光電傳感器在自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

高 雄

（湖北第二師范學(xué)院 湖北 武漢 430205）

1 引言

隨著我國光電技術(shù)發(fā)展的逐漸成熟，光電傳感器在自動控制領(lǐng)域得到了廣泛的運用。一方面光電傳感器可以直接檢測自動控制系統(tǒng)中與光信號有關(guān)的物理量（光照度、輻射度、光強等），另一方面，其可以通過檢測信號的變化來間接檢測正在發(fā)生變化的物理量，例如物體表面粗糙度、微應(yīng)變、微流動性等。在實際應(yīng)用過程中可以發(fā)現(xiàn)，光電傳感器比其他傳感器響應(yīng)更快，加長了檢測距離的同時提高了測試精度，其還可以檢測物體的顏色且不與被測物體直接接觸，可以說光電傳感器是一種現(xiàn)代化的無損自動檢測技術(shù)。

2 光電傳感器的基本原理

光電傳感器通常由光發(fā)射機、光學(xué)元件和信號轉(zhuǎn)換電路組成[1]。當傳感器正常工作時，光發(fā)射機以各類方式發(fā)出包含信息的光信號，光學(xué)元件接收后會通過光過濾將光信號轉(zhuǎn)換為弱電信號，再由信號轉(zhuǎn)換器根據(jù)不同現(xiàn)實需要將弱點信號進行整理和放大以實現(xiàn)信息的傳遞、運輸和轉(zhuǎn)換。光電傳感器相比其他傳感器而言具有結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)快、抗干擾、精度高、可靠性高等優(yōu)勢。

3 光電傳感器的種類及特點

結(jié)合光電傳感器具體參數(shù)和技術(shù)開發(fā)結(jié)構(gòu)來看，當前光電傳感器主要分為對射式光電傳感器、反射式光電傳感器和漫反射式光電傳感器三種類型[2]，且三種傳感器具有不同的特征和使用范圍。

3.1 對射式光電傳感器

對射式光電傳感器是指將傳感器與發(fā)射器分離放置的傳感器。其工作原理為發(fā)射器打開并發(fā)射紅外光，光信號在到達接收器位置之前會經(jīng)過較長的感應(yīng)距離傳輸，同時與信號接收器形成傳遞通路。當某一特定的測試對象通過對射式光電傳感器時，該測試對象就會被光路阻擋，接收器此時會立即做出反應(yīng)并發(fā)送控制信號。發(fā)射機發(fā)出的光信號在正常情況下只能跨越一次感應(yīng)距離，因此，對射式光電傳感器適用于戶外和粉塵較多的環(huán)境之中。

3.2 反射式光電傳感器

反射式光電傳感器主要結(jié)構(gòu)由發(fā)射器、信號接收器和反光板組成。其主要工作原理為發(fā)射器打開發(fā)出紅外光后，直接由反光板反射到信號接收器上完成信號的整個傳遞過程，特別需要注意的是如果反射光被遮擋，反射式傳感器就無法捕捉光線，開關(guān)控制系統(tǒng)就會停止工作。由于反射式光電傳感器使用了光的反射原理，其經(jīng)常應(yīng)用于不透光的物理結(jié)構(gòu)中，同時其也能夠進行較長感應(yīng)距離的信號傳播。

3.3 漫反射式光電傳感器

漫反射式光電傳感器是一種將發(fā)射器、接收器和信號轉(zhuǎn)換電路集于一體的光電傳感器[3]。其工作原理為發(fā)射器發(fā)出不可見紅外光束，若前方有被檢物體遮擋，接收器會直接接受到發(fā)生漫反射的紅外光束并將其轉(zhuǎn)換為電路控制信號。根據(jù)光漫反射原理來看，這種類型的光電傳感器的靈敏度與工作環(huán)境中的光源強度和被測物體光漫反射的能力有關(guān)?；诖耍梢栽诎l(fā)射器端和接收器端加裝光信號頻率調(diào)節(jié)器和頻率檢測電路以控制光強。紙張自動印刷是漫反射型光電傳感器的主要應(yīng)用領(lǐng)域。

4 光電傳感器在自動控制中的具體應(yīng)用

4.1 在光電色質(zhì)檢測中的應(yīng)用

近年來我國的光電色質(zhì)檢測技術(shù)逐漸成熟，這種技術(shù)在保證測試數(shù)據(jù)和信息完整性的同時對測試結(jié)果進行了大幅度優(yōu)化。將光電傳感器應(yīng)用于光電色質(zhì)檢測系統(tǒng)中可以在提高總體檢測水平的基礎(chǔ)上進一步提高信息處理效果。其當前階段主要應(yīng)用領(lǐng)域于糧食加工與分離過程中。由于物質(zhì)的光學(xué)特征存在不同，在糧食加工與分離過程中可以將光電傳感器和光電色質(zhì)檢測相互結(jié)合，通過使用光電傳感器將不同顏色的物料與顆粒分離，并創(chuàng)建不同的應(yīng)用程序組和選項。技術(shù)人員據(jù)此可將物料類型分為大米色系、茶色系和其他食品色系三個系統(tǒng)，實現(xiàn)了對相關(guān)產(chǎn)品的集中檢測分析，同時也提高了處理效率和控制力度。

4.2 在自動印刷中的應(yīng)用

印刷機的紙張檢測模塊是一種基于遠距離漫反射光電傳感器的自動控制模塊。如果印刷機內(nèi)存在紙張，發(fā)射器發(fā)出不可見紅外光后會被紙張阻擋并發(fā)生漫反射效應(yīng)，接收器接收到反射光后會將其轉(zhuǎn)化成控制信號并控制印刷機開始打印。反之印刷機內(nèi)沒有紙張就會致使接收器就接收不到信號，印刷機自然也就會停止工作并提示缺紙。此外，漫反射式光電傳感器還被廣泛應(yīng)用于激光打印機、銀行貨幣自動存取機和造紙廠自動化生產(chǎn)線中。

4.3 在光電轉(zhuǎn)速傳感系統(tǒng)中的應(yīng)用

光電傳感器在光電轉(zhuǎn)速傳感系統(tǒng)中的應(yīng)用較為普遍。根據(jù)光電傳感器的工作原理，在光電轉(zhuǎn)速傳感系統(tǒng)光敏二極管一端配置一個帶有小孔的調(diào)制盤結(jié)構(gòu)，在另一端配置一個可控的發(fā)光白熾燈。當白熾燈發(fā)出光線后，光敏二極管就可以立刻接收到透過調(diào)制盤的光信號并完成一系列控制操作。需要特別關(guān)注的是在光電轉(zhuǎn)速傳感系統(tǒng)中同時使用紅外發(fā)光二極管和光敏發(fā)光二極管時應(yīng)盡可能的避免脈沖波的形成，因為其將導(dǎo)致傳感器的傳感失效。同時在系統(tǒng)運行過程中應(yīng)將物體放置在圓形孔中心位置，這在有利于信號傳遞的同時增強了傳感效果。

5 結(jié)語

綜上所述,光電傳感器相比其他傳感器而言，具有組成結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)速度快、抗干擾能力強、檢測精度高等優(yōu)勢，將其應(yīng)用于自動控制系統(tǒng)中能最大化的發(fā)揮自身作用、提升系統(tǒng)運作能力。在光電傳感器的未來發(fā)展過程中，相關(guān)研究人員應(yīng)進一步優(yōu)化并完善其內(nèi)部結(jié)構(gòu),讓光電傳感器在不同領(lǐng)域中全面應(yīng)用的目標成為現(xiàn)實。