ifm：光电传感器还有这些“黑话”?

本期我们走进生活中最常见的光电传感器，立体停车库、自动感应水龙头、地铁闸机……都有它工作的身影。光电传感器涉及内容较多，将分为上下两期，本期会为大家介绍其基本原理，一些行业“黑话”，以及对射式和镜面反射式光电传感器的工作区别。下一期再介绍漫反射式光电传感器，以及如何通过多种技术消除目标物背后背景的误触发。

所有的光电传感器都具有类似的基本组件：

外壳 —— 多样的形状、尺寸和材料构成

基础的传感器元件 —— 因所使用的技术而有所不同，但始终包含一个透镜系统

电子电路 —— 评估传感器检测到的物体

电气连接 —— 提供电源和输出信号

光电传感器应用于：

较长的感应距离

可以检测小的目标物

能够检测不同材质的目标物

适用于高速检测应用

电磁辐射频谱有助于了解如何最好地应用光电传感器。ifm光电传感器在可见光(主要是红色)和红外光频率范围内工作。

可见红光

是最好的“全方位”光类型，推荐用于大多数应用。ifm绝大多数光电传感器使用可见红光。

优势：

在近距离内很容易看到，因此可用作设定辅助工具

劣势：

在长距离上受颜色影响

红外光

优势：

在大部分感应范围内与颜色无关

肮脏环境的好选择——具有“穿透”灰尘、薄雾、蒸汽等的能力

劣势：

肉眼不可见使得设定较为困难

激光

优势：

能够检测远距离的小目标

小光斑能确保精确的开关点

明亮的红色可见光束可用作设定辅助工具

劣势：

激光相较红光或红外光价格更为昂贵

术语

调制光 —— 发射器的光束以每个传感器系列独有的频率发出。接收器被调制以检测以该频率调制的光束并忽略来自其他来源的环境光。

开关频率 —— 传感器在目标进入和离开感应场时输出离散脉冲的最大速度。简单来说就是传感器在目标经过时的开关速度。

对比度 —— 两个物体之间的颜色和亮度差异。白色是最容易检测的颜色，黑色是最难检测的颜色。

光束斑(或光斑)——在给定距离处所发出的光束的直径。该尺寸通常针对在数据表中给出的最大检测范围时，它是关于发射器镜头孔径角的函数。

有效光束 —— 必须完全被遮断来改变传感器输出状态的光束区域。光束遮断时输出动作的传感器(对射式和镜面反射传感器)具有有效光束。直接从目标反射光束的传感器(漫反射传感器)没有有效光束。

亮工作模式(亮通)—— 当接收器检测到光时，输出状态改变。

亮工作模式(亮通)—— 当接收器检测到光时，输出状态改变。

暗工作模式(暗通)—— 当接收器未检测到光时，输出状态改变。

过量增益 —— 传感器实际接收到的光能与改变输出状态所需的光能之比。增益值1 是输出动作所需的最小值。高于此阈值的任何值都被视为过量增益。它有助于确定传感器能否在受污染区域正确工作。

对射式光电传感器

发射器和接收器封装在单独的外壳中，并对向安装。光从发射器镜头发出，由接收器镜头接收。

当目标物遮断光束并使接收器接收不到足够的光线时，输出状态会切换。只要目标物足够大且足够坚固以阻断有效光束，那么颜色、形状、角度、反射率和表面光洁度就不会影响应用。这使得它们比漫反射式光电传感器更可靠，漫反射传感器依赖于从目标物反射的光。

优势：

感应距离长

高过量增益(脏污环境的最佳选择)

整个检测范围内具有均匀的有效光束

不透明物体的可靠检测

整个感应范围内没有“死区”

劣势：

发射器和接收器具有单独的外壳，因此具有单独的零件号

两个外壳都必须安装和接线，增加了安装成本

由于其高过量增益，对射式传感器的光线可以穿透透明和半透明物体

有效光束的直径均匀，大约等于发射器和接收器透镜的直径。只要目标物至少与有效光束一样大，输出就会在目标物遮断光束时切换。

对射式光电传感器的输出：

亮通模式下当目标物不存在时，输出切换

暗通模式下当目标物存在时，输出切换

安装注意事项

1. 安装多个对射式光电传感器时，注意不要让一个传感器的发射光束干扰其他接收器。如图所示，一个简单的解决方案是更换发射器和接收器的方向。

2. 穿过对射光束的高反光物体可能会将光线反射到不相关的接收器上，从而导致错误的信号。一个简单的解决方案是在传感器之间放置障碍物以阻挡任何不相关的反射。

3.由于太阳光包含与光电发射器相同波长的光，因此非常明亮的环境光常常会误导接收器。当光电传感器用于家用车库门的开启器时，这种情况很常见，并且特定角度的阳光会干扰门的工作。可行的解决方案包括调整传感器的角度、添加屏障或调换发射器和接收器。

镜面反射式光电传感器

发射器和接收器封装在同一外壳中并安装在反射镜对面。光线从发射器镜头发出，经反射镜反射并返回到接收器镜头。

与对射式光电传感器一样，当目标物遮断光束并使接收器接收不到足够的光时，输出就会切换。只要目标物足够大且足够坚固以阻断有效光束，颜色、形状、角度、反射率和表面光洁度就不会影响应用。这使得它们比漫反射传感器更可靠，漫反射传感器依赖于从目标物反射的光。

优势：

中等感应范围，因为光束路径是对射式光束路径的两倍

单一外壳降低购买和安装成本

内置偏振滤光镜，可靠检测反光物体

反射镜易于安装

可靠检测不透明的物体

整个感应范围内没有“死区”

劣势：

过量增益较低，甚至低于漫反射式光电传感器，因为反射镜存在能量损失

除非使用特殊的“透明物体”版本，否则不能可靠检测透明物体

有效光束直径不均匀

镜面反射式传感器的有效光束为圆锥形。在传感器附近，光束大约是发射器镜头的大小。在反射镜附近，则与反射镜尺寸相当。这意味着较小的物体在靠近传感器时可以被检测到，但在靠近反射镜时则不一定。

镜面反射式光电传感器的输出：

亮通模式下当目标物不存在时，输出切换

暗通模式下当目标物存在时，输出切换

带偏振滤光镜的镜面反射式传感器需要棱镜反射镜。根据设计，这些反射镜会将入射光束旋转90度。传感器在镜头上配备了偏振滤光镜，因此光波仅指向一个方向。反射镜会旋转光波以匹配接收器上过滤器的方向。

高反光物体可能将光线反射回接收器，但由于被反射的光波方向并不正确，因此高反光物体不会导致错误的信号。

（来源:ifm）