光電傳感器概要

光電傳感器的定義

「光電傳感器」是利用光的各種性質，檢測物體的有無和表面狀態的變化等的傳感器。光電傳感器主要由發光的投光部和接受光線的受光部構成。如果投射的光線因檢測物體不同而被遮掩或反射，到達受光部的量將會發生變化。受光部將檢測出這種變化，并轉換為電氣信號，進行輸出。大多使用可視光（主要為紅色，也用綠色、藍色來判斷顏色）和紅外光。 光電傳感器如下圖所示主要分為3類。（詳細內容請參見「 分類 」）

光電傳感器特長

光電傳感器原理

①光的性質

直射

光在空氣中和水中時，總是直線傳播。

使用對射型傳感器外置的開叉來檢測微小物體的示例便是運用了這種原理。 
   
曲折 是指光射入到曲折率不同的界面上時，通過該界面后，改變行進方向的現象。
   
反射（正反射、回歸反射、擴散反射） 在鏡面和玻璃平面上，光會以與入射角相同的角度反射，稱為正反射。 3個平面互相直角般組合的形狀稱為三面直角棱鏡。 如果面向三面直角棱鏡投光，將反復進行正反射，最終的反射光將向投光的反方向行進。
這樣的反射稱為回歸反射。 多數的回歸反射板都是由數mm角的三面直角棱鏡按規律排列而構成的。 此外，在白紙等沒有光澤性的表面上，光線將向各個方向反射，這樣的反射稱為擴散反射。 擴散反射型將該原理作為檢測方式。
   
偏光 光線可以表現為與其行進方向垂直的振動波。作為光電傳感器的光源，主要使用LED。從 LED投射的光線，會在與行進方向垂直的各個方向上振動，這種狀態的光稱為無偏光。將無偏 光的光的振動方向限制在一個方向上的光學過濾器稱為偏光過濾器。即從LED投光，并通過偏 光過濾器的光線只在一個方向上振動，這種狀態稱為偏光（正確地說應為直線偏光）。在某 一方向（例如縱方向）上振動的偏光，無法通過限制在其垂直方向（橫方向）上振動的偏光 過濾器。回歸反射型的M.S.R功能（→③M.S.R.功能（Mirror Surface Rejection：鏡面體光澤 清除）頁）和作為對射型配件的防止相互干擾過濾器就是應用了這種原理。
  
②光源 光的點亮方式 〈脈沖變調光〉 多數光電傳感器采用脈沖變調光，基本以一定周期反復投光。 由于很容易排除雜亂光的影響，所以可以實現長距離檢測。在帶防止相互干擾功能的類型中 ，投光的周期會根據干擾光和雜亂光而在一定范圍內變化。
 
〈直流光〉 是連續投射一定光量的光線，在標記傳感器等部分機型中使用。能得到高速響應性，但有檢 測距離短，容易受雜亂光影響等缺點。  
光源色與種類
 
③光纖型 構造 由于檢測部（光纖）中完全沒有電氣部分，所以耐干擾等耐環境性良好。
 
E3X-DA-S（數字放大器）
   
檢測原理 光纖由中間的核心和外圍部分曲折率較小的外包金屬構成。 如果光線入射到核心部分，光線將會在與外包金屬的交界面上一邊反復進行全反射，一邊行進。通過光纖 內部從端面發出的光線以約60°的角度擴散，照射到檢測物體上。 
   
光纖的種類與特性

截面	構造	特長	有效用途	代表型號
柔軟型 (多核心)	(中間的素線固定)	很少因彎曲造成光量變動 容許彎曲半徑：R1mm	與傳統的標準型相比 柔軟，可像電線般布線 彎曲半徑可忽略 即使碰觸到光纖，光量也不變動	E32-T11R E32-T11R
標準型 單芯		光的傳輸效果好 (檢測距離較長) 容許彎曲半徑 ： R25mm或R10mm		E32-TC200 E32-DC200
耐彎曲型(束)	（中間的素線分散）	耐曲折性良好 反復彎曲次數100萬次以上（代表例） 容許彎曲半徑：R4mm	即使使用機器人手臂等可動的部分也很難破損	E32-T11 E32-D11

④三角測距 距離設定型光電傳感器主要以三角測距為檢測原理。下圖所示的是三角測距的原理。從投光元件投射的光線將在檢測物體上擴散反射。反射光將通過受光透鏡在位置檢測元件（輸出符合光線位置信號的半導體元件）上成像。檢測物體在靠近光學系統的位置A的情況下，反射光會在位置檢測元件的a位置上成像。在離光學系統較遠的位置B的情況下，反射光將在b位置上成像。因此，通過測定位置檢測元件上的成像位置，可以檢測與檢測物體的距離。 
  

光電傳感器分類

①按檢測方式分類
(1)對射型 檢測方式 為了使投光器發出的光能進入受光器，對向設置投光器與受光器。 如果檢測物體進入投光器和受光器之間遮蔽了光線，進入受光器的光量將減少。 掌握這種減少后便可進行檢測。
   
此外，檢測方式與對射型相同，在傳感器形狀方面，也有投光受光部一體化，稱為槽形的種類。
 
特長： 動作的穩定度高，檢測距離長。（數cm～數十m） 即使檢測物體的通過線路變化，檢測位置也不變。 檢測物體的光澤?顏色?傾斜等的影響很少。
(2)擴散反射型 檢測方式 在投受光器一體型中，通常光線不會返回受光部。如果投光部發出的光線碰到檢測物體，檢 測物體反射的光線將進入受光部，受光量將增加。掌握這種增加后，便可進行檢測。
 
特長： 檢測距離為數cm～數m。 便于安裝調整。 在檢測物體的表面狀態（顏色、凹凸）中光的反射光量會變化，檢測穩定性也變化。 
(3)回歸反射型 檢測方式 在投受光器一體型中，通常投光部發出的光線將反射到相對設置的反射板上，回到受光部。 如果檢測物體遮蔽光線，進入受光部的光量將減少。 掌握這種減少后，便可進行檢測。
 
特長 檢測距離為數cm～數m。 布線.光軸調整方便（可節省工時）。 檢測物體的顏色、傾斜等的影響很少。 光線通過檢測物體2次，所以適合透明體的檢測。 檢測物體的表面為鏡面體的情況下，根據表面反射光的受光不同，有時會與無檢測物體的狀 態相同，無法檢測。這種影響可通過MSR功能來防止。
(4)距離設定型 檢測方式         作為傳感器的受光元件，使用2比例光電二極管或位置檢測元件。通過檢測物體反射的投 光光束將在受光元件上成像。這一成像位置以根據檢測物體距離不同而差異的三角測距原理 為檢 測原理。         下圖所示的是使用2比例光電二極管的檢測方式。2比例光電二極管的一端（接近外殼的 一側）稱為N（Near）側，而另一端稱為F（Far）側。檢測物體存在于已設定距離的位置上 的情況下，反射光將在N側和F側的中間點成像，兩側的二極管將受到同等的光量。此外，相 對于設定距離，檢測物體存在于靠近傳感器的位置的情況下，反射光將在N側成像。相反的， 相對于設定距離，檢測物體存在于較遠的位置的情況下，反射光將在F側成像。傳感器可通過 計算N側與F側的受光量差來判斷檢測物體的位置。   
距離設定型的特長 受檢測物體的表面狀態?顏色的影響少。 不易受背景物體的影響。   BGS(Background Suppression)和FGS(Foreground Suppression) 在E3Z-LS61/-66/-81/-86中，檢測傳輸帶上物體的情況下，可選擇BGS和FGS兩種功能中的任 何一個。 BGS是不會對比設定距離更遠的背景（傳輸帶）進行檢測的功能。 FG是不會對比設定距離更近的物體，以及回到受光器的光量少于規定的物體進行檢測的功能，反言之，是只對傳輸帶進行檢測的功能。
回到受光器光量少的物體是指：   ①檢測物體的反射率極低，比黑畫紙更黑的物體。 ②反射光幾乎都回到投光側，如鏡子等物體。 ③反射光量大，但向隨機方向發散，有凹凸的光澤面等物體。 注：③的情況下，根據檢測物體的移動，有時反射光會暫時回到受光側，所以有時需要通過OFF延遲定時器來防止高速顫動。 
     
特長 可對微小的段差進行檢測（BGS、FGS）。 不易受檢測物體的顏色影響（BGS、FGS）。 不易受背景物體的影響（BGS）。 有時會受檢測物體的斑點影響（BGS、FGS）。
(5)限定反射型 檢測方式 與擴散反射型相同，接受從檢測物體發出的反射光進行檢測。設置為在投光器和受光器上僅入射 正反射光，僅對離開傳感器一定距離（投光光束與受光區域重疊的范圍）的檢測物體進行檢測。 下圖中，可在（A）位置檢測物體，但在（B）位置無法檢測。
   
特長 可檢測微妙的段差。 限定與傳感器的距離，只在該范圍內有檢測物體時進行檢測。 不易受檢測物體的顏色的影響。 不易受檢測物體的光澤、傾斜的影響。

②按檢測方式選擇點
對射型/回歸反射型的確認事項 檢測物體 1．大小、形狀（縱×橫×高） 2．透明度（不透明體|半透明體|透明體） 3．移動速度V（m/s或個/分）   傳感器 1．檢測距離（L） 2．形狀?大小的限制 a）傳感器 b）回歸反射板（回歸反射型的情況下） 3．有無多個緊密安裝 a）臺數 b）安裝間距 c）是否可以交錯安裝 4．安裝的限制（是否需要角度等）   環境 1．環境溫度 2．有無水、油、藥品等飛散 3．其他
   
擴散反射型、距離設定型、限定反射型的確認事項 檢測物體 1．大小形狀（縱×橫×高） 2．顏色 3．材料（鐵、SUS、木、紙等） 4．表面狀態（粗糙、有光澤） 5．移動速度V（m/s或個/分）   
傳感器 1．檢測距離（與工件之間的距離）（L） 2．形狀、大小的限制 3．有無多個緊密安裝 a）臺數 b）安裝間距 4．安裝的限制（是否需要角度等）   
背景 1．顏色 2．材料（鐵、SUS、木、紙等） 3．表面狀態（粗糙、有光澤等）   
環境 1．環境溫度 2．有無水、油、藥品等飛散 3．其他

③按構成分類 光電傳感器通常由投光部、受光部、增幅部、控制部、電源部構成，按其構成狀態可分為以下幾類。   (1)放大器分離型 僅投光部和受光部分離，分別作為投光部和受光部（對射型）、或一體的投受光器（反射型）。其他的增幅部、控制部采用一體的放大器單元形。   特長 投受光器僅由投光元件、受光元件及光學系統構成，所以可以采用小型。 即使在狹小的場所設置投、受光器，也可在較遠的場所調整靈敏度。 投?受光部與放大器單元間的信號線很容易受干擾。 代表機型（放大器單元）：E3C-LDA、E3C   (2)放大器內置型 除電源部以外為一體。(對射型分為包括投光部的投光器和包括受光部、增幅部、控制部的受光器兩種)。電源部單獨采用電源單元等形狀。     特長 由于受光部、增幅部、控制部為一體，所以不需要圍繞微小信號的信號線，不易受干擾的影響。 與放大器分離型相比，布線工時更少。 一般比放大器分離型大，但與沒有靈敏度調整的類型相比，絕不遜色。 代表機型：E3Z、E3T、E3S-C   (3)電源內置型 連電源部也包含在投光器、受光器中的一體化產品。   特長 可直接連接到商用電源上，此外還能從受光器直接進行容量較大的控制輸出。 投光器、受光器中還包括了電源變壓器等，所以與其他形態相比很大。 代表機型：E3G、E3JK、E3JM   (4)光纖型 是在投光部、受光部上連接光纖的產品。由光纖單元和放大器單元構成，但本公司沒有電源內置的放大器單元系列產品。     特長 根據光纖探頭（前端部分）的組合不同，可構成對射型或反射型。 適合于檢測微小物體。 光纖單元不受干擾的影響。 代表機型（放大器單元）：E3X-DA-S、E3X-MDA、E3X-NA

傳感器術語解說

項目		說明圖	含義
檢測距離	對射型		在對射型、回歸反射型中 考慮到產品的分散和溫度變化等，能穩定設定的最大檢測距離。 標準狀態下的實力值無論哪種方式都比額定檢測距離更長。
	回歸反射型
	擴散散射型		在擴散反射型中 對標準檢測物體（白畫紙），考慮到產品的分散和溫度變化等，能穩定設定的最大檢測距離。 標準狀態下的實力值無論哪種方式都比額定檢測距離更長。
	限定反射型		在限定反射型中 如左圖的光學系統，設計時使投光軸與受光軸在檢測物體的表面以同樣的傾斜角 θ 交叉。 在該光學系統中，從物體發出的正反射光能穩定檢測出的距離范圍為檢測距離。因此，檢測距離根據其下限和上限，表現為「10～35mm」。（→參見1296頁）
	標記傳感器		在標記傳感器中 如左圖的光學系統，設計時使受光軸相對于和檢測物體垂直的投光軸在θ交叉。 因此受光部將不受檢測物體的正反射光影響，而只接受擴散反射光，可對檢測物體的「顏色」進行檢測。
設定范圍/檢測范圍	距離設定型		在距離設定型中 可對物體的檢測位置限度進行設定。相對于標準檢測物體（白畫紙）可設定的范圍稱為設定范圍。 被設定的位置作為限度，將能檢測物體的范圍稱為檢測范圍。檢測范圍根據傳感器的檢測模式而不同，有時存在于設定位置開始的傳感器一 側（BGS模式），或遠離設定位置的一側（FGS模式）。（→參見1295頁）
指向角			對射型、回歸反射型 作為光電傳感器可動作的角度范圍。
差動的距離			擴散反射型、距離設定型 動作距離與回歸距離的差。 一般用產品樣本中相對于額定檢測距離的比率來表示。
無感帶			在標記傳感器、距離設定型、限定反射型、擴散發射型、回歸反射型中，將離透鏡面近且遠離投光區域、受光區域的區域稱為"無感帶"，在無感帶中無法檢測。
響應時間			從光輸入的斷續開始，到控制輸出動作或回歸為止的延遲時間稱為「響應時間」。 在光電傳感器中，一般動作時間（Ton）回歸時間（Toff）。

項目	說明圖	含義
遮光動作 DARK ON		遮光動作（DARK ON）的定義 是指在對射型中遮蔽投光光束等情況下，進入受光器的光量減少到標準以下時的輸出動作，表示為動作模式：遮光時ON， DARK ON。 入光動作（LIGHT ON）的定義 是指在擴散反射型中，接近檢測物體等情況下，進入受光器的光量增加到標準以上時的輸出動作，表示為動作模式：入光時ON，LIGHT ON。
入光動作 LIGHT ON
使用環境亮度		使用環境亮度用受光器的受光面亮度表示，并將受光輸出相對于200lx時的值變化±20％時的亮度定義為「使用環境亮度」。 并不是進行誤動作之前的動作界限亮度。
標準檢測物體		無論對射型或回歸反射型，都將具有比光學系統的對角線長度更大直徑的不透明體測桿作為標準檢測物體。 一般在對射型中，將投?受光透鏡的對角線長度作為標準檢測物體的直徑，而在回歸反射型中則使用反射板的對角線長度。 根據反射板的標準物體的大小 在擴散反射型中，將比投光光束直徑更大的白畫紙作為標準檢測物體。
最小檢測物體		對射型、回歸反射型的情況下，在額定檢測距離上將靈敏度調整為穩定入光動作值，將可檢測的最小檢測物體作為代表例。   在反射型中，將靈敏度設定為最大，將可檢測的最小檢測物體作為代表例。
安裝狹縫時的最小檢測物體		對射型 在投、受光器兩者上都安裝狹縫，在額定檢測距離上將靈敏度調整為進行正確入光動作的值，如左圖所示，將檢測物體沿狹縫的較長方向平行移動，將可檢測的最小檢測物體作為代表例。

特性數據的讀法

對射型/回歸反射型

平行移動特性	受光輸出余度－距離特性
對射型的情況下：表示已固定投光器時，受光器的檢測界限位置。 回歸反射型的情況下：表示已固定傳感器的位置時，回歸反射伴的檢測界限位置。 無論哪種情況下，旋鈕均為MAX。被上下兩側的線圍住的區域是可檢測區域。 設置多個對射型的情況下，為了避免相互干擾，需要圖示1.5倍的區域。	受光輸出余度用對靈敏度進行最大設定情況下的數值來表示。 上述為額定檢測距離為15m的機型的示例。在額定檢測距離中，能讀取約6倍的受光輸出余度。

  擴散反射型

動作區域特性	檢測距離-檢測物體的大小特性
表示將標準檢測物體沿Y方向（與光軸垂直的方向）移動時，檢測開始的位置。 在圖中，向下側彎曲的圖表，是將檢測物體從下側移動時的圖表。	表示根據檢測物體的大小和表面顏色的不同，檢測距離變化的情況。 這些是相對于標準檢測物體的值，檢測物體如果發生變化，動作區域、檢測距離也發生變化。

  擴散反射型/回歸反射型

檢測物體的寬度與動作區域	檢測 ? 首  頁 關于我們 新聞中心 產品中心 下載中心 人才招聘 成功案例 聯系我們 CopyRight 2015-2018 ?工控友(廈門)自動化系統有限公司 All rights reserved 總機：0592-6058068    地址：福建省廈門市湖里區馬壟路11號佳益工業園區518/520 全國售前熱線：0592-6058068    QQ： 網站備案編號：閩ICP備18018515號-1 中國.福建.廈門 【系統管理】 友情鏈接： 施耐德電氣（中國）有限公司  歐姆龍自動化(中國)有限公司官網  西門子中國  ABB中國  永賀環保

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