吳康

    摘要：本文從應(yīng)用角出發(fā)對用于工控檢測系統(tǒng)中部分新型光電傳感器的組成與特點、使用及相關(guān)應(yīng)用事例作分析介紹，并用圖形配合說明。
關(guān)鍵詞：光電傳感器 漫反射 檢測目標(biāo)

概況

    隨著全球制造業(yè)自動化程度的提高，工業(yè)傳感器成為提高生產(chǎn)能力和增強(qiáng)安全的關(guān)鍵所在。工業(yè)傳感器有各種尺寸、形狀和技術(shù)——最常見的是用電感、電容、光電、磁力、超聲波技術(shù)設(shè)計的傳感器。每一種技術(shù)各有其長短，因此要根據(jù)應(yīng)用的要求來確定采用哪一種傳感器。

    而光電式傳感器在檢測和控制中應(yīng)用非常廣泛。由光通量對光電元件的作用原理不同所制成的光學(xué)測控系統(tǒng)是多種多樣的，按光電元件(光學(xué)測控系統(tǒng))輸出量性質(zhì)可分二類，即模擬式光電傳感器和脈沖(開關(guān))式光電傳感器。為此本文著重介紹工控?fù)鞙y系統(tǒng)中新型模擬式光電傳感器的組成與特點、使用及有關(guān)應(yīng)用舉例。

    模擬式光電傳感器是將被測量轉(zhuǎn)換成連續(xù)變化的光電流，它與被測量間呈單值關(guān)系。模擬式光電傳感器按被測量(檢測目標(biāo)物體)方法可分為透射(吸收)式、漫反射式、遮光式(光束阻檔)三大類。所謂透射式是指被測物體放在光路中，恒光源發(fā)出的光能量穿過被測物，部份被吸收后，透射光投射到光電元件上；所謂漫反射式是指恒光源發(fā)出的光投射到被測物上，再從被測物體表面反射后投射到光電元件上；所謂遮光式是指當(dāng)光源發(fā)出的光通量經(jīng)被測物光遮其中一部份，使投射剄光電元件上的光通量改變，改變的程度與被測物體在光路位置有關(guān)。

1、光電式傳感器的組成

    光電式傳感器中必須采用一定的光學(xué)元件，并按照一些光學(xué)定律和原理構(gòu)成各種各樣的波，光學(xué)元件有各種反射鏡和透鏡。

    有一些基本的光電傳感器檢測的是光強(qiáng)的變化。一般地講，它檢測的是傳感器自己的光源發(fā)射出來的光線，或者檢測的并不是傳感器自己的光源發(fā)射出來的光線。光線的類型以及檢測的方法有很多種，不同的傳感器使用的光線和檢測方法是不同的。

    光電傳感器由光源(發(fā)光二極管)、接收器(光敏三極管)、放大器(或比較器)及信號轉(zhuǎn)換器(或斯密特觸發(fā)器)充組成。光敏三極管對進(jìn)來的光線進(jìn)行分析，看看它是不是從發(fā)光二極管產(chǎn)生的光，并且產(chǎn)生輸出信號，基本組成原理示意見圖1所示。其光源(發(fā)光二極管)還己乞包括振蕩器與供電源;光源與接收器(光敏三極管)是不共地，二者之間無電的聯(lián)系以提高抗干擾；光源(發(fā)光器)與接收器可以一個機(jī)殼內(nèi)也可以分開。

    與其他傳感器技術(shù)相比，這種傳感器技術(shù)有很多優(yōu)點。例如，光電傳感器的敏感范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了電感、電容、磁力、超聲波傳感器的敏感范圍。此外，光電傳感器的體積很小，而敏感范圍很寬，加上機(jī)殼有很多樣式，幾乎可以到處使用。最后，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，光電傳感器在價錢方面可以同用其他技術(shù)制造的傳感器競爭。

1.1透射式光電傳感器在煙塵濁度監(jiān)測上的應(yīng)用

    防止工業(yè)煙塵污染是環(huán)保的重要任務(wù)之一。為了消除工業(yè)煙塵污染，首先要知道煙塵排放量，因此必須對煙塵源進(jìn)行監(jiān)測、自動顯示和超標(biāo)報警。

    煙道里的煙塵濁度是通過光在煙道在傳輸過程中的變化大小來檢測的。如果煙道濁度增加，光源發(fā)出的光被煙塵顆粒的吸收和折射增加，到達(dá)光檢測器的光減少。因此光檢測器輸出信號的強(qiáng)弱便可反映煙道濁度的變化。本應(yīng)中應(yīng)用奧托尼克斯(Autonics)公司的BYD3M-TDT透射式小型光電傳感器，其光源(發(fā)光器)與接收器不一個機(jī)殼內(nèi)，見圖2(a)使用示意圖:先將發(fā)射器和接收器對準(zhǔn)并固定好后才可以通電(12-24)VDC；接著在ON狀態(tài)設(shè)定好發(fā)射器的中心位置，然后左右上下方向調(diào)節(jié)接收器和發(fā)射器的位置；最后檢測目標(biāo)穩(wěn)定后固定好發(fā)射器和接收器。

    圖2(b)是式煙塵濁度監(jiān)測系統(tǒng)的組成框圖：為了檢測出煙塵中對人體危害性最大的亞微米顆粒的濁度和避免水蒸氣與二氧二碳對光源衰減的影響，選取可見光作光源(400-700nm波長的白熾光)。光檢測器光譜響應(yīng)范圍為400-600nm的光電管，獲取隨濁度變化的相應(yīng)電信號。為了提高檢測靈敏度，采用具有高增閃、高輸入阻抗、低零漂、高共模抑制比的運(yùn)算放大器，對信號進(jìn)行放大�？潭刃Ｕ挥脕磉M(jìn)行調(diào)零與調(diào)滿刻度，以保證測試準(zhǔn)確性。顯示器可顯示濁度瞬時值。報警電路由多諧振蕩器組成，當(dāng)運(yùn)算放大器輸出濁度信號超過規(guī)定時，多諧振蕩器工作，輸出信號經(jīng)放大后推動喇叭發(fā)出報警信號。

2.漫反射型光電傳感器

    漫射型光電傳感器