淺析光電傳感器在自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

余鵬

摘要：光電傳感器在閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)中能有效的實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)測(cè)速、精確位移定位、非接觸式信號(hào)開關(guān)。因此，研究光電傳感器在自動(dòng)控制中的應(yīng)用具有重要價(jià)值和意義。本文首先對(duì)光電傳感器的原理及分類作統(tǒng)一概述，其次，依據(jù)光電傳感器的研究現(xiàn)狀，重點(diǎn)論述了光電傳感器在自動(dòng)控制中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：光電傳感器;自動(dòng)控制;應(yīng)用分析

中圖分類號(hào)：TP212 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2020）01-0001-02

0 引言

在自然和生產(chǎn)領(lǐng)域，傳感器是智能自動(dòng)控制系統(tǒng)獲取信息的基本器件。光電傳感器通過光電效應(yīng)獲取各類物理量，響應(yīng)速度快，抗干擾能力強(qiáng)，在自動(dòng)控制領(lǐng)域受到越來越多的關(guān)注。

1 光電傳感器的基本介紹

1.1 光電傳感器的基本工作原理

光電傳感器一般由光發(fā)射器、受光元件和信號(hào)轉(zhuǎn)換電路組成。傳感器正常工作時(shí)，光發(fā)射器以某種方式發(fā)射承載信息的光信號(hào)，經(jīng)光學(xué)通道濾光處理，受光元件將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成微弱的電信號(hào)，信號(hào)轉(zhuǎn)換電路再根據(jù)需要對(duì)微弱電信號(hào)進(jìn)行整形、放大，最終實(shí)現(xiàn)信息的傳遞、隔離和轉(zhuǎn)換。光電傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、響應(yīng)迅速、抗干擾能力強(qiáng)、精確性高且性能可靠的特點(diǎn)。

1.2 光電傳感器的分類及特點(diǎn)

根據(jù)光電傳感器光信號(hào)處理方式，常見光電傳感器分為對(duì)射型光電傳感器、槽型（又稱U型）光電傳感器、漫反射型光電傳感器、光纖式光電傳感器等。

1.2.1 對(duì)射型光電傳感器

對(duì)射型光電傳感器一般由光發(fā)射器和光接收單元組成，使用時(shí)將發(fā)射器和接收單元分別安裝在被檢測(cè)物體通道兩側(cè)，待檢物體遮擋光束時(shí)，光接收單元因檢測(cè)不到光信號(hào)而輸出相應(yīng)控制電平。對(duì)射型光電傳感器實(shí)現(xiàn)非接觸式檢測(cè)，常應(yīng)用在門禁系統(tǒng)、原點(diǎn)定位、安防系統(tǒng)等場(chǎng)合。

1.2.2 槽型光電傳感器

槽型光電傳感器是把光發(fā)射器和光接收單元面對(duì)面的安裝在U型槽兩側(cè)。傳感器正常工作時(shí)，如光通道無物體遮擋，光接收單元受光而輸出某種狀態(tài)信號(hào);如光通道被檢測(cè)物體遮擋，光接收單元檢測(cè)不到光束而輸出相反狀態(tài)信號(hào)。槽型光電傳感器響應(yīng)速度快，非接觸且無機(jī)械運(yùn)動(dòng)的特性使其廣泛應(yīng)用在高速運(yùn)動(dòng)物體檢測(cè)單元[1]。

1.2.3 漫反射型光電傳感器

漫反射型光電傳感器將光發(fā)射器、光接收單元及信號(hào)轉(zhuǎn)換電路集于一體。傳感器正常工作時(shí)，光發(fā)射器發(fā)射不可見光束，如前方有被檢物體，光束因發(fā)生漫反射而被光接收單元捕捉，轉(zhuǎn)換電路產(chǎn)生控制信號(hào)。根據(jù)漫反射原理，漫反射型光電傳感器的靈敏度與工作環(huán)境的光源及被檢物體的光反射能力有關(guān)，基于此特性，在漫反射型光電傳感器系統(tǒng)的光發(fā)射端增設(shè)光信號(hào)頻率調(diào)制電路，在接收端配對(duì)頻率檢波電路。調(diào)制解調(diào)電路有效抑制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)產(chǎn)生的固有噪聲，也避免工作環(huán)境光源造成的誤觸發(fā)，提高系統(tǒng)的靈敏度和穩(wěn)定性。漫反射型光電傳感器廣泛應(yīng)用于紙張檢測(cè)自動(dòng)控制領(lǐng)域。

1.3 光電傳感器的使用注意事項(xiàng)

光電傳感器發(fā)射的紅外線是一種波長(zhǎng)為760納米到1毫米的電磁波，是太陽光譜中紅光外側(cè)不可見光的一種。設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)充分考慮紅外光的光學(xué)特性，確保傳感器工作環(huán)境光源的穩(wěn)定，避免光電傳感器暴露在強(qiáng)光環(huán)境或者光源多變的情況，必要時(shí)可為傳感器設(shè)計(jì)遮光裝置。應(yīng)用系統(tǒng)需要安裝多個(gè)光電傳感器時(shí)，應(yīng)避免不同光電傳感器交叉干擾，必要時(shí)增設(shè)光信號(hào)頻率調(diào)制電路和配對(duì)的檢波解調(diào)電路。在控制系統(tǒng)運(yùn)行過程中，因系統(tǒng)振動(dòng)、環(huán)境粉塵增多、液體飛濺、腐蝕性氣體侵襲等因素超出設(shè)計(jì)的正常范圍，系統(tǒng)誤差警示燈發(fā)出報(bào)警提示，技術(shù)員可通過預(yù)設(shè)的靈敏度細(xì)調(diào)電位器重新校正。

2 光電傳感器在自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

光電傳感器是自動(dòng)化設(shè)備實(shí)現(xiàn)智能控制最基本的“觸覺器官”。例如，自動(dòng)化生產(chǎn)線物料傳輸時(shí)，安裝在傳送帶兩側(cè)的非接觸式光電傳感器通過檢測(cè)物料是否遮擋紅外線而產(chǎn)生高低電平，微處理器根據(jù)接收到的邏輯電平進(jìn)行產(chǎn)品計(jì)數(shù)或者物料分揀又或者操控機(jī)器手精準(zhǔn)抓取物料;常見自動(dòng)感應(yīng)門兩側(cè)安裝光電傳感器，客人進(jìn)入感應(yīng)區(qū)因遮擋光電傳感器的紅外線而觸發(fā)語音播報(bào);自動(dòng)化生產(chǎn)車間機(jī)械設(shè)備運(yùn)行區(qū)安裝安全光柵，人員或物料侵入安全光柵紅外線光幕，紅外線被遮擋而觸發(fā)安全光柵輸出安全控制信號(hào)，安全模塊啟動(dòng)保護(hù)功能，設(shè)備緊急停機(jī)[2]。

2.1 光電傳感器在紙張?zhí)幚碜詣?dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

打印機(jī)紙張檢測(cè)單元是一種基于漫反射型光電傳感器的自動(dòng)控制模塊，打印機(jī)有紙張，光電傳感器發(fā)射的不可見紅外線被反射到傳感器的接收端，反之接收端檢測(cè)不到反射光線，打印機(jī)微處理器單元根據(jù)紙張檢測(cè)模塊的兩種狀態(tài)信號(hào)予以打印或提示缺紙。漫反射型光電傳感器還經(jīng)常被用在噴墨打印機(jī)墨盒檢測(cè)、激光打印機(jī)進(jìn)出紙檢測(cè)、造紙生產(chǎn)線紙張斷裂自動(dòng)檢測(cè)、銀行自動(dòng)柜員機(jī)紙幣運(yùn)行通道數(shù)據(jù)采集[3]。

2.2 光電傳感器在自動(dòng)控制系統(tǒng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)精確定位單元的應(yīng)用

精準(zhǔn)的自動(dòng)閉環(huán)控制系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)檢測(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、位移等數(shù)據(jù)，機(jī)電工程師通常選用旋轉(zhuǎn)編碼器作為閉環(huán)控制系統(tǒng)的反饋單元。旋轉(zhuǎn)編碼器主要由光柵碼盤和光電傳感器組成，是一種將驅(qū)動(dòng)軸角速度轉(zhuǎn)換成脈沖數(shù)字量的傳感器。應(yīng)用時(shí)，旋轉(zhuǎn)編碼器與電機(jī)同軸連接，旋轉(zhuǎn)編碼器內(nèi)部的圓形光柵碼盤等分設(shè)置若干開孔，碼盤與電機(jī)同速旋轉(zhuǎn)時(shí)，光電傳感器發(fā)射的紅外射線經(jīng)碼盤開孔斷續(xù)投射到接收端，接收信號(hào)經(jīng)檢測(cè)轉(zhuǎn)換電路輸出反映電機(jī)轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速的脈沖數(shù)字量。旋轉(zhuǎn)編碼器根據(jù)光電傳感器工作原理分為增量型旋轉(zhuǎn)編碼器和絕對(duì)型旋轉(zhuǎn)編碼器。增量型旋轉(zhuǎn)編碼器（如圖1增量型旋轉(zhuǎn)編碼器結(jié)構(gòu)圖所示）輸出脈沖相位差90°的A、B相信號(hào)，以判斷電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向和角速度;電機(jī)每轉(zhuǎn)一圈輸出一個(gè)Z相脈沖信號(hào)，用于基準(zhǔn)點(diǎn)定位。絕對(duì)型旋轉(zhuǎn)編碼器碼盤設(shè)置N道光通道刻度線，每道刻度線設(shè)置唯一的n位二進(jìn)制編碼開孔，電機(jī)旋轉(zhuǎn)的位置信息由碼盤刻度線的n位二進(jìn)制編碼記錄。與增量型旋轉(zhuǎn)編碼器相比，絕對(duì)型旋轉(zhuǎn)編碼器無需記憶、計(jì)算脈沖信號(hào)，無需尋找參考點(diǎn)，抗干擾能力強(qiáng)。旋轉(zhuǎn)編碼器與各種電機(jī)組合應(yīng)用在電梯自動(dòng)控制、車輛測(cè)速、自動(dòng)化生產(chǎn)線、智能機(jī)械手、機(jī)器人、石油機(jī)械設(shè)備、洗衣機(jī)等自動(dòng)控制領(lǐng)域。

3 結(jié)語

綜上所述，光電傳感器具有精度高、抗干擾能力強(qiáng)、檢測(cè)對(duì)象廣泛以及相應(yīng)迅速等優(yōu)勢(shì)，在自動(dòng)控制領(lǐng)域中占據(jù)極為重要的地位。在未來光電傳感器的發(fā)展和應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)充分發(fā)揮其精確度高的特點(diǎn)，進(jìn)一步優(yōu)化并完善其結(jié)構(gòu)，致力于在不同領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)全面應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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[3] 肖燕.光電傳感器在紙幣處理模塊中的運(yùn)用[J].信息記錄材料，2017（18）：37-39.