邦纳增量式旋转编码器参考，BANNER查询

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电传感器是一种小型电子设备，它可以检测

出其接收到的光强的变化。早期的用来检测

物体有无的光电传感器是一种小的金属圆柱形设

备，发射器带一个校准镜头，将光聚焦射向接收

器，接收器出电缆将这套装置接到一个真空管放

大器上（见图1）。在金属圆筒内有一个小的白炽

灯做为光源。这些小而坚固的白炽灯传感器就是

今天光电传感器的雏形。

早期的光电传感器

使用白炽灯做为光

源；随着技术的进

步，现在使用非常

小的LED做为光源

发光二极管早出现在19世纪60年代，现在我们

可以经常在电气和电子设备上看到这些二极管做

为指示灯来用。LED就是一种半导体元件，其电气

性能与普通二极管相同，不同之处在于当给LED通

电流时，它会发光。

如果一个金属发射出的光比周围的光强很多的话，那么

它就可以被周围光源接收器检测到（见图5）。周围

光源接收器也可以用来检测室外光。

人们常常有一个误解：认为由于红外光LED发出的红外

光是看不到的，那么红外光的能量肯定会很强。经过调

制的光电传感器的能量的大小与LED光波的波长无太大

关系。一个LED发出的光能很少，经过调制才将其变得

能量很高。一个未经调制的传感器只有通过使用长焦距

镜头的机械屏蔽手段，使接收器只能接收到发射器发出

的光，才能使其能量变得很高。相比之下，经过调制的

接收器能忽略周围的光，只对自己的光或具有相同调制

频率的光做出响应。

我们可以将光波的调制

比喻成无线电波的传送

和接收。将收音机调到

某台，就可以忽略其他

的无线电波信号。经过

调制的LED发射器就类似于无线电波发射器，其接收器

就相当于收音机。

但是并不是说经调制的传感器就一定不受周围光的干

扰，当使用在强光环境下时就会有问题。例如，未经过

调制的光电传感器，当把它直接指向阳光时，它能正常

动作。我们每个人都知道，用一块有放大作用的玻璃将

阳光聚集在一张纸上时，很容易就会把纸点燃。设想将

玻璃替换成传感器的镜头，将纸替换成光电三极管，这

样我们就很容易理解为什么将调制的接收器指向阳光时

它就不能工作了，这是周围光源使其饱和了。

未经调制的传感器用来检测周围的光线或红外光的辐

射，如刚出炉的红热瓶子，在这种应用场合如果使用其

它的传感器，可能会有误动作。

调制的LED改进了光电传感器的设计，增大了检测距离，

扩展了光束的角度，人们逐渐接受了这种易于对准

的光束。到1980年，非调制的光电传感器逐步就退出了

历史舞台。

在早期，色标传感器使用白炽灯做光源，使用光电池接

收器，直到后来发明了高效的可见光LED。现在，多数

的色标传感器都是使用经调制的各种颜色的可见光LED

发射器。

安装空间非常有限或使用环境非常恶劣的情况

下，我们可以考虑使用光纤。光纤与传感器配套

使用，是无源元件，

另外，光纤不受任何电磁信号的干扰，并且能使传感器

的电子元件与其他电的干扰相隔离。

光纤有一根塑料光芯或玻璃光芯，光芯外面包一层金属

外皮。这层金属外皮的密度比光芯要，因而折射率。

光束照在这两种材料的边界处（入射角在一定范围内，

见图9），被全部反射回来。根据光学原理，所有光束都

可以由光纤来传输。

红外光LED是效率较高的光束，同时也是在光谱上与光

电三极管匹配的光束（见图6）

但是有些传感器需要用来区分

颜色（如色标检测），这就需要

用可见光源。

声波传感器所发射和接收的声波，其振动频率都

过了人耳所能听到的范围。它是通过计算声波

从发射，经被测物反射回到接收器所需要的时间，来判

断物体的位置。对于对射式声波传感器，如果物体挡

住了从发射器到接收器的声波，则传感器就会检测到物

体。与光电传感器不同，声波传感器不受被测物透明

度和反光率的影响，因此在许多使用声波传感器的场

合就不适合使用光电传感器来检测

经调制的传感器往往牺牲了响应速度以获取更长的检测

距离，这是因为检测距离是一个非常重要的参数。未经

调制的传感器可以用来检测小的物体或动作非常快的物

体，这些场合要求的响应速度都非常快。但是，现在高

速的调制传感器也可以提供非常快的响应速度，能满足

大多数的检测应用。

表示了两条入射光束（入射角在接受角以内）沿光

光缆的端部有各种尺寸和外形，并且浇注了坚固的透明

树脂。检测面经过光学打磨，非常平滑。这道精心的打

磨工艺能显著提高光纤束之间的光耦合效率

塑料光纤由单根的光纤束（典型光束直径为0.25到

1.5mm）构成，通常有PVC外皮。它能安装在狭小的空

间并且能弯成很小的角度。

多数的塑料光纤其检测头都做成探针形或带螺纹的圆柱

形，另一端未做加工以方便客户根据使用将其剪短。邦

纳公司的塑料光纤都配有一个光纤刀。

不像玻璃光纤，塑料光纤具有较高的柔性，带防护外皮

的塑料光纤适于安装在往复运动的机械结构上。塑料光

纤吸收一定波长的光波，包括红外光（见图12），因而

塑料光纤只能传输可见光。与玻璃光纤相比，塑料光纤

易受高温，化学物质和溶剂的影响。

纤长度方向经多次反射后，从另一端射出。另一条入射

角出接受角范围的入射光，损失在金属外皮内。这个

接受角比两倍的较大入射角略大，这是因为光纤在从空

气射入密度较大的光纤材料中时会有轻微的折射。光在

光纤内部的传输不受光纤是否弯曲的影响（弯曲半径要

大于小弯曲半径）。大多数光纤是可弯曲的，很容易

安装在狭小的空间。

玻璃光纤由一束非常细（直径约50µm）的玻璃纤维丝

组成。典型的光缆由几百根单独的带金属外皮玻璃光纤

组成，光缆外部有一层护套保护。

玻璃光纤内的光纤束可以是紧凑布置的，也可随意布置。

玻璃光纤和塑料光纤既有“单根的”－对射式，也有

“分叉的”－直反式（见图13）。单根光纤可以将光从发

射器传输到检测区域，或从检测区域传输到接收器。分

叉式的光纤有两个明显的分支，可分别传输发射光和接

收光，使传感器既可以通过一个分支将发射光传输到检

测区域，同时又通过另一个分支将反射光传输回接收器。

光纤检测头光芯做成多种形

状，以适应不同的检测要求

玻璃光纤坚固并且性能

，可使用在高温和

有化学成分的环境中，

它可以传输可见光和红

外光。常见的问题就是由于经常弯曲或弯曲半径过小而

导致玻璃丝折断，对于这种应用场合，我们TJ使用塑

料光纤。

紧凑布置的玻璃光纤通常用在医疗设备或管道镜上。每

一根光纤从一端到另一端都需要精心布置，这样才能在

另一端得到非常清晰的图像。由于这种光纤费用非常昂

贵并且多数的光纤应用场合并不需要得到一个非常清晰

的图像，所以多数的玻璃光纤其光纤束是随意布置的，

这种光纤就非常了，当然其所得到的图像也只是一

些光。

玻璃光纤外部的保护层通常是柔性的不锈钢护套，也有

的是PVC或其他柔性塑料材料。有些特殊的光纤可用于

特殊的空间或环境，其检测头做成不同的形状以适用于

不同的检测要求。

对射式是早使用的一种光电检测模式。在调制光出现

之前，发射器和接收器的对准是一个很大的难题。今天，

对于使用高能调制光的光电传感器，将发射器和接收器

对准已非常容易。

光路对准－对射式

光路对准可使较大数量的发射光到达接收器，发射光要

位于接收区域的位置。

由于光纤受使用环境影响小并且抗电磁干扰，因而能被

用在一些特殊的场合，如：适用于真空环境下的真空传

导光纤（VFT）和适用于环境下的光纤。在这两个

应用中，特制的光纤安装在特殊的环境中，经一个法兰

引出来接到外面的传感器上，光纤和法兰的尺寸多种多

样（见图14）。本安型传感器，如NAMUR型的传感器，

可直接用在特殊或有性危险的环境中（见图15）。

由于LED是固态的，所以它能延长传感器的使用寿

命。因而使用LED的光电传感器能被做得更小，且

比白炽灯传感器更。不象白炽灯那样，LED抗

震动抗冲击，并且没有灯丝。另外，LED所发出的

光能只相当于同尺寸白炽灯所产生光能的一部分。

（激光二极管除外，它与普通LED的原理相同，但

能产生几倍的光能，并能达到更远的检测距离）

LED能发射人眼看不到的红外光，也能发射可见的

绿光、黄光、红光、蓝光、蓝绿光或白光。

当发射器为可见光时，为使光路对准方便，在接收器镜

头的正前方放一浅色的标定物，通过观察照在标定物上

的光斑来调整发射器位置。将标定物移开，观察传感器

上的过量增益指示灯，细调发射器和接收器的位置以达

到较佳的对准位置。

光电传感器的检测模式分为如下几类：对射式、反

射板式、偏振反射板式、直反式、宽光束式、聚

焦式、定区域式和可调区域式。其中，直反式、宽光束

式，聚焦式、定区域式和可调区域式有时又归类于“光

电接近检测模式”（注意：不要与电容式或电感式接近

开关混淆）。对于光纤传感器，如使用对射光纤，则为

对射式检测模式；如使用直反式光纤，则为接近式检测

模式。声波传感器分对射式和接近式两种检测模式。

直反式的玻璃光纤，其检测头处的光纤束是随意布置的。

直反式的塑料光纤，其光纤束是沿光纤长度方向一根挨

一根布置。

射式检测方式的发射器和接收器相互对射安装，

发射器的光直接对准接收器。当被测物挡住光束

时，传感器输出产生变化以指示被测物被检测到。

1970年，人们发现LED还有一个比寿命长更好的

，就是它能够以非常快的速度来开关，开关

速度可达到KHz（见图3）。将接收器的放大器调制到发

射器的调制频率，那么它就只能对以此频率振动的光信

号进行放大。

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