淺析光電傳感器在自動控制系統中的應用

余鵬

摘要：光電傳感器在閉環自動控制系統中能有效的實現精準測速、精確位移定位、非接觸式信號開關。因此，研究光電傳感器在自動控制中的應用具有重要價值和意義。本文首先對光電傳感器的原理及分類作統一概述，其次，依據光電傳感器的研究現狀，重點論述了光電傳感器在自動控制中的應用。

關鍵詞：光電傳感器;自動控制;應用分析

中圖分類號：TP212 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2020）01-0001-02

0 引言

在自然和生產領域，傳感器是智能自動控制系統獲取信息的基本器件。光電傳感器通過光電效應獲取各類物理量，響應速度快，抗干擾能力強，在自動控制領域受到越來越多的關注。

1 光電傳感器的基本介紹

1.1 光電傳感器的基本工作原理

光電傳感器一般由光發射器、受光元件和信號轉換電路組成。傳感器正常工作時，光發射器以某種方式發射承載信息的光信號，經光學通道濾光處理，受光元件將光信號轉換成微弱的電信號，信號轉換電路再根據需要對微弱電信號進行整形、放大，最終實現信息的傳遞、隔離和轉換。光電傳感器具有結構簡單、響應迅速、抗干擾能力強、精確性高且性能可靠的特點。

1.2 光電傳感器的分類及特點

根據光電傳感器光信號處理方式，常見光電傳感器分為對射型光電傳感器、槽型（又稱U型）光電傳感器、漫反射型光電傳感器、光纖式光電傳感器等。

1.2.1 對射型光電傳感器

對射型光電傳感器一般由光發射器和光接收單元組成，使用時將發射器和接收單元分別安裝在被檢測物體通道兩側，待檢物體遮擋光束時，光接收單元因檢測不到光信號而輸出相應控制電平。對射型光電傳感器實現非接觸式檢測，常應用在門禁系統、原點定位、安防系統等場合。

1.2.2 槽型光電傳感器

槽型光電傳感器是把光發射器和光接收單元面對面的安裝在U型槽兩側。傳感器正常工作時，如光通道無物體遮擋，光接收單元受光而輸出某種狀態信號;如光通道被檢測物體遮擋，光接收單元檢測不到光束而輸出相反狀態信號。槽型光電傳感器響應速度快，非接觸且無機械運動的特性使其廣泛應用在高速運動物體檢測單元[1]。

1.2.3 漫反射型光電傳感器

漫反射型光電傳感器將光發射器、光接收單元及信號轉換電路集于一體。傳感器正常工作時，光發射器發射不可見光束，如前方有被檢物體，光束因發生漫反射而被光接收單元捕捉，轉換電路產生控制信號。根據漫反射原理，漫反射型光電傳感器的靈敏度與工作環境的光源及被檢物體的光反射能力有關，基于此特性，在漫反射型光電傳感器系統的光發射端增設光信號頻率調制電路，在接收端配對頻率檢波電路。調制解調電路有效抑制系統各環節產生的固有噪聲，也避免工作環境光源造成的誤觸發，提高系統的靈敏度和穩定性。漫反射型光電傳感器廣泛應用于紙張檢測自動控制領域。

1.3 光電傳感器的使用注意事項

光電傳感器發射的紅外線是一種波長為760納米到1毫米的電磁波，是太陽光譜中紅光外側不可見光的一種。設計自動控制系統時，應充分考慮紅外光的光學特性，確保傳感器工作環境光源的穩定，避免光電傳感器暴露在強光環境或者光源多變的情況，必要時可為傳感器設計遮光裝置。應用系統需要安裝多個光電傳感器時，應避免不同光電傳感器交叉干擾，必要時增設光信號頻率調制電路和配對的檢波解調電路。在控制系統運行過程中，因系統振動、環境粉塵增多、液體飛濺、腐蝕性氣體侵襲等因素超出設計的正常范圍，系統誤差警示燈發出報警提示，技術員可通過預設的靈敏度細調電位器重新校正。

2 光電傳感器在自動控制系統中的應用

光電傳感器是自動化設備實現智能控制最基本的“觸覺器官”。例如，自動化生產線物料傳輸時，安裝在傳送帶兩側的非接觸式光電傳感器通過檢測物料是否遮擋紅外線而產生高低電平，微處理器根據接收到的邏輯電平進行產品計數或者物料分揀又或者操控機器手精準抓取物料;常見自動感應門兩側安裝光電傳感器，客人進入感應區因遮擋光電傳感器的紅外線而觸發語音播報;自動化生產車間機械設備運行區安裝安全光柵，人員或物料侵入安全光柵紅外線光幕，紅外線被遮擋而觸發安全光柵輸出安全控制信號，安全模塊啟動保護功能，設備緊急停機[2]。

2.1 光電傳感器在紙張處理自動控制系統中的應用

打印機紙張檢測單元是一種基于漫反射型光電傳感器的自動控制模塊，打印機有紙張，光電傳感器發射的不可見紅外線被反射到傳感器的接收端，反之接收端檢測不到反射光線，打印機微處理器單元根據紙張檢測模塊的兩種狀態信號予以打印或提示缺紙。漫反射型光電傳感器還經常被用在噴墨打印機墨盒檢測、激光打印機進出紙檢測、造紙生產線紙張斷裂自動檢測、銀行自動柜員機紙幣運行通道數據采集[3]。

2.2 光電傳感器在自動控制系統傳動機構精確定位單元的應用

精準的自動閉環控制系統需要實時檢測電機的轉速、位移等數據，機電工程師通常選用旋轉編碼器作為閉環控制系統的反饋單元。旋轉編碼器主要由光柵碼盤和光電傳感器組成，是一種將驅動軸角速度轉換成脈沖數字量的傳感器。應用時，旋轉編碼器與電機同軸連接，旋轉編碼器內部的圓形光柵碼盤等分設置若干開孔，碼盤與電機同速旋轉時，光電傳感器發射的紅外射線經碼盤開孔斷續投射到接收端，接收信號經檢測轉換電路輸出反映電機轉向、轉速的脈沖數字量。旋轉編碼器根據光電傳感器工作原理分為增量型旋轉編碼器和絕對型旋轉編碼器。增量型旋轉編碼器（如圖1增量型旋轉編碼器結構圖所示）輸出脈沖相位差90°的A、B相信號，以判斷電機旋轉方向和角速度;電機每轉一圈輸出一個Z相脈沖信號，用于基準點定位。絕對型旋轉編碼器碼盤設置N道光通道刻度線，每道刻度線設置唯一的n位二進制編碼開孔，電機旋轉的位置信息由碼盤刻度線的n位二進制編碼記錄。與增量型旋轉編碼器相比，絕對型旋轉編碼器無需記憶、計算脈沖信號，無需尋找參考點，抗干擾能力強。旋轉編碼器與各種電機組合應用在電梯自動控制、車輛測速、自動化生產線、智能機械手、機器人、石油機械設備、洗衣機等自動控制領域。

3 結語

綜上所述，光電傳感器具有精度高、抗干擾能力強、檢測對象廣泛以及相應迅速等優勢，在自動控制領域中占據極為重要的地位。在未來光電傳感器的發展和應用中，應當充分發揮其精確度高的特點，進一步優化并完善其結構，致力于在不同領域實現全面應用。

參考文獻

[1] 杜文鋒.光電傳感器在自動控制中的應用分析[J].中國設備工程，2017（18）：130-131.

[2] 余鵬.淺談《單片機原理與應用》課程教學改革[J].信息化建設，2015（203）：25.

[3] 肖燕.光電傳感器在紙幣處理模塊中的運用[J].信息記錄材料，2017（18）：37-39.