机电系统控制PPT课件

1、2.1 光电开关与光电断路器 光电开关光电开关和和光电断路器光电断路器都是由红外发光二极管和光电接都是由红外发光二极管和光电接收器件组成的光电器件。按其工作原理，光电开关和光电断收器件组成的光电器件。按其工作原理，光电开关和光电断路器几乎无差别。路器几乎无差别。 一般说来，光电断路器的发光管的功率较小，检测距离一般说来，光电断路器的发光管的功率较小，检测距离较近较近(几毫米至几十毫米几毫米至几十毫米)，其结构多采用机电一体化整体结构，其结构多采用机电一体化整体结构，采用直流供电；采用直流供电； 光电开关的检测距离的范围大，从几毫米至几十米不等，光电开关的检测距离的范围大，从几毫米至几十米不等，

2、其红外发光管的功率视距离的大小而不同，为其红外发光管的功率视距离的大小而不同，为防止外界干扰防止外界干扰(包括阳光，电磁干扰等包括阳光，电磁干扰等)，多采用红外调制光源，供电源采用，多采用红外调制光源，供电源采用直流或交流供电。直流或交流供电。第1页/共82页第2页/共82页第3页/共82页第4页/共82页1 光电断路器及其应用 1）光电断路器的结构和工作原理）光电断路器的结构和工作原理 光电断路器的输入级，一般是光电断路器的输入级，一般是砷化镓砷化镓(GaAs)发光二极发光二极管，而输出级的结构和组成则不同。管，而输出级的结构和组成则不同。 按照结构的不同，常分为槽型按照结构的不同，常分为槽

3、型(或称透射式或称透射式)和反射型两大和反射型两大类，如图所示。类，如图所示。 光电断路器，也称光阻断器，它是一种常见的光电传感光电断路器，也称光阻断器，它是一种常见的光电传感器，也是一种光电开关。器，也是一种光电开关。第5页/共82页 按照输出级的不同，除采用光电三极管外，还有达林顿输出型和集成电路输出型等，如图所示。 图图(b)所示槽型光电断路器，其输出级的所示槽型光电断路器，其输出级的光电三极管和晶体三光电三极管和晶体三极管构成的复合级极管构成的复合级，即即达林顿达林顿输出级，输出级，驱动能力较强驱动能力较强，可直接驱动，可直接驱动小功率器件，如触发可控硅小功率电动机或电磁继电器等。小功

4、率器件，如触发可控硅小功率电动机或电磁继电器等。 图图(c)电路的输出级为集成电路型，由光电管电路的输出级为集成电路型，由光电管(二极管或三极管二极管或三极管)、放大器、整形电路、稳压电路和输出放大级等组成，输出波形好，放大器、整形电路、稳压电路和输出放大级等组成，输出波形好，驱动能力强驱动能力强，可直接驱动负载或后级电路。，可直接驱动负载或后级电路。第6页/共82页透射型(槽型)光电断路器工作原理 红外发光二极管的供电源采用稳定的直流电压，使流过管子红外发光二极管的供电源采用稳定的直流电压，使流过管子的工作电流保持在给定值；的工作电流保持在给定值； 所发射的红外光通过槽口直射至光电管的窗口；

5、所发射的红外光通过槽口直射至光电管的窗口； 光电管将红外光转换成相应的电流光电管将红外光转换成相应的电流(一般为几毫安到几十毫一般为几毫安到几十毫安安)； 当槽口插入不透明物体当槽口插入不透明物体(工件等工件等)时，光路被阻挡，光电流变时，光路被阻挡，光电流变小小(暗电流约暗电流约0.1A左右左右)，光电管几乎呈截断状态。，光电管几乎呈截断状态。 根据流过光电管及其负载的电流大小，就可判断有无工件通根据流过光电管及其负载的电流大小，就可判断有无工件通过槽口。过槽口。 透射型透射型(槽型槽型)光电断路器的发光器和受光器在沟槽两侧相光电断路器的发光器和受光器在沟槽两侧相对放置，故又称对射式光电断路

6、器。对放置，故又称对射式光电断路器。第7页/共82页反射型光电断路器工作原理反射型光电断路红外发光二极管与光电管成一定角反射型光电断路红外发光二极管与光电管成一定角度或平排放置，中间无槽口；度或平排放置，中间无槽口； 当被检测的物体当被检测的物体(工件工件)在器件外侧移动时，发光管在器件外侧移动时，发光管发出的红外光被物体表面反射，并被光电管接收、光发出的红外光被物体表面反射，并被光电管接收、光电转换后，再加至检测或识别电路。电转换后，再加至检测或识别电路。 这种断路器不仅可检测附近有无移动物体，还可这种断路器不仅可检测附近有无移动物体，还可根据物体表面反射能力的大小用来检测其上的标记、根据物

7、体表面反射能力的大小用来检测其上的标记、符号及条形码等。符号及条形码等。第8页/共82页2）光电断路器的外形和基本参数 由于被检测的物体形体、尺寸各不相同，检测要求也由于被检测的物体形体、尺寸各不相同，检测要求也各不相同，透射型各不相同，透射型(槽型槽型)光电断路器槽的宽度、深度、透光光电断路器槽的宽度、深度、透光窗尺寸及输出类型各不相同，其外形尺寸和结构有所不同。窗尺寸及输出类型各不相同，其外形尺寸和结构有所不同。下图是常见的槽型光电断路器的外形、结构。下图是常见的槽型光电断路器的外形、结构。第9页/共82页 槽型光电断路器，由于其外形和结构所限，它槽型光电断路器，由于其外形和结构所限，它的

8、检测范围被严格地限制在槽内，检测距离较小，的检测范围被严格地限制在槽内，检测距离较小，一般为几厘米。一般为几厘米。 反射型光电断路器，由于采用光电一体化结构，反射型光电断路器，由于采用光电一体化结构，加之发射的红外功率较小，故检测距离也较小。加之发射的红外功率较小，故检测距离也较小。 通常，将功率较大、检测距离远的器件，划归为通常，将功率较大、检测距离远的器件，划归为反射型光电开关。反射型光电开关。 光电断路器的发端一般采用红外发光二极管，输光电断路器的发端一般采用红外发光二极管，输出级有光电三极管、达林顿输出级和集成电路输出出级有光电三极管、达林顿输出级和集成电路输出型等。型等。 下表给出了

9、透射型下表给出了透射型(槽型槽型)光电断路器的发端参光电断路器的发端参数和输出参数。数和输出参数。第10页/共82页对于反射型光电断路器，其发端参数与槽型光电断路器的对于反射型光电断路器，其发端参数与槽型光电断路器的基本相同，而反射型的光电流较小，响应时间较慢。基本相同，而反射型的光电流较小，响应时间较慢。第11页/共82页3）光电断路器的特点和典型应）光电断路器的特点和典型应用用 （1）光电断路器的特点）光电断路器的特点 基于光电断路器的组成和结构，它具有以下特点：基于光电断路器的组成和结构，它具有以下特点： 检测是在非接触方式下进行，无损伤，安全可靠；检测是在非接触方式下进行，无损伤，安全

10、可靠；检测范围被限定在器件的槽内检测范围被限定在器件的槽内(或近侧或近侧)红外光路，外来光红外光路，外来光的干的干扰小，定位精度高；扰小，定位精度高； 红外光电转换速度快，响应迅速、准确；红外光电转换速度快，响应迅速、准确； 光电断路器与光电断路器与CMOS、TTL电路及晶体管电路连接简单，电路及晶体管电路连接简单，匹匹配好；配好； 体积小，重量轻，易安装。体积小，重量轻，易安装。 由于光电断路器的独特优点，它被广泛应用于生产流由于光电断路器的独特优点，它被广泛应用于生产流水水线、机电一体化设备、办公设备、家用电器和自动控制设线、机电一体化设备、办公设备、家用电器和自动控制设备备中，特别适用于

11、薄型或带形材料的检测，如金属板材、木中，特别适用于薄型或带形材料的检测，如金属板材、木板、板、合成板、印刷品、磁带、纸张、塑料薄膜、食品袋的加工、合成板、印刷品、磁带、纸张、塑料薄膜、食品袋的加工、检检测和识别测和识别(色彩色彩)中得到广泛应用。中得到广泛应用。第12页/共82页（2） 光电断路器的典型应用光电断路器的典型应用 将槽型光电断路器安装在剪床上，可对卷带材料和板将槽型光电断路器安装在剪床上，可对卷带材料和板材进行剪切加工，如图所示。材进行剪切加工，如图所示。 在剪床前端加装槽型断路器，当传送来的板材将红外在剪床前端加装槽型断路器，当传送来的板材将红外光路遮住后，断路器迅速动作，输出

12、开关控制信号，将传光路遮住后，断路器迅速动作，输出开关控制信号，将传送带停下，剪刀压板随即滑下压住板材，切刀下降将板料送带停下，剪刀压板随即滑下压住板材，切刀下降将板料切下切下 槽型光电断路器用于板材和卷带材料的剪切槽型光电断路器用于板材和卷带材料的剪切 上述加工方法也可用于板材上述加工方法也可用于板材的冲压落料加工，还可用来对卷的冲压落料加工，还可用来对卷带材料、塑料板、木板、胶带等带材料、塑料板、木板、胶带等进行剪切加工，不仅加工准确、进行剪切加工，不仅加工准确、自动化程度高，且安全可靠。自动化程度高，且安全可靠。第13页/共82页槽型光电断路器用于卷带材料的横向走偏校正 卷带材料在加工过

13、程中，常因卷带材料在加工过程中，常因牵引力变化牵引力变化或或厚度不匀厚度不匀容容易易横向走偏。在卷筒机上加装槽型光电断路器可构成光电式横横向走偏。在卷筒机上加装槽型光电断路器可构成光电式横向向走偏校正装置，如图所示。走偏校正装置，如图所示。 图图(a)中的中的PS1，PS2为加装在卷材左、右两侧的槽型为加装在卷材左、右两侧的槽型光电光电断路器。在卷材不走偏时，断路器。在卷材不走偏时，PS1，PS2的光束均被挡住，的光束均被挡住，PS1，PS2均输出低电平，与它们相连的负载电路呈均输出低电平，与它们相连的负载电路呈“常开常开”状态；状态；当卷当卷材向右偏时，左侧的材向右偏时，左侧的PS1的光束遮

14、挡不了，发、收间形成光的光束遮挡不了，发、收间形成光路，路，PS1动作，输出高电平，经负载动作，输出高电平，经负载(如继电器等如继电器等)转换后，得到转换后，得到驱驱动电压动电压u1。该电压控制卷材的推拉杆，将杆左移，纠正卷带；。该电压控制卷材的推拉杆，将杆左移，纠正卷带；当卷带偏向左时，则当卷带偏向左时，则PS2输出高电平，转换成驱动电压输出高电平，转换成驱动电压u2，将将推拉杆右移，使卷带走正。推拉杆右移，使卷带走正。 当卷材被切断后，当卷材被切断后，PS1，PS2的两条光路均不受遮挡，的两条光路均不受遮挡，PS1，PS2均输出高电平信号，二信号相与后，与门输出均输出高电平信号，二信号相与

15、后，与门输出u3控控制信号，将卷筒机电源切断，卷筒无电自停。制信号，将卷筒机电源切断，卷筒无电自停。第14页/共82页第15页/共82页第16页/共82页第17页/共82页第18页/共82页2 KP型光电断路器及外电路连接 KPES 05P(N),KP ER 0lP(N),KP EG 02P(N)等型号。等型号。 型号中的型号中的KP表示为槽型器件表示为槽型器件; ES表示是红外光源，表示是红外光源，05表示槽口距离，即检测距离不大表示槽口距离，即检测距离不大于于5cm； ER及表示发光源发出的是红色光；及表示发光源发出的是红色光；EG表示绿色光源；表示绿色光源； 型号末端的型号末端的P或或N

16、表示输出电路的类别表示输出电路的类别;N表示其输出应与表示其输出应与NPN型晶体管电路连接；型晶体管电路连接；P表示应与表示应与PNP型管连接。型管连接。 槽型光电断路器的发光器槽型光电断路器的发光器T和受光器和受光器R分装在检测端槽分装在检测端槽口的口的上、下两侧，相对设置，其内部组成如图所示。上、下两侧，相对设置，其内部组成如图所示。 它它内含光学系统、发光器、受光器、放大器、光电调制内含光学系统、发光器、受光器、放大器、光电调制电电路和开关输出级等路和开关输出级等，外部有四根引出线。，外部有四根引出线。国产槽型开关断路器常见的有：国产槽型开关断路器常见的有：第19页/共82页 KP型槽型

17、光电断路器可根据实际电路要求，选用型槽型光电断路器可根据实际电路要求，选用N型型(NPN型型)连接，或连接，或P型型(PNP型型)连接。图连接。图(b)所示的所示的N型连接，棕线型连接，棕线(1)接电源接电源VDD，蓝线，蓝线(4)接接VSS端。若需要在端。若需要在光路通时动作光路通时动作，负载，负载RH接通，此接通，此时应把时应把RH接在黑线接在黑线(2)与与VDD之间，即所谓亮通；若需要光路遮挡时之间，即所谓亮通；若需要光路遮挡时动作，负载动作，负载RH应接在绿线应接在绿线(3)与与VDD之间。对于之间。对于P型连接，其负载型连接，其负载RH连接如图连接如图(c)所示。所示。 KP型槽型光

18、电断路器是在原三线式基础上改进为四线的，可型槽型光电断路器是在原三线式基础上改进为四线的，可方便地进行亮通或暗，进行常开或常闭选择。方便地进行亮通或暗，进行常开或常闭选择。第20页/共82页 本电路如图所示。它由槽型光电断路器、语言发声电路本电路如图所示。它由槽型光电断路器、语言发声电路等组成。等组成。 槽型光电断路器安装在抽屉背后，其槽口的插匙挡板固定槽型光电断路器安装在抽屉背后，其槽口的插匙挡板固定在抽屉后板处，与断路器的槽口相对，平时挡板正好插入槽口在抽屉后板处，与断路器的槽口相对，平时挡板正好插入槽口中央，如图中央，如图(b)所示。所示。第21页/共82页图图(a)为防盗报叫电路图。为

19、防盗报叫电路图。S为电路供电开关，推进抽屉为电路供电开关，推进抽屉的将的将S合上，电路通电合上，电路通电; 槽型光电断路器槽型光电断路器IC1的发光二极管发出红外光。由于挡的发光二极管发出红外光。由于挡板的板的插入，将光路遮挡，插入，将光路遮挡，IC1的受光器得不到光照呈高阻的受光器得不到光照呈高阻(几兆几兆欧欧)，a点呈高电平点呈高电平(接近接近VDD)，VT1(PNP型型)截止截止;与其相接的与其相接的IC2无电无电不工作不工作; 当有人撬屉拉出抽屉时，挡板随即离开断路器的槽口，当有人撬屉拉出抽屉时，挡板随即离开断路器的槽口，红外红外光路不再被遮挡，光电三极管受到光照，将光信号转换成光路不

20、再被遮挡，光电三极管受到光照，将光信号转换成电信电信号，光电流达十几毫安，光电三极管呈低电阻，号，光电流达十几毫安，光电三极管呈低电阻，a点呈低电点呈低电平，使平，使VT1饱和导通，饱和导通，IC2得电并触发，随即发出报警信号。得电并触发，随即发出报警信号。第22页/共82页 IC2采用采用LH169A系列语言集成电路，这是一种系列语言集成电路，这是一种CMOS大大规模集成器件，内储各种语音信号。选用内储规模集成器件，内储各种语音信号。选用内储“抓贼呀抓贼呀”语音语音的器件，它一旦得电并触发，便迅即播出内储的信号，经的器件，它一旦得电并触发，便迅即播出内储的信号，经VT2放大后，驱动扬声器发出

21、放大后，驱动扬声器发出“抓贼呀抓贼呀”的报叫声。的报叫声。 LH169A的工作电压为的工作电压为2.45v，典型电压为，典型电压为4.5v，静态静态下耗电甚微，其静态电流下耗电甚微，其静态电流Isb1A。LH619A采用片状采用片状黑膏黑膏软封装，外形尺寸为软封装，外形尺寸为24mm135mm，安装方便，安装方便;调节外接的振荡电阻器调节外接的振荡电阻器R4的电阻值，可改变其语音的频的电阻值，可改变其语音的频率率和音调。阻值大，声音慢而低沉，阻值小，声调高而快。和音调。阻值大，声音慢而低沉，阻值小，声调高而快。 IC1选用槽型光电断路器，如选用槽型光电断路器，如GP1501，GP1S05型型或

22、或MSA9010型等，其输出级均为光电三极管；型等，其输出级均为光电三极管；VT1，VT2分分别选别选用小功率三极管用小功率三极管9012(PNP型型)，9013(NPN型型)， B采用采用小体积小体积的内磁式扬声器，如的内磁式扬声器，如YD50-1型等。型等。第23页/共82页3 采用反射式光电断路器的计数器电路采用反射式光电断路器的计数器电路 如图所示。如图所示。 它由反射式光电断路器、整形电路、计数译码电路和显示电路等组它由反射式光电断路器、整形电路、计数译码电路和显示电路等组成。成。第24页/共82页 IC1为反射式光电断路器为反射式光电断路器TLP903，输入级为红外发光，输入级为红

23、外发光二极二极管，输出级为光电三极管型。管，输出级为光电三极管型。 当被检测的物件接近光电断路器时，发光管发出的红外当被检测的物件接近光电断路器时，发光管发出的红外光光被物件反射，并由光电管接收，光电管将光能转换成光电被物件反射，并由光电管接收，光电管将光能转换成光电流，流，其收集极电流达十几毫安，其发射极输出高电平脉冲，经其收集极电流达十几毫安，其发射极输出高电平脉冲，经VT1倒相放大和施密特反相器倒相放大和施密特反相器F1(16CD40106)整形后，加整形后，加至至IC3的的CP端。端。 IC3IC5为三只十进制加减计数译码锁存驱动为三只十进制加减计数译码锁存驱动器集器集成电路成电路CD

24、40110，将，将IC3IC5接成三级加计数电路。接成三级加计数电路。C1、R26微分电路用于电路加电时对微分电路用于电路加电时对IC3IC5自动清零。自动清零。SA为手为手动清零开关。动清零开关。第25页/共82页 CD40110为为LE的的锁存锁存控制端，控制端，TE为触发控制端为触发控制端，接低接低电平电平(VSS)使使电路呈计数状态电路呈计数状态。CP端为端为脉冲触发端脉冲触发端，上升沿有上升沿有效效，其其CP端每加来一个上跳变脉冲，经端每加来一个上跳变脉冲，经IC3IC5计数、译码计数、译码后，后，分别加至分别加至IC6IC8共阴极数码管的共阴极数码管的ag相应端，显示累计相应端，显

25、示累计的计的计数值。数值。 当反射型光电断路器当反射型光电断路器IC1所监测的传送带无物件所监测的传送带无物件(工件工件)传过传过时，时，IC1的光电管呈静态，输出呈低电乎，的光电管呈静态，输出呈低电乎，VT1截止，截止，IC3的的CP端无脉冲，计数器停止计数，显示电路保持原来的显示数端无脉冲，计数器停止计数，显示电路保持原来的显示数字。字。待再有物件传送时，再累计计数，最大计数为待再有物件传送时，再累计计数，最大计数为999。 若待计的物件超过若待计的物件超过999，在本电路基础上，可再级联多，在本电路基础上，可再级联多级计级计数和显示电路，计数、显示原理相同。数和显示电路，计数、显示原理相

26、同。 IC1选用反射型光电断路器了选用反射型光电断路器了LP903，LP908或或ON2502，P2058型等，其输出级均为光电三极管型。型等，其输出级均为光电三极管型。第26页/共82页4 光电开关及其应用光电开关及其应用 光电开关与光电断路器光电开关与光电断路器都是光电转换都是光电转换(传感传感)器件，初级器件，初级是红外发光二极管，输出级为光电三极管、达林顿型管或是红外发光二极管，输出级为光电三极管、达林顿型管或光电集成电路等。光电集成电路等。 从原理上讲，光电开关与光电断路器无多大区别，但从原理上讲，光电开关与光电断路器无多大区别，但光电开关的检测距离较大、从几厘米到十几米；在结构上，

27、光电开关的检测距离较大、从几厘米到十几米；在结构上，光电开关不像光电断路器完全是整体结构，也可以是发、光电开关不像光电断路器完全是整体结构，也可以是发、收分开的。收分开的。 1）光电开关的分类和工作方式）光电开关的分类和工作方式 光电开关可按其结构、光的传感方式、光的接收方式、光电开关可按其结构、光的传感方式、光的接收方式、光的发、收方式等分类，有不同的分类或工作方式。光的发、收方式等分类，有不同的分类或工作方式。第27页/共82页第28页/共82页第29页/共82页 图图(a)为槽型光电开关，它的槽口两侧分置发光二极管和为槽型光电开关，它的槽口两侧分置发光二极管和光光接收器。发光器有红外发光

28、管和可见光发光管，光接收器可接收器。发光器有红外发光管和可见光发光管，光接收器可分分为光电三极管、达林顿型光电管和集成电路型等。在槽口无为光电三极管、达林顿型光电管和集成电路型等。在槽口无阻阻挡下，光路直通，光电开关呈挡下，光路直通，光电开关呈“亮通亮通”状态状态(Light ON)；当被检当被检测物件插入或通过槽口时，光路被遮挡，光接收器得不到光测物件插入或通过槽口时，光路被遮挡，光接收器得不到光照照呈高阻呈高阻(1M以上以上)，光电管只有暗电流，光电管只有暗电流(约约1A或更低或更低)，呈截呈截止状态，即处于暗态止状态，即处于暗态(Dark ON)。槽型光电开关从亮态到。槽型光电开关从亮态

29、到暗态暗态的变化时，开关输出一个开关控制信号，完成一次开关动作。的变化时，开关输出一个开关控制信号，完成一次开关动作。 图图(b)是由两地分离的发光器和光接收器组成的光电开关，是由两地分离的发光器和光接收器组成的光电开关，这种发、收控制称为对射分离式光电开关。发、收距离可长这种发、收控制称为对射分离式光电开关。发、收距离可长(几十米几十米)、可短、可短(几十厘米几十厘米)，视实际检测场所或物件而定。，视实际检测场所或物件而定。当当被检测物件通过时，光路被遮挡，光接收器就输出一个开关被检测物件通过时，光路被遮挡，光接收器就输出一个开关信信号，完成一次控制动作。号，完成一次控制动作。5 光电开关的

30、分类和工作方式光电开关的分类和工作方式 光电开关可按其结构、光的传感方式、光的接收方式、光光电开关可按其结构、光的传感方式、光的接收方式、光的发、收方式等分类，有不同的分类或工作方式。的发、收方式等分类，有不同的分类或工作方式。第30页/共82页 图图(c)所示的光电开关为机电一体化结构，在其前方安放所示的光电开关为机电一体化结构，在其前方安放一一块块反光板反光板，利用光反射原理实现光电转换和控制。在无被检，利用光反射原理实现光电转换和控制。在无被检测测物件下，反射光路畅通，光电接收器呈导通状态；当被检测物件下，反射光路畅通，光电接收器呈导通状态；当被检测物物件通过将光路遮挡时，光电管收不到反

31、射光，接收状态变化，件通过将光路遮挡时，光电管收不到反射光，接收状态变化，光电开关动作，完成一次控制转换。光电开关动作，完成一次控制转换。 图图(d)为为扩散反射式扩散反射式工作方式，在前方无被检测物件时，工作方式，在前方无被检测物件时，发发射管发出的光向前方散开，光接收器收不到光信号，处于静射管发出的光向前方散开，光接收器收不到光信号，处于静态；当检测物件通过时，光被阻挡并将光反射至光接收器，态；当检测物件通过时，光被阻挡并将光反射至光接收器，经经放大、处理后，光接收器输出一个开关控制信号，实现一次放大、处理后，光接收器输出一个开关控制信号，实现一次开开关转换。关转换。第31页/共82页 图

32、图(e)为为聚焦式检测工作方式聚焦式检测工作方式，用于定点精测检测，如产，用于定点精测检测，如产品品标志的识别等。它是在检测头的前方放置一个光学透镜，使标志的识别等。它是在检测头的前方放置一个光学透镜，使光光在特定的距离上聚焦，聚焦光斑可小至在特定的距离上聚焦，聚焦光斑可小至0.5mm左右。当被左右。当被检测检测物件在通过该聚焦点，光电开关就动作，输出一个开关控制物件在通过该聚焦点，光电开关就动作，输出一个开关控制信信号。号。 图图(f)是采用光纤式光电开关和光导纤维是采用光纤式光电开关和光导纤维(简称光纤简称光纤)传输传输光波光波和进行检测的传输方式。光纤式光电开关是光电开关系列中和进行检测

33、的传输方式。光纤式光电开关是光电开关系列中的的一类，由于光纤和光缆的广泛应用，这类开关发展迅猛，品一类，由于光纤和光缆的广泛应用，这类开关发展迅猛，品种种日益增多。光纤式光电开关可分为对射式、反光极反射式、日益增多。光纤式光电开关可分为对射式、反光极反射式、扩扩散反射式等类型；使用的发光源有红外光，也有可见光。散反射式等类型；使用的发光源有红外光，也有可见光。第32页/共82页6 光电开关的结构类型和主要功能光电开关的结构类型和主要功能光电开关有光电开关有不同的分类不同的分类方式，有按方式，有按其结构分类其结构分类的，有按工的，有按工作原理分类作原理分类的的 。第33页/共82页 (1)槽型光

34、电开关槽型光电开关 槽型光电开关，也称沟型光电开关。它与前面介绍槽型光槽型光电开关，也称沟型光电开关。它与前面介绍槽型光电断路器的工作原理类同，但其槽口电断路器的工作原理类同，但其槽口沟距沟距)距离可从几毫米距离可从几毫米到几十厘米，比槽型光电断路器要大。到几十厘米，比槽型光电断路器要大。 (2)圆柱型光电开关圆柱型光电开关 这类开关的最大特点是安装、使用方便、灵活，可使用在这类开关的最大特点是安装、使用方便、灵活，可使用在各种自动控制场合，通用性强。各种自动控制场合，通用性强。 (3)扁方型和薄型光电开关扁方型和薄型光电开关 扁方型光电开关的外形如图扁方型光电开关的外形如图(c)所示。它的外

35、形呈矩形体，所示。它的外形呈矩形体，外壳采用工程塑料。发光源均采用红外光外壳采用工程塑料。发光源均采用红外光(ES)，检测距离小至，检测距离小至几厘米，远至几厘米，远至10m左右。供电源为交流、直流两用。左右。供电源为交流、直流两用。 (4)长方形光电开关长方形光电开关 图图(e)为长方型光电开关的外形，其形体比扁方型为长方型光电开关的外形，其形体比扁方型(KF)的的大，壳体材料为塑料。所用光源为红外光大，壳体材料为塑料。所用光源为红外光(ES)，检测距离小至，检测距离小至50cm，远至，远至10m左右，适于检测车辆、包装品、集装箱等大左右，适于检测车辆、包装品、集装箱等大型物件。常见的有型物

36、件。常见的有KE型和型和N型等。型等。第34页/共82页 (5)聚焦式光电开关聚焦式光电开关 图图(f)为聚焦式光电开关，其外型与长方型光电开关的为聚焦式光电开关，其外型与长方型光电开关的N型型基本相同，但从检测头只看到一个检测头基本相同，但从检测头只看到一个检测头(透镜透镜)。它的发光源。它的发光源有红色有红色(ER)和绿色和绿色(EG)可见光。检测距离一般较近，可见光。检测距离一般较近，15mm，25mm两种。由于检测头内有聚光透镜，适用于检测精细物两种。由于检测头内有聚光透镜，适用于检测精细物件和件和彩色标记等的识别、检测，如传送带上物件的计数、位置检彩色标记等的识别、检测，如传送带上物

37、件的计数、位置检测、标志的识别、薄板、薄带的传送、监测等。测、标志的识别、薄板、薄带的传送、监测等。 (6)光纤式光电开关光纤式光电开关 图图(g)为光纤式光电开关的外形，与长方型的为光纤式光电开关的外形，与长方型的N型光电开关型光电开关相相似，但除开关本体外，还有通过光纤连接的发光头和受光头，似，但除开关本体外，还有通过光纤连接的发光头和受光头，故光纤式光电开关又称为光分离型光电开关。光电开关的检测故光纤式光电开关又称为光分离型光电开关。光电开关的检测端有接插光纤的小孔、螺纹管或插座。发光源可分为红外光端有接插光纤的小孔、螺纹管或插座。发光源可分为红外光(ES)和红色可见光和红色可见光(ER

38、)两种，检测距离较小，在两种，检测距离较小，在2mm-150mm范范围。围。 由于传输光纤的线径小、重量轻、传输频带宽、耐腐蚀、由于传输光纤的线径小、重量轻、传输频带宽、耐腐蚀、抗干扰能力强，光纤式光电开关在通信、遥控、位置检测等领抗干扰能力强，光纤式光电开关在通信、遥控、位置检测等领域有广泛的应用。域有广泛的应用。第35页/共82页具有亮通和暗通的光电隔离的固态继电器输出的光电开关电路具有亮通和暗通的光电隔离的固态继电器输出的光电开关电路 第36页/共82页 具有输出短路保护电路舶光电开关。当出现短路或过载时，输出三极管VT被关断，稳压二极管VDW也起保护作用。VT接成集电极开路形式。第37

39、页/共82页 具有一定的自诊断功能是指对于工作环境变化具有一定的自诊断功能是指对于工作环境变化(如尘埃如尘埃粘粘附于透镜或窗口、受背景光干扰、由振动导致的光轴的偏移附于透镜或窗口、受背景光干扰、由振动导致的光轴的偏移等等)不应影响其主要功能不应影响其主要功能(即光电开关的指标有多余度即光电开关的指标有多余度)，其表示，其表示正常正常工作的指示灯工作的指示灯(绿色绿色)应点亮。若环境变化超过给定范围造成应点亮。若环境变化超过给定范围造成不稳不稳定时，绿色指示灯灭后，应能给出自诊断信号。定时，绿色指示灯灭后，应能给出自诊断信号。第38页/共82页第39页/共82页2.2 激光传感器激光传感器2.2

40、.1 激光干涉测长激光干涉测长)2/( nlk nkl2 由计数值由计数值k根根据左式就可计算据左式就可计算出被测位移出被测位移l 迈克尔逊干涉测长原理迈克尔逊干涉测长原理第40页/共82页三维激光干涉仪三维激光干涉仪激光干涉仪激光干涉仪第41页/共82页2.2.2 激光跟踪空间坐标测量激光跟踪空间坐标测量目标镜目标镜（猫眼逆反射器）（猫眼逆反射器）测量原理测量原理第42页/共82页激光跟踪干涉仪激光跟踪干涉仪第43页/共82页2.3 光栅传感器光栅传感器2.3.1 光栅传感器的组成、种类及结构光栅传感器的组成、种类及结构 透射光栅与反射光栅透射光栅与反射光栅 长光栅与圆光栅长光栅与圆光栅第4

41、4页/共82页 WWB 2sin22.3.2 莫尔条纹的形成原理及特点莫尔条纹的形成原理及特点 /1/ WBK 对应关系对应关系 一个栅距变化对应一个莫尔条纹变化一个栅距变化对应一个莫尔条纹变化 放大作用放大作用 平均作用平均作用特点：特点：第45页/共82页光栅尺光栅尺光栅读数头光栅读数头第46页/共82页2.4 光纤传感器光纤传感器物性型光纤传感器测量压力物性型光纤传感器测量压力2.4.1 物性型光纤传感器物性型光纤传感器第47页/共82页2.4.2 结构型（传光型）光纤传感器结构型（传光型）光纤传感器传光型光纤传感器测量位移传光型光纤传感器测量位移第48页/共82页 /2nvfffis

42、激光多普勒测速激光多普勒测速第49页/共82页光纤测头光纤测头第50页/共82页2.5 固态图像传感器（固态图像传感器（CCD） 零件尺寸、形状、以及物位等的检测零件尺寸、形状、以及物位等的检测 作为自动控制、检测系统中的敏感器件作为自动控制、检测系统中的敏感器件 作为光学信息处理装置的传感元件作为光学信息处理装置的传感元件 作为机器人的视觉作为机器人的视觉主要应用主要应用摄像头摄像头 SHARP公司生产的公司生产的CCD第51页/共82页零件尺寸检测系统零件尺寸检测系统 第52页/共82页热轧铝板宽度检测系统热轧铝板宽度检测系统 第53页/共82页2.6 角度编码器角度编码器2.6.1 脉冲

43、式编码器脉冲式编码器第54页/共82页第55页/共82页2.6.2 绝对式光电编码器绝对式光电编码器第56页/共82页第57页/共82页2.7 超声波传感器超声波传感器超声波的特点：超声波的特点： 频率高、波长短、能量大、穿透力强；频率高、波长短、能量大、穿透力强； 方向性好，遵循几何光学的基本规律；方向性好，遵循几何光学的基本规律； 在固体、液体介质中传播时的衰减小。在固体、液体介质中传播时的衰减小。第58页/共82页2.7.1 超声波的发生与接收超声波的发生与接收第59页/共82页超声波探头超声波探头第60页/共82页2.7.2 超声波传感器的应用超声波传感器的应用穿透法探伤穿透法探伤第61页/共82页反射法探伤反射法探伤第62页/共82页超声波探伤仪超声波探伤仪第63页/共82页超声波测厚仪超声波测厚仪超声波测厚超声波测厚第64页/共82页超声波测液位超声波测液位第65页/共82页超声波液位计超声波液