有关光电传感器的调研报告

关于光电传感器的调研报告作者：陈慈 指导老师：陈强摘要 本文主要阐述了光电传感器对人们日常生活及未来生活发展的影响，并在其工作原理、分类和在各个领域的用途做出简短介绍，最后调研了国内外生产其产品的各公司的概况及发展状况，对比了其性能指标，并对光电传感器产品的发展前景做出了预估。关键词：光电传感器、原理、性能、发展目录引言-2 -一 光电传感器的工作原理- 2 -二传感器的分类- 3 -（一）标准光电传感器- 3 -（二）安全光电传感器- 3 -（三）门控光电传感器- 3 -三 光电传感器的应用- 3 -（一）烟尘浊度监测仪- 3 -（二）光电池在光电检测和自动控制方面的应用- 4 -（三）光电传感器的特长- 4 -四 国内外光电传感器公司境况- 4 -（一）OMRON欧姆龙-4 -（二）国倍加福P+F-6 -（三）SUNX【神视】- 8 -（四）邦纳- 11-五 光电传感器的发展前景- 13-六 参考文献- 14-引言新技术革命的到来，世界开始进入信息时代。在利用信息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。 在基础学科研究中，传感器更具有突出的地位。现代科学技术的发展，进入了许多新领域：例如在宏观上要观察上千光年的茫茫宇宙，微观上要观察小到 cm的粒子世界，纵向上要观察长达数十万年的天体演化，短到 s的瞬间反应。此外，还出现了对深化物质认识、开拓新能源、新材料等具有重要作用的各种极端技术研究，如超高温、超高真空等。许多基础科学研究的障碍，首先就在于对象信息的获取存在困难，而一些新机理和高灵敏度的检测传感器的出现，往往会导致该领域内的突破。 由此可见，传感器技术在发展经济、推动社会进步方面的重要作用，是十分明显的。世界各国都十分重视这一领域的发展。相信不久的将来，传感器技术将会出现一个飞跃，达到与其重要地位相称的新水平。目前，全球的传感器市场在不断变化的创新之中呈现出快速增长的趋势。有关专家指出，传感器领域的主要技术将在现有基础上予以延伸和提高，各国将竞相加速新一代传感器的开发和产业化，竞争也将日益激烈。新技术的发展将重新定义未来的传感器市场，比如无线传感器、光纤传感器、智能传感器和金属氧化传感器等新型传感器的出现与市场份额的扩大。其中光电传感器采用非接触的检测形式，响应速度可达毫秒级，同时高端型可用于距离检测并配备不同的通讯接口可直接将信息传送到控制系统上。光电传感器的优势在于速度高于超声波传感器，检测距离大于电感式传感器。因而，对于光电传感器的研究的意义就更加深远了。一 光电传感器的工作原理由于光通量对光电元件的作用原理不同，所制成的光学测控系统是多种多样的,按光电元件(光学测控系统)输出量性质可分二类,即模拟式光电传感器和脉冲(开关)式光电传感器.模拟式光电传感器是将被测量转换成连续变化的光电流,它与被测量间呈单值关系.模拟式光电传感器按被测量(检测目标物体)方法可分为透射(吸收)式,漫反射式,遮光式(光束阻档)三大类.所谓透射式是指被测物体放在光路中,恒光源发出的光能量穿过被测物,部份被吸收后,透射光投射到光电元件上;所谓漫反射式是指恒光源发出的光投射到被测物上,再从被测物体表面反射后投射到光电元件上;所谓遮光式是指当光源发出的光通量经被测物光遮其中一部份,使投射刭光电元件上的光通量改变,改变的程度与被测物体在光路位置有关.二 光电传感器的分类（一）标准光电传感器1漫反射型：一般型或能量型 (-8)，聚焦式 (-8-H)，带背景抑制功能型 (-8-H)，带背景分析功能型 (-8-HW) 2反射板型：一般型 (-6)，带偏振滤波功能型 (-54, -55)，带透明体检测功能型 (-54-G)，带前景抑制功能型 (-54-V) 3对射型 4槽型 5光纤传感器：塑料光纤型，玻璃光纤型 6色标传感器，颜色传感器，荧光传感器 7光通讯 8激光测距：三角反射原理型，相位差原理型，时间差原理型 9光栅 10防爆/隔爆型 （二）安全光电传感器1安全对射光电 2安全光栅 3安全光幕 4安全控制器 （三）门控光电传感器1雷达传感器：区域检测型 2主动式传感器：单光束型，多光束型，区域检测型 3被动式传感器：区域检测型三 光电传感器的应用（一）烟尘浊度监测仪防止工业烟尘污染是环保的重要任务之一。为了消除工业烟尘污染，首先要知道烟尘排放量，因此必须对烟尘源进行监测、自动显示和超标报警。烟道里的烟尘浊度是用通过光在烟道里传输过程中的变化大小来检测的。如果烟道浊度增加，光源发出的光被烟尘颗粒的吸收和折射增加，到达光检测器的光减少，因而光检测器输出信号的强弱便可反映烟道浊度的变化。 （二）光电池在光电检测和自动控制方面的应用光电池作为光电探测使用时，其基本原理与光敏二极管相同，但它们的基本结构和制造工艺不完全相同。由于光电池工作时不需要外加电压；光电转换效率高，光谱范围宽，频率特性好，噪声低等，它已广泛地用于光电读出、光电耦合、光栅测距、激光准直、电影还音、紫外光监视器和燃气轮机的熄火保护装置等。（三）光电传感器的特长1检测距离长如果在对射型中保留10m以上的检测距离等，便能实现其他检测手段（磁性、超声波等） 无法离检测。2对检测物体的限制少由于以检测物体引起的遮光和反射为检测原理，所以不象接近传感器等将检测物体限定 在金属，它可对玻璃.塑料.木材.液体等几乎所有物体进行检测。3响应时间短光本身为高速，并且传感器的电路都由电子零件构成，所以不包含机械性工作时间，响应时间非常短。4分辨率高能通过高级设计技术使投光光束集中在小光点，或通过构成特殊的受光光学系统，来实现高分辨率。也可进行微小物体的检测和高精度的位置检测。5可实现非接触的检测可以无须机械性地接触检测物体实现检测，因此不会对检测物体和传感器造成损伤。因此，传感器能长期使用。6可实现颜色判别通过检测物体形成的光的反射率和吸收率根据被投光的光线波长和检测物体的颜色组合 而有所差异。利用这种性质，可对检测物体的颜色进行检测。7便于调整在投射可视光的类型中，投光光束是眼睛可见的，便于对检测物体的位置进行调整。四 国内外光电传感器公司境况（一）OMRON【欧姆龙】欧姆龙传感器能检测、测量、分析和处理在各种生产环境下发生的变化，如：位置、长度、高度、移动和外形等方面的变化，其有助于对未来发生的情况做出预测和预防。其中主营光电传感器有以下几种：1、区域传感器F3ZN系列：测量光幕特点：（1）最大240光轴为止、对应直列连接；通过设定支援软件（PC版），可用编程序的I/O，进行任意的功能设定；受光亮水平监视。（2）扫描监控F3WN-X系列：工件检测区域传感器特点：（1）最小光轴间距9mm。（最小检测物体的大小14mm）；（2）最短传感器长度，187mm。（光轴数11光轴）；（3）最长传感器长度，1,822mm。（光轴数120光轴）。2、外围设备传感器E39-L93/150/151/E39-L97/98：传感器调节器/金属护罩特点：安装简便、调整简便、更可安心使用的牢固的传感器配件3、放大器内藏型传感器凹槽型 E3T：通用微型放大器内置可实现1m的长距离检测特点：（1）按用途选择有4种类型：透过型/扩散反射型/限定反射型回归反射型（2）0.8mm的微小光束(E3T-SL1)能进行微小工件检测（3）采用单片光电IC （集成电极）可信度高（4）装载OMRON公司独有的FAO本机器是世界上早采用同轴回归反射型的机型圆柱型 E3F3：光电传感器特点：（1）螺纹柱关光电传感器，放大器内藏，具备接近传感器外观的光电传感器具有光电-IC技术的高抗干扰性；（2）新式光电-IC，以增加抗干扰性；（3）M18DIN大小的柱状外罩，ABS树脂盒/BRASS外壳（4）备有传感距离长（30cm），带灵敏度调节器的反 射型产品；（5）短路保护和逆接保护。4、电源内藏型DC电源 E3JK-DC:直流型 、光电开关特点：（1）机体细长，节约空间，体积仅为505017.4mm;（2）M.S.R机能可检测平滑，有光泽物体;（3）新式光电-IC，增强抗干扰;（4）电源逆接，输出短路和输出逆接保护(交流型号无)。5、放大器分离型小探头型 E3C光电开关特点：（1）小型，薄型探头省空间；（2）带有能紧密安装的干扰防止功能；（3）带有传感器部有输入指示灯，所以设定容易。激光式 E3C-LDA：数字式放大器分离光电量传感器(激光型) 特点：激光光束可变。配合工件可选择光点区域3 种变化的光学结构（1）可绰绰有余的检测长距离1000mm(扩散反射型)；（2）装载焦点可变构造&光轴可调构造；（3）现场装备了检测时易于识别的发光式大型动作显示灯；（4）传感器探头部通过接插件化使连接更为简单。6、光纤式放大器 数字（自动协调） E3X-ZD：数字光纤传感器最简便的数字光纤传感器特点：（1）独立示教按钮：示教和感度调整同时完成省时； （2）超大微调按钮，门槛值调整更方便省力； （3）大屏幕显示和状态指示灯，状态一目了然省心。E3X-DA11-N特点：（1）用新型的接插件可以省配线省空间，提高保养性能;（2）采用自动电源控制（APC）电路的超级数字显示;（3）消耗电力最多可省70%;（4）可以在运行中把数字显示关掉或变暗;（5）移动电话大小的新时代的手机式控制器，全力发掘光纤放大 大器的功能。 （二）国倍加福P+F 1、对射型光电传感器对射型光电传感器发射器与接收器位于独立的两个壳体中。发射器发送的光直接被接收器接收。如果物体遮住了光束，开关功能触发。常用于远距离检测，稳定性好，能量强。对射型光电传感器的特性也决定了它适用于多尘和较脏的工业环境。可应用于：（1）监测生产以及包装流水线 （2）通过透明的外包装检测产品灌装情况 （3）保护自动门的危险区域2、反射板型光电开关反射板型传感器，光的路径处在传感器与一个特殊的反射板之间。当有物体挡住光束，就会被传感器检测出来。特点：（1）极性滤波（2）透明物体检测（3）前景抑制功能3、漫反射型传感器（1）带背景抑制功能的漫反射型传感器：此类传感器为检测物限定了 检测距离，而与检测物的颜色、反射率及光泽度无关。它能够检测直接放置在亮背景上的暗色物体，且安装调节也很方便。 （2）聚焦式漫反射型传感器：聚焦式传感器通过对透镜的调节将发射器与接收器的聚焦点固定在同一位置，该设计有利于屏蔽背景的干扰，同时小光斑的设计缩小了在检测黑色和白色目标物时的距离差。 （3）带背景处理功能的漫反射型传感器：此类传感器只对背景反射回的光进行分析（譬如：地板）。如果传感器检测不到背景，输出将改变状态。此类传感器一般应用于对不规则形状的物体进行检测的情况，此时使用者通常难以确定物体反射光反射回传感器的具体位置。4、光纤传感器光纤传感器针对小物体的检测以及特殊环境的检测，提供了极佳的解决方案。光纤放大器与光纤配合使用，可用于有限空间、恶劣环境、以及普通光电传感器不能正常工作的高温环境。 并且光纤传感器有多种尺寸及形状可供选择，从DIN导轨安装型，到18 mm圆柱型，再到标准尺寸限位开关型等等。同时，传感器拥有多种电气输出方式、数显功能、以及多种光纤可供用户选择。5、色标传感器色标传感器可用于在印刷、转换、包装、食品、饮料以及制药的过程中对注册商标的检测，从而对货物进行排序、定位以及质量控制。 P+F色标传感器的特色为：高分辨率下的低对比度检测，响应时间短；对于检测材料的高度、角度的偏差不敏感；光学透镜可90互换。只要简单的按下TEACH-IN按钮，发射器LED将自动选择最佳颜色及自动调节触发阀值。对于恶劣环境下的特殊应用，推荐不锈钢外壳的DKE系列以及RL5-LL光纤传感器（配合光纤使用）系列。6、人身安全保护的安全光电传感器为了使人体和身体各个部位在靠近危险区域时，达到一定的安全级别，无接触的保护系统是首选。特别是当自由移动的区域不能被其它形式的安全保护设备进行限制时，安全光电传感器能够完全满足监视保护的要求。 产品特性：（1）从保护机器的单根安全光束到安全光幕 （2）针对手指，手掌和身体的保护 （3）满足IEC 61496-1的2级或4级安全要求的自监控 （4）诊断显示方便了故障的排除 （5）继电器或晶体管的OSSD安全信号输出 （6）带上电屏蔽功能 （7）方便与现有机器控制器的集成 （8）强大的Muting功能（三）SUNX【神视】1、数字设定放大器分离型 数字激光传感器LS-403系列特点：易于维修、预防维护的新型激光传感器闪亮登场(1)可直接连接适用CC-Link的通信装置SC-GU2-C(2)节省维护成本的阈值跟踪周期设定功能(3)可作为C-Link远程设备站使用(4)省配件，省空间采用单触式电缆可节省配线。可减少中继端子座的连接点数和工时，有助于节省空间。数字激光传感器LS系列：对应各种不同的用途，备有六种类型的激光检测头用途：(1)检测形状复杂的工件；（图1） (2)检测卷材的余量；（图2）(3)检测电子零部件的脚销。（图3） 图1 图2 图3特点：(1)行业标准安装间距；(2)简单易行的光点调整；(3)配备FDA/IEC/JIS顶级产品系列；(4)备有光轴微调支架；(5)设定简单，双重显示；(6)使用两个开关，操作简单；(7)省配线省空间(8)切实检测位差；(9)可进行多种检测的4种新模式；(10)M0DE NAVI定制功能；(11)配备投光停止功能；(12)可从外部输入的电缆型；(13)最多可紧密安装4台。2、放大器内置小型可调节检测距离的反射型光电传感器CX-440系列特点：高精度 不受颜色影响 长距离。在检测小于04mm高度段差和不同颜色物体时，性能稳定发挥。(1)以2%以下的磁质可检测小到0.4mm的高度差别（较以前提高2.5倍）;(2)黑色和白色之间检测距离的差在1%以下（较之以前提高1.3倍）;(3)300mm的长检测距离是同类产品之首，检测距离是传统传感器世界标准尺寸的1.5倍。超薄型光电传感器 EX-10系列用途： (1)区分PCB位置；(2)区分PCB位置检测IC；(3)检测PCB架；(4)检测晶片盒；(5)检测薄环；(6)检测托盘上电容器的缺少。特点：放大器内置 超小超薄型。(1)体积只有W10H14.5D3.5mm(透过型，正面检测型)，可安装在狭小空间内；(2)适合检测细小部件和高速移动的物体；(3)扩散反射型传感器是正面检测，由于薄，看上去可被直接 粘合在安装基座上，透过型传感器可同时进行正面检测和侧面检测，并可灵活安装；(4)小型体积，并装备有方便的双色指示灯；(5)其保护构造达到IP67，并且其金属配件用的全部是不锈钢，所以可以用水冲洗。(6)透过型传感器在分叉器上装备了工作模式开关，可在启动前检测其可工作性。螺纹头小型光电传感器EX-30系列样品图示用途：(1)检测IC高度；(2)检测标签杂志上标签的数量；(3)检测IC针；(4)动作切换开关；(5)灵敏度调节器;(6)清晰可视的二色指示灯。特点：下一代新型系列。光纤传感器的新替代品。(1)检测轴中心与安装孔中心一致，可更方便地设定检测位置;(2)EX-30系列解决了光纤传感器的所有难点(3)使用橡皮电缆，使传感器电缆如光纤一样不破损;(4)EX-30系列用螺丝安装(透过型为M4，反射型为M6)，这种方法可使它们与原有的高价光纤传感器一样插入生产线;(5)放大器内置，无需另外的放大器;(6)弯曲半径好，传感器可沿传送带安装;(7)具有高弯曲强度，不需要防止电缆破损的保护管。限定反射型光电传感器EX-40系列特点：可靠检测限定范围内的物体。(1)稳定的限定距离检测；(2)可在有限的空间内安装；(3)光点型装备有一个OFF延迟定时器；(4)IP67保护构造，传感器有防水性；(5)扩散型：在有限的检测距离内，传感器不受小孔或不平整的影响。距离设定反射型光电传感器 EQ-500系列用途： (1)检测漏洞内部水平面;(2)确认传送带上包裹的通过。特点：2.5m的长距离检测性能。不易受颜色或光泽影响的稳定检测。(1)2.5m的可调节距离允许足够空间的安装,1m的检测距离型也同样适用;(2)备有带ON延迟/OFF延迟定时器型；(3)几乎可使用任何电源,使得本传感器可在全世界使用。(4)不易受外界因素影响；(5)BGS/FGS功能控制背景效果，使检测更为稳定；3、电源内置小型多电压光电传感器 NX5系列特点：多电压光电传感器世界通用(1)适用于所有的电源电压;(2) 最适用于传送带和停车场;(3)保护构造为IP66(IEC)，采用N2封闭继电器作为输出点，显著提高可靠性;(4)多电压的传感器深度仅35mm。4、放大器分离薄型自动灵敏度设定光电传感器 SU-7/SH系列用途： (1)测定铅制框架的位置(2)区别集成电路块的上下表面(3)检测白纸上的红色标记(4)检测盒内的透明玻璃电路板(5)检测IC高度特点：简单、合适的紧凑设计。5、微型连接器内置H型微型光电传感器 PM-64系列特点：简易连接装置，实现了快速连接，非常简便(1) 大大节省了空间。从光轴中心至电缆弯曲部位的尺寸最多减至1/2。(2) 连接器连接型，省去了以往需要实施锡焊、绝缘处理等一切麻烦。(3)提高维护性和施工性，大幅降低成本。（四）邦纳 1、微型光电传感器微型光电传感器都是很小很薄适合使用于狭小空间。对照式感测距离可达4公尺， 尺寸范围从12x16x15mm 到 26x9x16mm。主要型号：（1）WORLD-BEAM Q12系列强化超小型传感器含多种检测模式，适用于在狭小区域内进行精确的检测（2）T8系列 8 mm 带螺纹的圆柱型固定传感器适合小区域（图1）（3）MINI-BEAM2 QS12系列在原来1/3 的尺寸内, 却有MINI-BEAM 系列传感器强大性能（图2）（4）M12 SeriesVisible Red LE直径12 mm 金属圆筒型螺牙固定以可见红光感测D（图3） 图1 图2 图32、精巧型光电传感器精巧型光电传感器是外型相当于拇指的大小的长方或圆筒外型。对照型感测距离可达30 公尺，尺寸范围从35x31x15 到81x30.7x12.2 厘米。主要型号：（1）WORLD-BEAM QS18：系列通用型安装设计,镜头侧带有M18螺纹;（图1）（2）M18 系列18 mm 螺纹不锈钢外壳圆柱型光电开关含EZ-BEAM style 光学及电路,可靠检测，无需调整（图2）（3）T18 系列T型外壳,镜头侧带有M18的螺纹含EZ-BEAM 光学及电路,无需调节便可可靠检测(大多数型号)（4）Q25 系列EZ-BEAM 型带M18螺纹安装基座的直角型传感器（图3） 图1 图2 图33、中型光电传感器中型光电传感器是长方形或圆筒形。对照式感测距离可达60公尺. 尺寸范围从42x42x12.7mm 到102x30.7x12.2mm 为长方形,102x30mm 为圆筒形。主要型号：（1）QS30ELVC系列传感器：为测透明的，半透明的物体提供一种易于使用，高性能的传感器QS30ELVC系列，其特有坚固的ABS外壳和丙烯透镜，达到 IP67 的等级，为测透明的，半透明的物体提供一种易于使用，高性能的传感器；（图1）（2）SM30 & SMI30系列：标准的,高能的本质安全型对照式传感器,圆柱型,带M30螺纹；（图2）（3）PicoDot PD 系列：轻巧的聚焦式和反射板式雷射光传感器,加强型外壳适用于精确到位检测,检查和记数；（图3） 图1 图2 图34、大型光电传感器大型光电传感器能感测距离达200 公尺，具交流ac ，直流dc ，或ac/dc 交直流通用电压并且提供电机电绎输出。尺寸范围从67x52x25 mm 到98.6x54.6x44.5 mm 。主要型号：（1）Q45 系列：高级一体式,加强型外壳设计的传感器,具有优良的光学性能；（图1）（2）Q60：背景消除系列：雷射或LED传感器,适用于 检测低反射率物体,可忽略背景。（图2） 图1 图25、放大器分离型光电传感器放大器分离型光电传感器有两个组成：放大器可以被规划使用于制程；分离型光电传感器头尺寸小到分离安装于小空间。主要型号：