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光电开关式设计说明书 学 校：重庆三峡学院 班 级：10级机械4班 小组成员： 1、光电开关介绍 1.1 光电开关的介绍 光电开关（光电传感器）是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。安防系统中常见的光 电开关烟雾报警器，工业中经常用它来记数机械臂的运动次数。 图1 光电开关相关术语 (1)检测距离: 是指检测体按一定方式移动, 当开关动作时测得的基准位置(光电开关的感应表面)到检测面的空间距离。额定动作距离指接近开关动作距离的标称值。 (2)回差距离: 动作距离与复位距离之间的绝对值。 (3)响应频率: 在规定的1s的时间间隔内, 允许光电开关动作循环的次数。 (4)输出状态: 分常开和常闭。当无检测物体时, 常开型的光电开关所接通的负载由于光电开关内部的输出晶体管的截止而不工作, 当检测到物体时, 晶体管导通, 负载得电工作。 (5)检测方式: 根据光电开关在检测物体时发射器所发出的光线被折回到接收器的途径的不同,可分为漫反射式、镜反射式、对射式等。 (6)输出形式: 分NPN 二线、NPN 三线、NPN 四线、PNP二线、PNP三线、PNP四线、AC 二线、AC 五线(自带继电器) , 及直流NPN /PNP /常开/常闭多功能等几种常用的输出形式。 (7)指向角: 见光电开关的指向角示意图, 即如图4的下部三个小图所示。 (8)表面反射率: 漫反射式光电开关发出的光线需要经检测物表面才能反射回漫反射开关的接受器, 所以检测距离和被检测物体的表面反射率将决定接受器接收到光线的强度。粗糙的表面反射回的光线强度必将小于光滑表面反射回的强度, 而且, 被检测物体的表面必须垂直于光电开关的发射光线。 (9)环境特性: 光电开关应用的环境亦会影响其长期工作可靠性。当光电开关工作于最大检测距离状态时, 由于光学透镜会被环境中的污物粘住, 甚至会被一些强酸性物质腐蚀, 以至其使用参数和可靠性降低。较简便的解决方法就是根据光电开关的最大检测距离降额使用来确定最佳工作距离。 2、光电开关的原理 2.1 光电开关的基本原理 光电开关是光电接近开关的简称, 它是利用被检测物对光束的遮挡或反射, 由同步回路选通电路,从而检测遮挡物体的有无。所有能反射光线的物体均可被检测(物体不限于金属)。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出, 接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行检测。工作原理如图1所示。多数光电开关选用的是波长接近可见光的红外线光波。光电开关的型号种类很多。 图二 光电开关工作原理示意图 光电开关把发射端和接收端之间光的强弱变化转化为电流的变化以达到探测的目的。由于光电开关输出回路和输入回路是电隔离的（即电缘绝），所以它可以在许多场合得到应用。光电开关采用集成电路技术和SMT表面安装工艺而制造的新一代光电开关器件，具有延时、展宽、外同步、抗相互干扰、可靠性高、工作区域稳定和自诊断等智能化功能。这种新颖的光电开关是一种采用脉冲调制的主动式光电探测系统型电子开关，它所使用的冷光源有红外光、红色光、绿色光和蓝色光等，可非接触，无损伤地迅速和控制各种固体、液体、透明体、黑体、柔软体和烟雾等物质的状态和动作。 这里我们要用到一种电子元件——干簧继电器，它由干簧管和绕在干簧管外的线组成。当线圈内有电流时，线圈产生的磁场使密封在干簧管内的两个铁质簧片磁化，两个簧片在磁力作用下由原来的分离状态变成合状态，线圈内没有电流时，磁场消失，瓷片在弹力的作用下，回复到分离状态 电信号 磁信号 图1 方案设计流程图 元件选择和电路设计 (1)、元件选择 光敏元件选择光敏电阻。 光敏电阻的基本特性： (1) 伏安特性 在一定照度下，流过光敏电阻的电流与光敏电阻两端的电压的关系称为光敏电阻的伏安特性。图2为硫化镉光敏电阻的伏安特性曲线。由图可见，光敏电阻在一定的电压范围内，其I-U曲线为直线。 （2）光照特性 光敏电阻的光照特性是描述光电流I和光照强度之间的关系，不同材料的光照特性是不同的，绝大多数光敏电阻光照特性是非线性的。图3为硫化镉光敏电阻的光照特性。 (3) 光谱特性 光敏电阻对入射光的光谱具有选择作用，即光敏电阻对不同波长的入射光有不同的灵敏度。光敏电阻的相对光敏灵敏度与入射波长的关系称为光敏电阻的光谱特性，亦称为光谱响应。图4 为几种不同材料光敏电阻的光谱特性。 对应于不同波长，光敏电阻的灵敏度是不同的，而且不同材料的光敏电阻光谱响应曲线也不同。 （4）频率特性 实验证明，光敏电阻的光电流不能随着光强