传感器课件-10光电传感器.ppt
第十章 光电传感器（下）第四节 光电开关及光电断续器,从原理上讲，光电开关及光电断续器没有太大的差别，都是由红外线发射元件与光敏接收元件组成，只是光电断续器是整体结构，其检测距离只有几毫米至几十毫米，而光电开关的检测距离可达几米至几十米。,一、光电开关的结构和分类,光电开关可分为遮断型和反射型两大类。遮断型光电开关的发射器和接收器相对安放，轴线严格对准。当有物体在两者中间通过时，红外光束被遮断，接收器接收不到红外线而产生一个负脉冲信号。遮断型光电开关的检测距离一般可达十几米，对所有能遮断光线的物体均可检测。反射型光电开关的发射器和接收器单侧安装，当有物体在光电开关面前通过时，红外光束被反射回来，接收器接收到红外线，而产生一个正脉冲信号。反射型光电开关的检测距离一般不超过1m，对暗色物体无法检测。,2023/9/21,3,光电开关外形,2023/9/21,4,某系列光电开关型号说明,2023/9/21,5,遮断型光电开关示意图,遮断报警,2023/9/21,6,遮断式光电开关原理,遮断式光电开关由相互分离且相对安装的光发射器和光接受器组成。当被检测物体位于发射器和接受器之间时，光线被阻断，接受器接受不到红外线而产生开关信号。,被检测物体,光发射器,光接收器,2023/9/21,7,遮断型光电开关用于人体保护,2023/9/21,8,光电开关在 流水线上的应用,送料器,落料口,遮断式光电开关（计数）,2023/9/21,9,光电开关在产品检验中的应用,遮断型光电开关用于产品质量控制,光幕,两个柱形结构相对而立，每隔数十毫米安装一对发光二极管和光敏接收管，形成光幕，当有物体遮挡住光线时，传感器发出报警信号。,接收器,光幕应用,当有物体遮挡住光线时，传感器发出报警信号，起保护、预警等作用。,光线被遮断（报警）,2023/9/21,12,光幕应用（续）,产品高度测量,2023/9/21,13,光幕应用（续）,2023/9/21,14,光幕应用（续）,木材外形截面积检测,2023/9/21,15,光幕应用（续）,孔的检测,光幕应用（续）,2023/9/21,17,光幕应用（续）,光幕用于 自动收费系统的车辆检测,2023/9/21,18,光幕应用（续）,锻压机床的 安全区域设置 及入侵报警,2023/9/21,19,光幕应用（续）,安全区示警,2023/9/21,20,光幕应用（续）,手的安全区保护,反射型光电开关,反射型光电开关分为两种情况：反射镜反射型及被测物漫反射型（简称散射型）。,反射镜反射型光电开关采用较为方便的单侧安装方式，但需要调整反射镜的角度以取得最佳的反射效果。反射镜通常使用三角棱镜，它对安装角度的变化不太敏感，有的还采用偏光镜，它能将光源发出的光转变成偏振光（波动方向严格一致的光）反射回去，提高抗干扰能力。,2023/9/21,22,定区域反射式光电开关原理,定区域式光电开关有一个非常确定的检测区域，不经过该区域的被测物体不会引起光电开关产生开关信号。,检测距离,检测距离,2023/9/21,23,反射型光电开关及反射镜外形,三角反射镜,集发射、接收器于一身,反射镜反射型光电开关工作原理,反射镜使用偏光三角棱镜，能将发射器发出的光转变成偏振光反射回去，光接收器表面覆盖一层偏光透镜，只能接受反射镜反射回来的偏振光。,反射板,反射镜,被测物体,偏振光,发射光,反射镜,反射镜反射型光电开关的应用,塑料瓶的反射光不是偏振光，不会引起报警。,反射镜反射型光电开关的应用（续）,反射镜反射型检测有无物体通过,2023/9/21,27,反射镜反射型光电开关的应用（续）,摆放错误检测,2023/9/21,28,反射镜反射型光电开关的应用（续）,遮光检测,调制型光电开关原理,光电开关的LED多采用中频（40kHz左右）窄脉冲电流驱动，从而发射40kHz调制光脉冲。相应地，接收光电元件的输出信号经40kHz选频交流放大器及专用的解调芯片处理，可以有效地防止太阳光、日光灯的干扰，又可减小发射LED的功耗。,被测物漫反射型光电开关原理,漫反射光线,反射光线,被检测物体,光发射器和光接受器,发射光线,漫反射型光电开关集光发射器和光接受器于一体。当被测物体经过该光电开关时，发射器发出的光线经被测物体表面反射由接受器接受，于是产生开关信号。,额定距离,漫反射型光电开关的应用,请思考如何将光电开关用于卫生间的自动冲水设备,2023/9/21,32,反射型光电开关外形,电源指示,信号指示,2023/9/21,33,反射型光电开关外形（续）,灵敏度调节电位器,智能化自学习型光电开关,常规反射型光电开关的动作距离是不变的（与型号有关），当检测流水线上的漫反射物体时，必须调节安装距离，十分不方便。自学习型光电开关上设置了一只阈值开关，当流水线上的被检测物体到达光电开关面前时，按下阈值开关数秒，待“学习”指示灯闪亮停止后，内部的微处理器就记住了两者之间的距离，就能在一定的允许范围内，可靠地对之后来到的被检测物体作出反应。当流水线上的被检测品种改变时，只需再次“学习”，而不必调节机械安装螺丝。,智能化光电开关的自学习过程示意图,阈值开关,学习指示灯,设定距离,安装距离,表面反射率,对于漫反射式光电开关发出的光线需要被检测物表面将足够的光线反射回接收器，所以检测距离和被检测物体的表面反射率及粗糙程度将决定接收器接收到光线强度，被检测物体的表面还应尽量垂直于光电开关的发射光线。,2023/9/21,37,常用材料的反射率（相对于白纸的估计值）,2023/9/21,38,光电开关的最大指向角示意图,2023/9/21,39,光电开关应用（续）,包装分类检测,2023/9/21,40,光电开关应用（续）,IC引脚检测,2023/9/21,41,光电开关应用（续）,透明度测量、控制,质量检测,2023/9/21,42,光电开关应用（续）,加工控制,2023/9/21,43,光电开关应用（续）,机械手定位,光电开关应用（续）,三角皮带脱落检测,暖气片高度差的测量,2023/9/21,45,光电开关应用（续）,高度和步距检测,2023/9/21,46,光电开关应用（续）,QFP管脚排列的检测,构件厚度 的测量,2023/9/21,47,光电开关应用（续）,机械手定位,光电开关应用（续）,集成电路方向检测,换向器间隙深度测量,2023/9/21,49,光电开关应用（续）,商标方向检测,2023/9/21,50,光电开关应用（续）,芯片厚度测量,根据高度差的测量可不受本底起伏的影响,2023/9/21,51,光电开关应用（续）,产品长度检测,2023/9/21,52,光电开关应用（续）,产品组装质量检测,二、光电断续器,光电断续器可分为遮断型和反射型两种。遮断型光电断续器也称为槽式光电开关，通常是标准的U字型结构。其发射器和接收器做在体积很小的同一塑料壳体中，分别位于U型槽的两边，并形成一光轴，两者能可靠地对准，为安装和使用提供了方便。当被检测物体经过U型槽且阻断光轴时，光电开关就产生表示检测到的开关量信号。槽式光电开关比较可靠，较适合高速检测。,反射式 光电断续器,光电断续器广泛应用于自动控制系统、生产流水线、机电一体化设备、办公设备和家用电器中。光电断续器的发光二极管可以用直流电驱动，亦可用40kHz尖脉冲电流驱动；红外LED的正向压降约为1.11.3V，驱动电流控制在20mA以内。,2023/9/21,55,光电断续器外形,2023/9/21,56,光电断续器外形（续）,2023/9/21,57,光电断续器外形（续）,红色光柱,光电断续器示意图,接收器,发射器,槽,遮光报警,2023/9/21,59,光电断续器的应用,透明簿膜,透明物上的标记物检出,齿盘每转过一个齿，光电断续器就输出一个脉冲。通过脉冲频率的测量或脉冲计数，即可获得齿盘转速和角位移。,光电断续器的应用（续）,请写出转速与频率的关系式,n=？,n,光电断续器的应用（续）,光电传感器的其他用途,注料检测,瓶盖检测,2023/9/21,63,其他光电传感器外形,光电传感器的其他用途（续）,阀门手柄位置检测,产品计数,光电传感器的其他用途（续）,断裂检测,电梯自动运行条件判断,光电传感器的其他用途（续）,进出检测,磨床行程控制,光电传感器的其他用途（续）,水位上下限控制,液面检测,光电传感器的其他用途（续）,自动注料,物位检测,光电传感器的其他用途（续）,物体倒置辨别,转速检测,第五节 CCD图像传感器及应用,电荷耦合器件（Charge Coupled Device，简称CCD）具有光电转换、信息存储和传输等功能。CCD具有集成度高、功耗小、分辨力高、动态范围大等优点。CCD图像传感器被广泛应用于生活、天文、医疗、电视、传真、通信以及工业检测和自动控制系统。本节简单介绍CCD图像传感器的原理及其应用。,2023/9/21,71,MOS电容器组成的光敏元及数据面的显微照片,CCD读出移位寄存器的数据面显微照片,CCD的光敏元结构及存储电荷的原理,2023/9/21,72,彩色CCD显微照片（放大7000倍）,2023/9/21,73,CCD图像传感器的分类,1.线阵CCD外形,2023/9/21,74,2.面阵CCD,面阵CCD能在x、y两个方向都能实现电子自扫描，可以获得二维图像。,2023/9/21,75,面阵CCD外形（续）,200万和1600万像素的面阵CCD,2023/9/21,76,面阵CCD外形（续）,2023/9/21,77,面阵CCD外形（续）,2023/9/21,78,CCD图像传感器的应用,线阵CCD在 扫描仪中的应用,线阵CCD在图像扫描中的应用,线阵CCD摄像机可用于彩色印刷中的套色工艺监控,风云一号卫星可以对 地球上空的云层分布 进行逐行扫描,2023/9/21,80,线阵CCD用于字符识别,CCD数码照相机,数码相机简称DC，它采用CCD作为光电转换器件，将被摄物体的图像以数字形式记录在存储器中。数码相机从外观看，也有光学镜头、取景器、对焦系统、光圈、内置电子闪光灯等，但比传统相机多了液晶显示器（LCD），内部更有本质的区别，其快门结构也大不相同。,2023/9/21,82,CCD用于图像记录,2023/9/21,83,数码相机的外形,2023/9/21,84,三基色分离原理,CCD数码照相机的结构,2023/9/21,85,数码相机的结构解剖图,CCD及镜头,2023/9/21,86,CCD数码显微镜拍摄的金属表面显微照片,2023/9/21,87,CCD数码摄像机,CMOS图像传感器,CMOS图像传感器是采用互补金属-氧化物-半导体工艺制作的另一类图像传感器，简称CMOS。现在市售的视频摄像头多使用CMOS作为光电转换器件。虽然目前的CMOS图像传感器成像质量比CCD略低，但CMOS具有体积小、耗电量小、售价便宜的优点。随着硅晶圆加工技术的进步，CMOS的各项技术指标有望超过CCD，它在图像传感器中的应用也将日趋广泛。,2023/9/21,89,CMOS视频摄像头,带红外LED照明的CMOS视频摄像头,2023/9/21,90,CMOS视频摄像头的外部结构,2023/9/21,91,CMOS视频摄像头的外形及内部结构,红外热像传感器的红外摄像功能,不同的颜色和亮度代表不同的温度,任何物体只要温度高于绝对零度，内部原子就会作无规则运动，并不断地辐射出热红外能量。红外探测器可将物体辐射的红外功率信号转换成电信号，在计算机成像系统的显示屏上，将得到与物体表面热分布相对应的热像图。,红外热像传感器的红外摄像功能,断指,狗,手枪钻的发热部位,2023/9/21,94,热成像仪的使用,2023/9/21,95,各种热像,变电站的热像,从热像中可以判断过热位置,2023/9/21,96,白天的图像与热像的对比,热像,2023/9/21,97,各种输电设备的热像,输电线接头过热,2023/9/21,98,休 息 一 下,
