光电传感器在自动化控制中的应用研究

凤小辉

摘 要：信息时代传感器是获取自然与生产中信息的主要途径和手段，传感器技术在发展经济、推动社会进步方面具有重要作用。光电传感器是目前产量最多应用最广的传感器之一，在自动控制和非电量电测技术中占有非常重要的地位。文章概述传感器技术研究现状与发展，介绍了光电式传感器的分类，探讨了传感器在自动化系统中的应用，并分析我国传感器技术发展的若干问题及发展方向。

关键词：传感器；光电传感器；自动控制

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。近年来，随着光电技术的发展，光电传感器已成为系列产品，其品种及产量日益增加，用户可根据需要选用各种规格产品，在各种自动化控制中获得广泛的应用。

1 传感器的研究现状与发展

工程上通常把直接作用于被测量，能按一定规律将其转换成同种或别种量值输出的器件，称为传感器。传感器的作用类似于人的感觉器官，也可以认为是人类感官的延伸。传感器主要用于检测自动化系统自身与操作对象、作业环境状态，为有效控制机电一体化系统的运作提供必须的相关信息。现代科技的发展不断地向传感器技术提出新的要求，推动传感器技术的发展。与此同时，传感器技术迅速吸取和综合各个科技领域（如物理学、化学、生物学等）的新成就，开发出新的方法和装置。传感技术已成为重要的现代科技领域，传感器及其系统生产已成为重要的新兴行业。

2 光电式传感器分类

2.1 槽形光电传感器

槽形光电传感器又叫做U型光电开关，其发射器和接收器分别位于U型槽的两边，并形成一光轴，当被检测物体经过U型槽，阻断光轴时，光电开关就产生了检测到的开关量信号。因为槽形光电开关比较安全可靠，适合检测高速变化、分辨透明与半透明的物体。

2.2 对射式光电传感器

对射式光电传感器就是發射器和接受器分开放置，发射器发送红外光给一定距离外的接受器接受形成通路。检测物通过时阻挡光路，接收器就动作，输出一个开关控制信号，因为发射器发出的光束只跨越感应距离一次，所以可以可靠地用于野外或粉尘污染较为严重的环境中。

2.3 反射式光电传感器

把发射器和接受器装入同一个装置内，在装置一定距离放置一个反光板，将发射器的光线反射回接受器，利用反射原理完成光电控制作用的称为反光板反射式光电开关。正常情况下，发射器发出的光被反光板反射回来被接受器接收；当光路被检测物挡住，接受器收不到光时，传感器产生输出，开关动作。这种光电传感器可以辨别不透明的物体，借助反射部件形成较大的有效距离范围，可以用于野外或粉尘污染较为严重的环境中。

2.4 漫反射式光电传感器

它的检测头里也装有一个发射器和一个接受器，没有反光板。正常情况下发射器发出的光接受器是收不到的；只有当检测物通过时挡住了光，并把光部分反射回来，接受器才收到光信号，然后输出一个开关控制信号。多见于公共厕所自动冲水系统，自动水龙头。

2.5 光纤式光电传感器

把来自光源的光用光纤引导到检测点，使待测参数与进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性质发生变化再把检测到的光信号用光纤引导到光接收器就组成光纤式光电开关。

3 传感器在自动化系统中的应用

传感器是左右自动化系统（或产品）发展的重要技术之一，广泛应用于各种自动化产品之中。光电传感器除了安防系统中常见的光电开关烟雾报警器，工业中还常常用它来记数机械臂的运动次数。在照明技术中也是覆盖面最广，作用比较全，主要包括led照明、智能照明、光纤照明、灯光设计，道路照明等，此外光电传感器还在许多方面得到了应用，例如在行程控制、自动门传感、色标检出、以及安全防护、转速检测、气流量控制等方面。

3.1 光电色质检测

最早最成熟的应用主要是在粮食加工、分选领域的应用，主要是用于各类谷物、杂粮分选的色选机。色选机是根据物料光学特性的差异，利用光电技术将颗粒物料中的异色颗粒自动分拣出来的设备，按照待分选物料种类的不同，色选机可分为大米色选机、杂粮色选机和茶叶色选机等。在产品包装前先由光电检测色质，物品颜色有偏差时就有比较电压差输出，接通电磁阀，由压缩空气将差异物品吹出。

3.2 光电转速传感器

在待测定的转速轴上固定一带孔的转速调置盘，在调置盘的一边由白炽灯产生恒定光，透过盘上小孔到达光敏二极管组成的光电转换器上，当有物体挡在红外光电发光二极管和高灵敏度的光电晶体管之间时，传感器将会输出一个低电平，而当中间没有物体时则输出为高电平，形成一个脉冲。系统在光电传感器接受器后加接电动机，并在电动机的转轴上安装一转盘。在这个转盘的边沿处设计出若干个圆形过孔，把传感器的检测部分放在圆孔的圆心位置。每当转盘随着后轮旋转的时候，传感器将向外输出若干个脉冲。根据脉冲计算出轮子即时的转速。

3.3 自动门传感

在地铁自动门或电梯自动门中加以运用。把1个发射器和1个接受器将它们分别装在对射距离内，发射器和接受器的镜头应该正对，且在同一高度。可检测位于光轴上，且直径大于30mm的不透明物体。对屏蔽门（或安全门）与列车车体之间，一旦乘客或大件物品有意、无意被夹在屏蔽门和列车车体之间的空隙，就会遮挡红外光线，判断出有障碍物，并及时输出声光报警信号，同时通知列车司机或车站管理人员。为了防止两对传感器相互干扰，发射器1和接受器1的频

率都调整为频率A。发射器2和接受器2的频率都调整为频率B。为了防止外部环境光（如太阳光）直射产生的干扰，或者灰尘落在镜头上以及长期积灰产生的影响，在发射器和接受器的镜头前加装长圆形套筒。

3.4 在印刷中的应用

卷筒纸印刷机断纸检测可采用反射式的光电开关。当纸带正常运行时，检测器可以检测到经纸带表面反射回来的光信号；当有断纸发生时，纸带表面无法反射回信号则系统立即发生一系列的动作，即印刷装置离压，并快速停机以防止断纸缠绕在印刷滚筒表面有些单张纸胶印机纸张检测采用的是透射式光电传感器，根据印刷用纸一张时、两张以及两张以上时对光路光线的遮盖程度的不同进行纸张的检测。当两张及两张以上的纸经过传感器时电路接通，切断给纸，互锁，自动离压、离水、离墨，机器从定速降到运转速度。从而实现单张纸胶印。

4 我国传感器技术发展方向

就当前科技技术发展来看，我国主要传感器技术今后的发展方向可有以下三个方面：

新材料的研发。随着材料行业对传感器敏感材料进一步的开发，传感器新敏感材料不断推出，高新材料已广泛用于新型传感器制造研发中，新材料的开发对传感器行业起着决定性的作用。

向集成化、智能化、数字化发展。随着现代化的发展，传感器的功能已突破传统的功能，其输出不再是一个单一的模拟信号，而是经过微电脑处理好后的数字信号，有点甚至带有控制功能，即智能传感器。

向微功耗及无源化发展。传感器一般都是非电量向电量的转化，工作时离不开电源，开发微功耗的传感器及无源传感器是必然的发展方向。

参考文献

[1]张燕，曾光宇.光电式传感器的应用与发展[J].科技情报开发与经济，2006（13）.

[2]谢望.光电传感器技术的新发展及应用[J].仪器仪表用户，2005（05）.

[3]张正伟.传感器原理与应用[M].北京：中央广播电视大学出版社，1991.