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SICK光電傳感器的應用及工作原理

更新時間： 2012-11-30　　點擊次數： 2939次

SICK光電傳感器的應用及工作原理/39529839/39529830：單榮兵
SICK光電傳感器應用光電傳感器是一種小型電子設備，它可以檢測出其接收到的光強的變化。早期的用來檢測物體有無的光電傳感器是一種小的金
屬圓柱形設備，發射器帶一個校準鏡頭，將光聚焦射向接收器，接收器出電纜將這套裝置接到一個真空管放大器上。在金屬圓筒內有一個
小的白熾燈做為光源。這些小而堅固的白熾燈傳感器就是今天光電傳感器的雛形。 LED （發光二極管）發光二極管zui早出現在19世紀60年代，
現在我們可以經常在電氣和電子設備上看到這些二極管做為指示燈來用。 LED 就是一種半導體元件，其電氣與普通二極管相同，
不同之處在于當給LED 通電流時，它會發光。由于LED 是固態的，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 抗震動抗沖擊，并且沒有燈絲。另外， LED 所發出的光能只相當于同尺寸SICK光電傳感器的應用及工作原理/39529839/39529830：單榮兵
白熾燈所產生光能的一部分。（激光二極管除外，它與普通LED 的原理相同，但能產生幾倍的光能，并能達到更遠的檢測距離）。
LED 能發射人眼看不到的紅外光，也能發射可見的綠光、黃光、紅光、藍光、藍綠光或白光。經調制的LED 傳感器 1970年，
人們發現LED 還有一個比壽命長更好的優點，就是它能夠以非常快的速度來開關，開關速度可達到K H z。將接收器的放大器調制到發射器
的調制頻率，那么它就只能對以此頻率振動的光信號進行放大。我們可以將光波的調制比喻成無線電波的傳送和接收。將收音機調到某臺，
就可以忽略其他的無線電波信號。經過調制的LED 發射器就類似于無線電波發射器，其接收器就相當于收音機。人們常常有一個誤解：
認為由于紅外光LED 發出的紅外光是看不到的，那么紅外光的能量肯定會很強。經過調制的光電傳感器的能量的大小與LED
光波的波長無太大關系。一個LED 發出的光能很少，經過調制才將其變得能量很高。一個未經調制的傳感器只有通過使用長焦距鏡頭的
機械屏蔽手段，使接收器只能接收到發射器發出的光，才能使其能量變得很高。相比之下，經過調制的接收器能忽略周圍的光，
只對自己的光或具有相同調制頻率的光做出響應。未經調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光電傳感器的應用及工作原理/39529839/39529830：單榮兵
在這種應用場合如果使用其它的傳感器，可能會有誤動作。如果一個金屬發射出的光比周圍的光強很多的話，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。但是并不是說經調制的傳感器就一定不受周圍光的干擾，當使用在強光環境下時
就會有問題。例如，未經過調制的光電傳感器，當把它直接指向陽光時，它能正常動作。我們每個人都知道，用一塊有放大作用的玻璃將
陽光聚集在一張紙上時，很容易就會把紙點燃。設想將玻璃替換成傳感器的鏡頭，將紙替換成光電三極管，這樣我們就很容易理解為什么
將調制的接收器指向陽光時它就不能工作了，這是周圍光源使其飽和了。調制的LED 改進了光電傳感器的設計，增大了檢測距離，擴展了
光束的角度，人們逐漸接受了這種可靠易于對準的光束。到1980年，非調制的光電傳感器逐步就退出了歷史舞臺。紅外光LED 是效率zui高
的光束，同時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分顏色（如色標檢測），這就需要用可見光源。
在早期，色標傳感器使用白熾燈做光源，使用光電池接收器，直到后來發明了的可見光LED 。現在，多數的色標傳感器都是使用經
調制的各種顏色的可見光LED 發射器。經調制的傳感器往往犧牲了響應速度以獲取更長的檢測距離，這是因為檢測距離是一個非常重要的
參數。未經調制的傳感器可以用來檢測小的物體或動作非常快的物體，這些場合要求的響應速度都非常快。但是，現在高速的調制傳感器
也可以提供非常快的響應速度，能滿足大多數的檢測應用。聲波傳感器聲波傳感器所發射和接收的聲波，其振動頻率都過了人耳所能聽到
的范圍。它是通過計算聲波從發射，經被測物反射回到接收器所需要的時間，來判斷物體的位置。對于對射式聲波傳感器，如果物體擋
住了從發射器到接收器的聲波，則傳感器就會檢測到物體。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，），被全部反射回來。根據光學原理，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）沿光纖長
度方向經多次反射后，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。這個接受角比兩倍的zui大入射角略大，
這是因為光纖在從空氣射入密度較大的光纖材料中時會有輕微的折射。光在光纖內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（直徑約50μ m ）的玻璃纖維絲組成。
典型的光纜由幾百根單獨的帶金屬外皮玻璃光纖組成，光纜外部有一層護套保護。光纜的端部有各種尺寸和外形，并且澆注了堅固的透明
樹脂。檢測面經過光學打磨，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。玻璃光纖內的光纖束可以是緊湊布置的，
/39529839/39529830：單榮兵

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