕微的折射。光在光纖內(nèi)部的傳輸不受光纖是否彎曲的影響（彎曲半徑要大于zui小彎
曲半徑）。大多數(shù)光纖是可彎曲的，很容易安裝在狹小的空間。玻璃光纖玻璃光纖由一束非常細(xì)（直徑約50μ m ）的玻璃纖維絲組成。
典型的光纜由幾百根單獨(dú)的帶金屬外皮玻璃光纖組成，光纜外部有一層護(hù)套保護(hù)。光纜的端部有各種尺寸和外形，并且澆注了堅(jiān)固的透明
樹脂。檢測面經(jīng)過光學(xué)打磨，非常平滑。這道精心的打磨工藝能顯著提高光纖束之間的光耦合效率。玻璃光纖內(nèi)的光纖束可以是緊湊布置的，
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SICK光電傳感器的應(yīng)用及工作原理