有关光电传感器的调查报告

传感器调查报告

信息与通信工程系

引言

新技术的到来，世界开始进入信息时代。在利用信息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。

在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。 

在基础学科研究中，传感器更具有突出的地位。现代科学技术的发展，进入了许多新领域：例如在宏观上要观察上千光年的茫茫宇宙，微观上要观察小到 cm的粒子世界，纵向上要观察长达数十万年的天体演化，短到 s的瞬间反应。此外，还出现了对深化物质认识、开拓新能源、新材料等具有重要作用的各种极端技术研究，如超高温、超高真空等。许多基础科学研究的障碍，首先就在于对象信息的获取存在困难，而一些新机理和高灵敏度的检测传感器的出现，往往会导致该领域内的突破。 

由此可见，传感器技术在发展经济、推动社会进步方面的重要作用，是十分明显的。世界各国都十分重视这一领域的发展。相信不久的将来，传感器技术将会出现一个飞跃，达到与其重要地位相称的新水平。

目前，全球的传感器市场在不断变化的创新之中呈现出快速增长的趋势。有关专家指出，传感器领域的主要技术将在现有基础上予以延伸和提高，各国将竞相加速新一代传感器的开发和产业化，竞争也将日益激烈。新技术的发展将重新定义未来的传感器市场，比如无线传感器、光纤传感器、智能传感器和金属氧化传感器等新型传感器的出现与市场份额的扩大。其中光电传感器采用非接触的检测形式，响应速度可达毫秒级，同时高端型可用于距离检测并配备不同的通讯接口可直接将信息传送到控制系统上。光电传感器的优势在于速度高于超声波传感器，检测距离大于电感式传感器。因而，对于光电传感器的研究的意义就更加深远了。

一 光电传感器的工作原理

由于光通量对光电元件的作用原理不同，所制成的光学测控系统是多种多样的,按光电元件(光学测控系统)输出量性质可分二类,即模拟式光电传感器和脉冲(开关)式光电传感器.模拟式光电传感器是将被测量转换成连续变化的光电流,它与被测量间呈单值关系.模拟式光电传感器按被测量(检测目标物体)方法可分为透射(吸收)式,漫反射式,遮光式(光束阻档)三大类.所谓透射式是指被测物体放在光路中,恒光源发出的光能量穿过被测物,部份被吸收后,透射光投射到光电元件上;所谓漫反射式是指恒光源发出的光投射到被测物上,再从被测物体表面反射后投射到光电元件上;所谓遮光式是指当光源发出的光通量经被测物光遮其中一部份,使投射刭光电元件上的光通量改变,改变的程度与被测物体在光路位置有关.

二 光电传感器的分类

（一）标准光电传感器

1漫反射型：一般型或能量型 (-8)，聚焦式 (-8-H)，带背景抑制功能型 (-8-H)，带背景分析功能型 (-8-HW) 

2反射板型：一般型 (-6)，带偏振滤波功能型 (-54, -55)，带透明体检测功能型 (-54-G)，带前景抑制功能型 (-54-V) 

3对射型 

4槽型 

5光纤传感器：塑料光纤型，玻璃光纤型 

6色标传感器，颜色传感器，荧光传感器 

7光通讯 

8激光测距：三角反射原理型，相位差原理型，时间差原理型 

9光栅 

10防爆/隔爆型 

（二）安全光电传感器

1安全对射光电 

2安全光栅 

3安全光幕 

4安全控制器 

（三）门控光电传感器

1雷达传感器：区域检测型 

2主动式传感器：单光束型，多光束型，区域检测型 

3被动式传感器：区域检测型

三 光电传感器的应用

（一）烟尘浊度监测仪

防止工业烟尘污染是环保的重要任务之一。为了消除工业烟尘污染，首先要知道烟尘排放量，因此必须对烟尘源进行监测、自动显示和超标报警。烟道里的烟尘浊度是用通过光在烟道里传输过程中的变化大小来检测的。如果烟道浊度增加，光源发出的光被烟尘颗粒的吸收和折射增加，到达光检测器的光减少，因而光检测器输出信号的强弱便可反映烟道浊度的变化。

（二）光电池在光电检测和自动控制方面的应用

光电池作为光电探测使用时，其基本原理与光敏二极管相同，但它们的基本结构和制造工艺不完全相同。由于光电池工作时不需要外加电压；光电转换效率高，光谱范围宽，频率特性好，噪声低等，它已广泛地用于光电读出、光电耦合、光栅测距、激光准直、电影还音、紫外光监视器和燃气轮机的熄火保护装置等。

（三）光电传感器的特长

1检测距离长

如果在对射型中保留10m以上的检测距离等，便能实现其他检测手段（磁性、超声波等） 无法离检测。

2对检测物体的少

由于以检测物体引起的遮光和反射为检测原理，所以不象接近传感器等将检测物体限定 在金属，它可对玻璃.塑料.木材.液体等几乎所有物体进行检测。

3响应时间短

光本身为高速，并且传感器的电路都由电子零件构成，所以不包含机械性工作时间，响应时间非常短。

4分辨率高

能通过高级设计技术使投光光束集中在小光点，或通过构成特殊的受光光学系统，来实现高分辨率。也可进行微小物体的检测和高精度的位置检测。

5可实现非接触的检测

可以无须机械性地接触检测物体实现检测，因此不会对检测物体和传感器造成损伤。因此，传感器能长期使用。

6可实现颜色判别

通过检测物体形成的光的反射率和吸收率根据被投光的光线波长和检测物体的颜色组合 而有所差异。利用这种性质，可对检测物体的颜色进行检测。

7便于调整

在投射可视光的类型中，投光光束是眼睛可见的，便于对检测物体的位置进行调整。

光电传感器的缺点：光电传感器是通过光的发射和接收来实现信号的通断,因为光又是无处不在的,除红外光,还有紫外,可见光等,因此光电传感器易受光的影响.但是他的检测距离长,同时检测物没什么。

改进措施：这优缺点和应用有关吧。比如做位置传感器，光源和传感器的故障率比霍尓器件就高一些，消耗功率也大一些。可以做双重电路来降低故障率，但是电路要复杂些了。要是做保安系统的话（红外传感器），探测范围和超声波传感器相比要小。解决办法是，设多个传感器。光传感器有时是不容易代替的，比如安全系统。

四 国内外光电传感器公司境况

（一）OMRON【欧姆龙】

欧姆龙传感器能检测、测量、分析和处理在各种生产环境下发生的变化，如：位置、长度、高度、移动和外形等方面的变化，其有助于对未来发生的情况做出预测和预防。

其中主营光电传感器有以下几种：

1、区域传感器

F3ZN系列：测量光幕

特点：（1）·最大240光轴为止、对应直列连接；

·通过设定支援软件（PC版），可用编程序的I/O，进行任意的功能设定；

·受光亮水平监视。

（2）·扫描监控

F3WN-X系列：工件检测区域传感器

特点：（1）·最小光轴间距9mm。（最小检测物体的大小φ14mm）；（2）·最短传感器长度，187mm。（光轴数11光轴）；

（3）·最长传感器长度，1,822mm。（光轴数120光轴）。

2、外围设备传感器

E39-L93/150/151/E39-L97/98：传感器调节器/金属护罩

特点：安装简便、调整简便、更可安心使用的牢固的传感器配件

3、放大器内藏型传感器

凹槽型  E3T：通用微型·放大器内置可实现1m的长距离检测

特点：（1）·按用途选择有4种类型：透过型/扩散反射型/限定反射型回归反射型

（2）·φ0.8mm的微小光束(E3T-SL1□)能进行微小工件检测（3）·采用单片光电IC （集成电极）可信度高

（4）·装载OMRON公司独有的FAO本机器是世界上早采用同轴回归反射型的机型

圆柱型  E3F3：光电传感器

特点：（1）·螺纹柱关光电传感器，放大器内藏，具备接近传感器外观的光电传感器具有光电-IC技术的高抗干扰性；

（2）·新式光电-IC，以增加抗干扰性；

（3）·M18DIN大小的柱状外罩，ABS树脂盒/BRASS外壳

（4）·备有传感距离长（30cm），带灵敏度调节器的反 射型产品；

（5）·短路保护和逆接保护。

4、电源内藏型

DC电源  E3JK-DC:直流型 、光电开关

特点：（1）·机体细长，节约空间，体积仅为50×50×17.4mm;

（2）·M.S.R机能可检测平滑，有光泽物体;

（3）·新式光电-IC，增强抗干扰;

（4）·电源逆接，输出短路和输出逆接保护(交流型号无)。

5、放大器分离型

小探头型  E3C光电开关

特点：（1）·小型，薄型探头省空间；

（2）·带有能紧密安装的干扰防止功能；

（3）·带有传感器部有输入指示灯，所以设定容易。

激光式  E3C-LDA：数字式放大器分离光电量传感器(激光型) 

特点：激光光束可变。

配合工件可选择光点·区域3 种变化的光学结构

（1）·可绰绰有余的检测长距离1000mm(扩散反射型)；

（2）·装载焦点可变构造&光轴可调构造；

（3）·现场装备了检测时易于识别的发光式大型动作显示灯；

（4）·传感器探头部通过接插件化使连接更为简单。

6、光纤式放大器

 数字（自动协调）  E3X-ZD：数字光纤传感器最简便的数字光纤传感器

特点：（1）·示教按钮：示教和感度调整同时完成省时；

    （2）·超大微调按钮，门槛值调整更方便—省力；

       （3）·大屏幕显示和状态指示灯，状态一目了然—省心。

E3X-DA11-N

特点：（1）·用新型的接插件可以省配线省空间，提高保养性能;

（2）·采用自动电源控制（APC）电路的超级数字显示;

（3）·消耗电力最多可省70%;

（4）·可以在运行中把数字显示关掉或变暗;

（5）·移动电话大小的新时代的手机式控制器，全力发掘光纤放大                

                  大器的功能。                                      

（二）国倍加福P+F

 1、对射型光电传感器

对射型光电传感器发射器与接收器位于的两个壳体中。发射器发送的光直接被接收器接收。如果物体遮住了光束，开关功能触发。常用于远距离检测，稳定性好，能量强。对射型光电传感器的特性也决定了它适用于多尘和较脏的工业环境。可应用于：

（1）·监测生产以及包装流水线 

（2）·通过透明的外包装检测产品灌装情况 

     （3）·保护自动门的危险区域

2、反射板型光电开关

反射板型传感器，光的路径处在传感器与一个特殊的反射板之间。当有物体挡住光束，就会被传感器检测出来。

特点：（1）·极性滤波

（2）·透明物体检测

（3）·前景抑制功能

3、漫反射型传感器

（1）·带背景抑制功能的漫反射型传感器：此类传感器为检测物限定了  检测距离，而与检测物的颜色、反射率及光泽度无关。它能够检测直接放置在亮背景上的暗色物体，且安装调节也很方便。 

（2）·聚焦式漫反射型传感器：聚焦式传感器通过对透镜的调节将发射器与接收器的聚焦点固定在同一位置，该设计有利于屏蔽背景的干扰，同时小光斑的设计缩小了在检测黑色和白色目标物时的距离差。 

（3）·带背景处理功能的漫反射型传感器：此类传感器只对背景反射回的光进行分析（譬如：地板）。如果传感器检测不到背景，输出将改变状态。此类传感器一般应用于对不规则形状的物体进行检测的情况，此时使用者通常难以确定物体反射光反射回传感器的具体位置。

4、光纤传感器

光纤传感器针对小物体的检测以及特殊环境的检测，提供了极佳的解决方案。光纤放大器与光纤配合使用，可用于有限空间、恶劣环境、以及普通光电传感器不能正常工作的高温环境。 并且光纤传感器有多种尺寸及形状可供选择，从DIN导轨安装型，到18 mm圆柱型，再到标准尺寸限位开关型等等。同时，传感器拥有多种电气输出方式、数显功能、以及多种光纤可供用户选择。

5、色标传感器

色标传感器可用于在印刷、转换、包装、食品、饮料以及制药的过程中对注册商标的检测，从而对货物进行排序、定位以及质量控制。 P+F色标传感器的特色为：高分辨率下的低对比度检测，响应时间短；对于检测材料的高度、角度的偏差不敏感；光学透镜可90°互换。只要简单的按下TEACH-IN按钮，发射器LED将自动选择最佳颜色及自动调节触发阀值。对于恶劣环境下的特殊应用，推荐不锈钢外壳的DKE系列以及RL5-LL光纤传感器（配合光纤使用）系列。

6、人身安全保护的安全光电传感器

为了使人体和身体各个部位在靠近危险区域时，达到一定的安全级别，无接触的保护系统是首选。特别是当自由移动的区域不能被其它形式的安全保护设备进行时，安全光电传感器能够完全满足监视保护的要求。 

产品特性：

（1）·从保护机器的单根安全光束到安全光幕 

（2）·针对手指，手掌和身体的保护 

（3）·满足IEC 61496-1的2级或4级安全要求的自监控 

（4）·诊断显示方便了故障的排除 

（5）·继电器或晶体管的OSSD安全信号输出 

（6）·带上电屏蔽功能 

（7）·方便与现有机器控制器的集成 

（8）·强大的Muting功能

五 光电传感器的发展前景

   　咨询公司INTECHNOCONSULTING的传感器市场报告显示，2008年全球传感器市场容量为506亿美元， 2010年全球传感器市场达600亿美元以上。调查显示，东欧、亚太区和加拿大成为传感器市场增长最快的地区，而美国、德国、日本依旧是传感器市场分布最大的地区。就世界范围而言，传感器市场上增长最快的依旧是汽车市场，占第二位的是过程控制市场，看好通讯市场前景。  

目前，全球的传感器市场在不断变化的创新之中呈现出快速增长的趋势。有关专家指出，传感器领域的主要技术将在现有基础上予以延伸和提高，各国将竞相加速新一代传感器的开发和产业化，竞争也将日益激烈。新技术的发展将重新定义未来的传感器市场，比如无线传感器、光纤传感器、智能传感器和金属氧化传感器等新型传感器的出现与市场份额的扩大。