光电式传感器在现代工业生产中的应用

盛国林;黄平

【摘 要】Briefly discussed the status and role of sensors and detection technology in industrial automation and sensor type,cleared the working mechanism of the photoelectric sensor,cited photoelectric sensor application examples in modern industrial production,looked far ahead into the future of photoelectric sensor application.%简要论述了传感器与检测技术在工业自动化技术中的地位和作用，介绍了传感器的基本类型，明确了光电式传感器的工作机理，列举了其在现代工业生产中的应用实例，并展望了其应用前景。 【期刊名称】《新技术新工艺》 【年(卷),期】2014(000)007 【总页数】3页(P1-3)

【关键词】检测;自动化;传感器 【作 者】盛国林;黄平

【作者单位】三峡电力职业学院，湖北 宜昌 443000;葛洲坝机电建设公司，四川 成都 610092 【正文语种】中 文 【中图分类】TP212.14

传感与检测是实现自动控制和自动调节的关键环节，其与信息系统的输入端相连，并将检测到的信号输送到信息处理区域，进行处理，从而对信息系统进行控制；因

此，传感检测技术是实现自动控制和自动调节的关键技术，其功能的强弱直接决定着信息系统自动化程度的高低。

传感和检测环节的关键部件是传感器，传感器是一种以一定的精确度，把所测物理量转换为与其有确定对应关系的，易于精确处理和测量的电信号的测量部件或装置。 传感器有很多种类， 按所测物理量划分，常见的传感器有：温度传感器、湿度传感器、压力传感器、位移传感器、流量传感器、液位传感器、力传感器、加速度传感器和转矩传感器等。

按工作原理划分，常见的传感器有： 电学式传感器 、磁学式传感器 、光电式传感器 、电势型传感器 、电荷传感器 、半导体传感器 、谐振式传感器和电化学式传感器等[1]，本文只介绍现代工业中应用最广泛的光电式传感器及其几种应用的实例。

3.1 光电式传感器

光电式传感器在非电量电测及自动控制技术中占有重要的地位。其是利用光电元器件的光电效应和光学原理制成的，主要用于发光强度、光通量、位移和浓度等参数的测量。光电式传感器的工作原理框图如图1所示。 3.2 光电式传感器应用实例 3.2.1 光电带材跑偏检测仪

冷轧带钢厂的某些生产工艺采用连续生产方式,如连续酸洗、连续退火和连续镀锡等。在这些生产线中,带钢在运送过程中容易在传送带上发生跑偏,致使其边缘与传送机械发生碰撞和摩擦,从而产生卷边和断裂,造成废品，同时，也会使传送机械损坏；所以，在自动生产过程中，检测带钢的跑偏量并随时给予纠偏,才能使生产线高速运行。光电带材跑偏检测仪用来检测带材在加工中偏离正确位置的大小及方向,是为纠偏控制电路提供纠偏信号而设计的。光电带材跑偏检测仪的工作原理如图2所示，由光电式边缘位置传感器和测量电桥放大电路组成[2]，实物如图3所示。

从图2可以看出，光源发出的光经过透镜2汇聚成平行光束后，再经透镜3汇聚入射到光敏电阻R1上，透镜2、3分别安置在带材相关位置的上、下方，在平行光束到达透镜3的途中，将有部分光线被带材遮挡，从而使光敏电阻受照的光通量减少。R1

和R2是同型号的光敏电阻，R1作为测量元件安置在带材下方，R2作为温度补偿元件，将其用遮光罩覆盖，R1～R4组成1个电桥电路，当带材处于中间位置时，通过预调电桥平衡，使放大器输出电压U0为零。如果带材在运送过程中左偏时，遮光面积减小，光敏电阻的光照增加，阻值变小，电桥失衡，放大器输出电压U0为负值；若带材在运送过程中右偏，则遮光面积增大，光敏电阻的光照减弱，阻值变大，电桥失衡，放大器输出电压U0为正值。输出电压U0的正负及大小反映了带材走偏的方向及大小。一方面，输出电压U0由显示器显示出来；另一方面，由纠偏控制系统作为驱动执行机构，产生纠偏动作的控制信号。 3.2.2 光电式烟尘浓度计

工厂烟囱烟尘的排放是环境污染的重要来源，为了控制和减少烟尘的排放量，对烟尘的监测是必要的。如图4所示为光电式烟尘浓度计的工作原理图，如图5所示为光电式烟尘浓度计的实物[3]。

光源发出的光线经半透半反镜分成2路发光强度相等的光线。一路光线直接到达光敏三极管上，产生作为被测烟尘浓度的参比信号；另一路光线穿过被测烟尘到达光敏三极管上，其中一部分光线被烟尘吸收或折射，烟尘浓度越高，光线的衰减量越大，到达光敏三极管的光通量就越小。2路光线均转换成电压信号U1、U2，由运算器计算出U1和U2的比值，从而进一步计算出被测烟尘的浓度。

采用半透半反镜及光敏三极管作为参比通道的好处是，单光源的光通量由于种种原因有所变化，或因环境温度变化，引起光敏三极管灵敏度发生变化时，由于2个通道结构完全一样，所以在最后运算U1/U2时，上述误差可自动抵消，从而减小

测量误差。根据这种测量原理也可以制作烟雾报警器，以及时发现火灾隐患。 3.2.3 光电式转速仪

光电式转速仪利用光电式传感器将旋转体的转速变换成相应频率的电信号，通过放大整形电路加工成方波信号，采用转速对应的频率及电路测出方波信号频率，经处理后，由显示器显示旋转体每分钟转动的圈数，即转速。采用上述方法进行转速测量时，所需传感器结构简单，测量精度高。与机械式转速表和接触式电子转速表相比，其可实现非接触测量；因此，不会影响被测物体的旋转状态。由于光电元器件的反应速度快，动态性较好；因此，特别适合高转速的测量[4]。

光电式转速仪分为缠绕反射式和直射式2种。反射式光电转速仪的工作原理如图6a所示。用金属箔或反射纸缠绕在转轴上，贴出一圈黑白相间的反射面，光源发射的光线经透镜1、半透膜和聚焦透镜3投射在转轴反射面上，反射光经聚焦透镜2汇聚后，照射在光电元件上，产生光电流。该转轴旋转时，黑白相间的反射面造成反射光的强弱变化，形成频率与转速及黑白间隔数有关的光脉冲，使光电元件产生相应电脉冲。当黑白间隔数一定时，电脉冲的频率便与转速成正比。此脉冲经测量电路处理后，就可以得到转轴的转速。

直射式光电转速仪的工作原理如图6b所示。转轴上装有带孔的圆盘，圆盘的一边设置光源，另一边设置光电元件。圆盘随转轴转动，当光线通过圆盘上的小孔时，将使光电元件产生一个电脉冲，转轴连续转动，光电元件就输出一列与转速及圆盘上孔数成正比的电脉冲数，在孔数一定时，电脉冲数和转速成正比。电脉冲输入测量电路后被放大和整形，再送入频率及进行显示，也可专门设计一个计数器进行计数和显示。

光电式转速仪实物如图7所示，光电式转速传感器如图8所示[5]。 3.2.4 光电开关

光电开关通常都是由光电式传感器和控制器组成，控制器对光电式传感器输出的电

信号进行处理，并做出相应的开关响应。光电开关可以分为透射型和反射型。透射型光电开关的发射器和接收器相对安放，轴线严格对准，当有物体在其间通过时，红外光束被遮断，接收器因接收不到红外光束而产生1个电脉冲信号。反射型光电开关又分为2种类型：反射镜反射型和被测物体反射型(散射型)。反射镜反射型的光电式传感器单侧安装，需要调整反射镜的角度，以取得最佳的反射效果，其检测距离不如散射型；散射型安装最为方便，并且可以根据被检测物上的黑白标记来检测，但散射型的检测距离较小，只有几百微米[6]。

光电开关可用于生产流水线统计产量，检测装配件到位与否及装配质量(如瓶盖是否压合上等)，并且可以根据被测物的特定标记，发出自动控制信号。目前，已经广泛应用于自动包装机、自动灌装机和装配流水线等自动化机械装置中。 几种不同类型的光电开关如图9所示。

随着现代社会工业自动化程度的发展，可以预见，伴随着自动化技术的不断创新，光电式传感器作为检测装置，在工业自动化生产线上将获得越来越广泛的应用。

【相关文献】

[1] 殷淑英.传感器应用技术[M].北京：冶金工业出版社，2008.

[2] 张正伟.传感器原理与应用[M].北京：广播电视大学出版社，1991. [3] 彭军.传感器与检测技术[M].西安：西安电子科技大学出版社，2003. [4] 李娟.传感器与检测技术[M].北京：冶金工业出版社，2009.

[5] 王煜东.传感器应用技术[M].西安：西安电子科技大学出版社，2006. [6] 王俊杰.检测技术与仪表[M].武汉：武汉理工大学出版社，2002.