德國(guó)SICK西克傳感器種類型和選擇方案

SICK光電傳感器應(yīng)用光電傳感器是一種小型電子設(shè)備，它可以檢測(cè)出其接收到的光強(qiáng)的變化。早期的用來(lái)檢測(cè)物體有無(wú)的光電傳感器是一種小的金屬圓柱形設(shè)備，發(fā)射器帶一個(gè)校準(zhǔn)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(gè)真空管放大器上。在金屬圓筒內(nèi)有一個(gè)小的白熾燈做為光源。這些小而堅(jiān)固的白熾燈傳感器就是今天光電傳感器的雛形。

LED（發(fā)光二極管）發(fā)光二極管早出現(xiàn)在19世紀(jì)60年代，現(xiàn)在我們可以經(jīng)常在電氣和電子設(shè)備上看到這些二極管做為指示燈來(lái)用。LED就是一種半導(dǎo)體元件，其電氣性能與普通二極管相同，不同之處在于當(dāng)給LED通電流時(shí)，它會(huì)發(fā)光。由于LED是固態(tài)的，所以它能延長(zhǎng)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(dòng)抗沖擊，并且沒(méi)有燈絲。另外，LED所發(fā)出的光能只相當(dāng)于同尺寸白熾燈所產(chǎn)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(chǎn)生幾倍的光能，并能達(dá)到更遠(yuǎn)的檢測(cè)距離）。LED能發(fā)射人眼看不到的紅外光，也能發(fā)射可見(jiàn)的綠光、黃光、紅光、藍(lán)光、藍(lán)綠光或白光。經(jīng)調(diào)制的LED傳感器1970年，人們發(fā)現(xiàn)LED還有一個(gè)比壽命長(zhǎng)更好的優(yōu)點(diǎn)，就是它能夠以非?？斓乃俣葋?lái)開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)速度可達(dá)到KHz。將接收器的放大器調(diào)制到發(fā)射器的調(diào)制頻率，那么它就只能對(duì)以此頻率振動(dòng)的光信號(hào)進(jìn)行放大。我們可以將光波的調(diào)制比喻成無(wú)線電波的傳送和接收。將收音機(jī)調(diào)到某臺(tái)，就可以忽略其他的無(wú)線電波信號(hào)。經(jīng)過(guò)調(diào)制的LED發(fā)射器就類似于無(wú)線電波發(fā)射器，其接收器就相當(dāng)于收音機(jī)。

人們常常有一個(gè)誤解：認(rèn)為由于紅外光LED發(fā)出的紅外光是看不到的，那么紅外光的能量肯定會(huì)很強(qiáng)。經(jīng)過(guò)調(diào)制的光電傳感器的能量的大小與LED光波的波長(zhǎng)無(wú)太大關(guān)系。一個(gè)LED發(fā)出的光能很少，經(jīng)過(guò)調(diào)制才將其變得能量很高。一個(gè)未經(jīng)調(diào)制的傳感器只有通過(guò)使用長(zhǎng)焦距鏡頭的機(jī)械屏蔽手段，使接收器只能接收到發(fā)射器發(fā)出的光，才能使其能量變得很高。相比之下，經(jīng)過(guò)調(diào)制的接收器能忽略周圍的光，只對(duì)自己的光或具有相同調(diào)制頻率的光做出響應(yīng)。未經(jīng)調(diào)制的傳感器用來(lái)檢測(cè)周圍的光線或紅外光的輻射，如剛出爐的紅熱瓶子，在這種應(yīng)用場(chǎng)合如果使用其它的傳感器，可能會(huì)有誤動(dòng)作。如果一個(gè)金屬發(fā)射出的光比周圍的光強(qiáng)很多的話，那么它就可以被周圍光源接收器可靠檢測(cè)到。周圍光源接收器也可以用來(lái)檢測(cè)室外光。但是并不是說(shuō)經(jīng)調(diào)制的傳感器就一定不受周圍光的干擾，當(dāng)使用在強(qiáng)光環(huán)境下時(shí)就會(huì)有問(wèn)題。例如，未經(jīng)過(guò)調(diào)制的光電傳感器，當(dāng)把它直接指向陽(yáng)光時(shí)，它能正常動(dòng)作。我們每個(gè)人都知道，用一塊有放大作用的玻璃將陽(yáng)光聚集在一張紙上時(shí)，很容易就會(huì)把紙點(diǎn)燃。設(shè)想將玻璃替換成傳感器的鏡頭，將紙?zhí)鎿Q成光電三極管，這樣我們就很容易理解為什么將調(diào)制的接收器指向陽(yáng)光時(shí)它就不能工作了，這是周圍光源使其飽和了。

調(diào)制的LED改進(jìn)了光電傳感器的設(shè)計(jì)，增大了檢測(cè)距離，擴(kuò)展了光束的角度，人們逐漸接受了這種可靠易于對(duì)準(zhǔn)的光束。到1980年，非調(diào)制的光電傳感器逐步就退出了歷史舞臺(tái)。紅外光LED是效率高的光束，同時(shí)也是在光譜上與光電三極管匹配的光束。但是有些傳感器需要用來(lái)區(qū)分顏色（如色標(biāo)檢測(cè)），這就需要用可見(jiàn)光源。在早期，色標(biāo)傳感器使用白熾燈做光源，使用光電池接收器，直到后來(lái)發(fā)明了的可見(jiàn)光LED?，F(xiàn)在，多數(shù)的色標(biāo)傳感器都是使用經(jīng)調(diào)制的各種顏色的可見(jiàn)光LED發(fā)射器。經(jīng)調(diào)制的傳感器往往犧牲了響應(yīng)速度以獲取更長(zhǎng)的檢測(cè)距離，這是因?yàn)闄z測(cè)距離是一個(gè)非常重要的參數(shù)。未經(jīng)調(diào)制的傳感器可以用來(lái)檢測(cè)小的物體或動(dòng)作非?？斓奈矬w，這些場(chǎng)合要求的響應(yīng)速度都非常快。但是，現(xiàn)在高速的調(diào)制傳感器也可以提供非?？斓捻憫?yīng)速度，能滿足大多數(shù)的檢測(cè)應(yīng)用。超聲波傳感器聲波傳感器所發(fā)射和接收的聲波，其振動(dòng)頻率都超過(guò)了人耳所能聽(tīng)到的范圍。它是通過(guò)計(jì)算聲波從發(fā)射，經(jīng)被測(cè)物反射回到接收器所需要的時(shí)間，來(lái)判斷物體的位置。

對(duì)于對(duì)射式超聲波傳感器，如果物體擋住了從發(fā)射器到接收器的聲波，則傳感器就會(huì)檢測(cè)到物體。與光電傳感器不同，超聲波傳感器不受被測(cè)物透明度和反光率的影響，因此在許多使用超聲波傳感器的場(chǎng)合就不適合使用光電傳感器來(lái)檢測(cè)。光纖安裝空間非常有限或使用環(huán)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(wú)源元件，另外，光纖不受任何電磁信號(hào)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(nèi)，），被全部反射回來(lái)。根據(jù)光學(xué)原理，所有光束都可以由光纖來(lái)傳輸。兩條入射光束（入射角在接受角以內(nèi)）沿光纖長(zhǎng)度方向經(jīng)多次反射后，從另一端射出。

另一條入射角超出接受角范圍的入射光，損失在金屬外皮內(nèi)。這個(gè)接受角比兩倍的da入射角略大，這是因?yàn)楣饫w在從空氣射入密度較大的光纖材料中時(shí)會(huì)有輕微的折射。光在光纖內(nèi)部的傳輸不受光纖是否彎曲的影響（彎曲半徑要大于小彎曲半徑）。大多數(shù)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(xì)（直徑約50μm）的玻璃纖維絲組成。典型的光纜由幾百根單獨(dú)的帶金屬外皮玻璃光纖組成，光纜外部有一層護(hù)套保護(hù)。光纜的端部有各種尺寸和外形，并且澆注了堅(jiān)固的透明樹(shù)脂。檢測(cè)面經(jīng)過(guò)光學(xué)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。

德國(guó)SICK傳感器，是以光電器件作為轉(zhuǎn)換元件的傳感器。它可用于檢測(cè)直接引起光量變化的非電量，如光強(qiáng)、光照度、輻射測(cè)溫、氣體成分分析等；也可用來(lái)檢測(cè)能轉(zhuǎn)換成光量變化的其他非電量，如零件直徑、表面粗糙度、應(yīng)變、位移、振動(dòng)、速度、加速度，以及物體的形狀、工作狀態(tài)的識(shí)別等。光電式傳感器具有非接觸、響應(yīng)快、性能可靠等特點(diǎn)，在工業(yè)自動(dòng)化裝置和機(jī)器人中獲得廣泛應(yīng)用。SICK產(chǎn)品的提供的色標(biāo)傳感器，采用光發(fā)射接受原理，發(fā)出調(diào)制光，接收被檢測(cè)物體的發(fā)射光，并根據(jù)接收光信號(hào)的強(qiáng)弱來(lái)區(qū)分不同物體的色譜、顏色，或判別物體的存在與否。在包裝機(jī)械、印刷機(jī)械、食品機(jī)械、醫(yī)療機(jī)械、紡織機(jī)械及造紙機(jī)械的自控系統(tǒng)中作為傳感器與其它儀表配套使用，對(duì)色標(biāo)或其它可作為標(biāo)記的圖案色塊、線條，或?qū)ξ矬w的有無(wú)進(jìn)行檢測(cè)，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定位、辨色、糾偏、對(duì)版、計(jì)數(shù)等功能。

德國(guó)SICK光電傳感器在一般情況下，有三部分構(gòu)成，它們分為：發(fā)送器、接收器和檢測(cè)電路。
發(fā)送器對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來(lái)源于半導(dǎo)體光源，發(fā)光二極管(LED)、激光二極管及紅外發(fā)射二極管。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度。接收器有光電二極管、光電三極管、光電池組成。在接收器的前面，裝有光學(xué)元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測(cè)電路，它能濾出有效信號(hào)和應(yīng)用該信號(hào)。

SICK傳感器的幾種類型和原理

（1）SICK槽型光電傳感器

把一個(gè)光發(fā)射器和一個(gè)接收器面對(duì)面地裝在一個(gè)槽的兩側(cè)的是槽形光電。發(fā)光器能發(fā)出紅外光或可見(jiàn)光，在無(wú)阻情況下光接收器能收到光。但當(dāng)被檢測(cè)物體從槽中通過(guò)時(shí)，光被遮擋，光電開(kāi)關(guān)便動(dòng)作。輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)控制信號(hào)，切斷或接通負(fù)載電流，從而完成一次控制動(dòng)作。槽形開(kāi)關(guān)的檢測(cè)距離因?yàn)槭苷w結(jié)構(gòu)的限制一般只有幾厘米。

（2）SICK對(duì)射型光電傳感器

若把發(fā)光器和收光器分離開(kāi)，就可使檢測(cè)距離加大。由一個(gè)發(fā)光器和一個(gè)收光器組成的光電開(kāi)關(guān)就稱為對(duì)射分離式光電開(kāi)關(guān)，簡(jiǎn)稱對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)。它的檢測(cè)距離可達(dá)幾米乃至幾十米。使用時(shí)把發(fā)光器和收光器分別裝在檢測(cè)物通過(guò)路徑的兩側(cè)，檢測(cè)物通過(guò)時(shí)阻擋光路，收光器就動(dòng)作輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)控制信號(hào)。

（3）SICK反光板型光電開(kāi)關(guān)

把發(fā)光器和收光器裝入同一個(gè)裝置內(nèi)，在它的前方裝一塊反光板，利用反射原理完成光電控制作用的稱為反光板反射式(或反射鏡反射式)光電開(kāi)關(guān)。正常情況下，發(fā)光器發(fā)出的光被反光板反射回來(lái)被收光器收到;一旦光路被檢測(cè)物擋住，收光器收不到光時(shí)，光電開(kāi)關(guān)就動(dòng)作，輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)控制信號(hào)。

（4）SICK擴(kuò)散反射型光電開(kāi)關(guān)

它的檢測(cè)頭里也裝有一個(gè)發(fā)光器和一個(gè)收光器，但前方?jīng)]有反光板。正常情況下發(fā)光器發(fā)出的光收光器是找不到的。當(dāng)檢測(cè)物通過(guò)時(shí)擋住了光，并把光部分反射回來(lái)，收光器就收到光信號(hào)，輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)信號(hào)。

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