光電傳感器在自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

高 雄

（湖北第二師范學(xué)院 湖北 武漢 430205）

1 引言

隨著我國光電技術(shù)發(fā)展的逐漸成熟，光電傳感器在自動控制領(lǐng)域得到了廣泛的運(yùn)用。一方面光電傳感器可以直接檢測自動控制系統(tǒng)中與光信號有關(guān)的物理量（光照度、輻射度、光強(qiáng)等），另一方面，其可以通過檢測信號的變化來間接檢測正在發(fā)生變化的物理量，例如物體表面粗糙度、微應(yīng)變、微流動性等。在實(shí)際應(yīng)用過程中可以發(fā)現(xiàn)，光電傳感器比其他傳感器響應(yīng)更快，加長了檢測距離的同時提高了測試精度，其還可以檢測物體的顏色且不與被測物體直接接觸，可以說光電傳感器是一種現(xiàn)代化的無損自動檢測技術(shù)。

2 光電傳感器的基本原理

光電傳感器通常由光發(fā)射機(jī)、光學(xué)元件和信號轉(zhuǎn)換電路組成[1]。當(dāng)傳感器正常工作時，光發(fā)射機(jī)以各類方式發(fā)出包含信息的光信號，光學(xué)元件接收后會通過光過濾將光信號轉(zhuǎn)換為弱電信號，再由信號轉(zhuǎn)換器根據(jù)不同現(xiàn)實(shí)需要將弱點(diǎn)信號進(jìn)行整理和放大以實(shí)現(xiàn)信息的傳遞、運(yùn)輸和轉(zhuǎn)換。光電傳感器相比其他傳感器而言具有結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)快、抗干擾、精度高、可靠性高等優(yōu)勢。

3 光電傳感器的種類及特點(diǎn)

結(jié)合光電傳感器具體參數(shù)和技術(shù)開發(fā)結(jié)構(gòu)來看，當(dāng)前光電傳感器主要分為對射式光電傳感器、反射式光電傳感器和漫反射式光電傳感器三種類型[2]，且三種傳感器具有不同的特征和使用范圍。

3.1 對射式光電傳感器

對射式光電傳感器是指將傳感器與發(fā)射器分離放置的傳感器。其工作原理為發(fā)射器打開并發(fā)射紅外光，光信號在到達(dá)接收器位置之前會經(jīng)過較長的感應(yīng)距離傳輸，同時與信號接收器形成傳遞通路。當(dāng)某一特定的測試對象通過對射式光電傳感器時，該測試對象就會被光路阻擋，接收器此時會立即做出反應(yīng)并發(fā)送控制信號。發(fā)射機(jī)發(fā)出的光信號在正常情況下只能跨越一次感應(yīng)距離，因此，對射式光電傳感器適用于戶外和粉塵較多的環(huán)境之中。

3.2 反射式光電傳感器

反射式光電傳感器主要結(jié)構(gòu)由發(fā)射器、信號接收器和反光板組成。其主要工作原理為發(fā)射器打開發(fā)出紅外光后，直接由反光板反射到信號接收器上完成信號的整個傳遞過程，特別需要注意的是如果反射光被遮擋，反射式傳感器就無法捕捉光線，開關(guān)控制系統(tǒng)就會停止工作。由于反射式光電傳感器使用了光的反射原理，其經(jīng)常應(yīng)用于不透光的物理結(jié)構(gòu)中，同時其也能夠進(jìn)行較長感應(yīng)距離的信號傳播。

3.3 漫反射式光電傳感器

漫反射式光電傳感器是一種將發(fā)射器、接收器和信號轉(zhuǎn)換電路集于一體的光電傳感器[3]。其工作原理為發(fā)射器發(fā)出不可見紅外光束，若前方有被檢物體遮擋，接收器會直接接受到發(fā)生漫反射的紅外光束并將其轉(zhuǎn)換為電路控制信號。根據(jù)光漫反射原理來看，這種類型的光電傳感器的靈敏度與工作環(huán)境中的光源強(qiáng)度和被測物體光漫反射的能力有關(guān)。基于此，可以在發(fā)射器端和接收器端加裝光信號頻率調(diào)節(jié)器和頻率檢測電路以控制光強(qiáng)。紙張自動印刷是漫反射型光電傳感器的主要應(yīng)用領(lǐng)域。

4 光電傳感器在自動控制中的具體應(yīng)用

4.1 在光電色質(zhì)檢測中的應(yīng)用

近年來我國的光電色質(zhì)檢測技術(shù)逐漸成熟，這種技術(shù)在保證測試數(shù)據(jù)和信息完整性的同時對測試結(jié)果進(jìn)行了大幅度優(yōu)化。將光電傳感器應(yīng)用于光電色質(zhì)檢測系統(tǒng)中可以在提高總體檢測水平的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高信息處理效果。其當(dāng)前階段主要應(yīng)用領(lǐng)域于糧食加工與分離過程中。由于物質(zhì)的光學(xué)特征存在不同，在糧食加工與分離過程中可以將光電傳感器和光電色質(zhì)檢測相互結(jié)合，通過使用光電傳感器將不同顏色的物料與顆粒分離，并創(chuàng)建不同的應(yīng)用程序組和選項(xiàng)。技術(shù)人員據(jù)此可將物料類型分為大米色系、茶色系和其他食品色系三個系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對相關(guān)產(chǎn)品的集中檢測分析，同時也提高了處理效率和控制力度。

4.2 在自動印刷中的應(yīng)用

印刷機(jī)的紙張檢測模塊是一種基于遠(yuǎn)距離漫反射光電傳感器的自動控制模塊。如果印刷機(jī)內(nèi)存在紙張，發(fā)射器發(fā)出不可見紅外光后會被紙張阻擋并發(fā)生漫反射效應(yīng)，接收器接收到反射光后會將其轉(zhuǎn)化成控制信號并控制印刷機(jī)開始打印。反之印刷機(jī)內(nèi)沒有紙張就會致使接收器就接收不到信號，印刷機(jī)自然也就會停止工作并提示缺紙。此外，漫反射式光電傳感器還被廣泛應(yīng)用于激光打印機(jī)、銀行貨幣自動存取機(jī)和造紙廠自動化生產(chǎn)線中。

4.3 在光電轉(zhuǎn)速傳感系統(tǒng)中的應(yīng)用

光電傳感器在光電轉(zhuǎn)速傳感系統(tǒng)中的應(yīng)用較為普遍。根據(jù)光電傳感器的工作原理，在光電轉(zhuǎn)速傳感系統(tǒng)光敏二極管一端配置一個帶有小孔的調(diào)制盤結(jié)構(gòu)，在另一端配置一個可控的發(fā)光白熾燈。當(dāng)白熾燈發(fā)出光線后，光敏二極管就可以立刻接收到透過調(diào)制盤的光信號并完成一系列控制操作。需要特別關(guān)注的是在光電轉(zhuǎn)速傳感系統(tǒng)中同時使用紅外發(fā)光二極管和光敏發(fā)光二極管時應(yīng)盡可能的避免脈沖波的形成，因?yàn)槠鋵?dǎo)致傳感器的傳感失效。同時在系統(tǒng)運(yùn)行過程中應(yīng)將物體放置在圓形孔中心位置，這在有利于信號傳遞的同時增強(qiáng)了傳感效果。

5 結(jié)語

綜上所述,光電傳感器相比其他傳感器而言，具有組成結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)速度快、抗干擾能力強(qiáng)、檢測精度高等優(yōu)勢，將其應(yīng)用于自動控制系統(tǒng)中能最大化的發(fā)揮自身作用、提升系統(tǒng)運(yùn)作能力。在光電傳感器的未來發(fā)展過程中，相關(guān)研究人員應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化并完善其內(nèi)部結(jié)構(gòu),讓光電傳感器在不同領(lǐng)域中全面應(yīng)用的目標(biāo)成為現(xiàn)實(shí)。