光纤传感器在YL- 335B 自动化生产线中的应用

吴伟龙

（重庆电子工程职业学院，重庆401331）

1 YL-335B 自动化生产线介绍

YL-335B 自动化生产线是亚龙科技集团有限公司生产的一种实训操作设备。如图1 所示，该设备共有5 个站组成，分别是供料站、加工站、装配站、输送站和分拣站。每个工作站都有一台PLC 作为控制核心承担其控制任务，5 台PLC 通信后可以控制5 站协同工作，组成一台完整的自动化生产线。YL-335B自动化生产线应用到了多种不同类型的传感器，分别用来分检测物料的有无，机械手的状态以及物料的颜色等，其中在分拣站使用了光纤传感器来区分不同颜色的物料。的，光纤不仅起到传光的作用，当在外界因素作用下，它的光强、相位、偏振态等光学特性会随之发生变化，从而实现“传”和“感”两种功能，将“传”和“感”合为一体。

图1 YL-335B 自动化生产线实物图

（2）非功能型光纤传感器。非功能型光纤传感器又称传光型光纤传感器，这种类型的光纤传感器，光纤是不连续的，光纤仅仅起导光作用，对外界信息的感知功能要借助其他物理性质的功能元件来完成，所谓只“传”不“感”。

非功能型光纤传感器不需要特殊光纤以及特殊技术，在实际应用中容易实现，成本较低，但其灵敏度也较低，适用于对灵敏度要求不高的场合。

（3）拾光型光纤传感器。拾光型光纤传感器采用光纤作为探头，接收由被测对象辐射的光或被其反射、散射的光。其典型例子如辐射式光纤温度传感器、光纤激光多普勒速度计等。

2 光纤传感器介绍

2.1 光纤传感器的工作原理

光纤传感器是一种能够将被测对象的状态转变为可测的光信号的传感器。它的工作原理是首先将光源入射的光束经光纤送入调制器的内部，在调制器内，光的光学性质如强度、波长、频率、相位等会发生变化，成为被调制的光信号，然后再经过光纤送入光电器件，最后经解调器后获得被测参数。整个过程中，光束导入与调制后再射出都是经由光纤完成，它不仅在其中扮演导光媒介，也起到光调制器的作用。

2.2 光纤传感器分类

根据光纤在传感器中的作用，可以将光纤传感器分为三种类型，分别是功能型、非功能性和拾光型。

（1）功能型光纤传感器。功能性光纤传感器又称为传感型光纤传感器，它是利用对外界信息具有敏感能力和检测能力的光纤作为传感元件。在这种类型的光纤传感器中，光纤是连续

2.3 光纤传感器的特点

与传统的传感器相比，光纤具有优良的物理性能，使得光纤传感器具有灵敏度高、测量精度高、安全可靠性高、抗干扰能力强、适应性强等优点。

（1）灵敏度高。光纤本身就属于灵敏元件，先进的光纤传感器的灵敏度比传统的传感器高几个数量级，可以测量压力、温度、加速度、电流、电压、位移等近70 多种物理量。

（2）精度高。光电传感器是利用传感器来直接发光、收光，由于光的扩散等因素，收光量的大小无法做到精确控制；而光纤传感器则是通过光纤来传输光线，提高光束的聚拢程度，易判断收光量的大小。所以与普通的光电传感器相比，光纤传感器的精度更高。

（3）安全可靠性高、抗干扰能力强。光纤是由电介质材料石英制成，是一种电绝缘、耐腐蚀的传输媒质，因此它具有安全可靠性高，工作寿命长的优点；光纤传感器传输的是光信号，所以其抗电磁干扰能力强，能够适用于温差较大、环境恶劣的地方，如各种石油化工、大型机电、矿井等强电磁干扰和易燃易爆等恶劣环境中。

（4）适应性强。光纤传感器的形状具有多变性，能够适应各种不同位置检测的需要，如医疗中，用来探测人体内部病变部位时，要求使用的探测器一定要非常细小，光纤传感器便可以满足这种特殊场合的需求；同时由于光可以调制成含有各种不同的物理量的信号，如声波、温度、磁力等，所以光纤传感器可以用来测量多种不同的物理量，局限性较小。

3 光纤传感器在YL-335B 自动化生产线中的应用

3.1 分拣站的结构及工作原理

分拣站主要负责对上一站运输来的已装配的物料进行分拣，将不同颜色、材质的物料从不同的料槽分流。分拣站结构如图2 所示，主要由PLC 模块，变频器模块，传送和分拣机构，传动带驱动机构，电磁阀组，接线端口，按钮/指示灯模块及底板等几部分组成。

图2 分拣单元结构图

当输送站将物料放到传送带的入料口出，入料口的光电漫射式传感器会检测到信号，并将信号输入给PLC，PLC 运行程序，通过变频器驱动三相异步交流电机旋转，带动传送带开始工作，把物料带入分拣区，当物料经过光纤检测头的正下方时稍作停留，光纤传感器会根据接收到的信号，来判定物料料芯的颜色，同时金属传感器负责判定物料外壳的材质，进而根据料芯颜色和料壳材质的不同进行分拣工序。

如果进入分拣区物料为白色芯，传送带将物料传送至1 号槽的入口处，对应的1 号槽推料气缸启动，将物料推入1 号槽；如果进入分拣区的物料为黑色芯，则传送带会将物料传送至2号槽的入口处，2 号槽推料气缸启动，将物料推入2 号槽；如果金属传感器检测到信号，则物料外壳为金属工件，那么不管物料的料芯为何种颜色，都将其推到3 号槽里。

3.2 光纤传感器在分拣单元的应用

（1）E3Z-NA11 型光纤传感器的外部结构

在分拣站传送带的上方装有一个E3Z-NA11 型光纤传感器，该型光纤传感器由光纤检测头和光纤放大器两部分组成，两部分是独立的，使用时，要先将两条光纤检测头插入到光纤放大器的两个孔中，组成一个完整的光纤传感器，安装示意如图3 所示。

图3 光纤传感器的安装示意图

（2）E3Z-NA11 型光纤传感器的内部结构

E3Z-NA11 型光纤传感器内部电路框图如图4 所示，接线时要注意根据导线的颜色区分电源极性和信号输出线，通常棕色线接电源正极，蓝色线接电源负极，黑色线接负载，多采用12-24V 直流电进行供电。

图4 E3Z-NA11 型光纤传感器电路框图

（3）E3Z-NA11 型光纤传感器的灵敏度调节

该型光纤传感器的灵敏度调节是通过调节光纤放大器上的旋钮来实现，如图5 所示，调节中部的8 旋转灵敏度高速旋钮就能调节其灵敏度，顺时针旋转增大灵敏度，逆时针旋转减小灵敏度。调节过程中，入光量显示灯会随之发生变化，以此来指示灵敏度的高低，当光纤检测器检测到物料时，动作显示灯会亮起，提示检测到物料。光纤传感器灵敏度调得较小时，光纤检测器无法检测到反射性较差的黑色物体，而反射性较好的白色物体，光纤检测器则可以接收到反射信号；若调高光纤传感器灵敏度，即使反射性较差的黑色物料，光纤检测器也可以接收到反射信号。YL-335B 自动化生产线的分拣站正是通过调节光纤传感器的灵敏度来区分黑白两种颜色的物料，从而完成分拣工序。

图5 光纤放大器俯视图

3.3 关于分拣站的一点改进建议

在分拣站现有结构中，可以利用原有的金属架，在已安装的光纤传感器旁增设一个光纤传感器，保证两个光纤检测头的距离刚好等于料芯的中心点到料壳厚度中心点的距离。当物料刚好停留在金属架正下方时，两个光纤传感器可以同时检测料芯和料壳的颜色，这样便可以进行更加细致的分拣操作。同时，在教学过程中也增加了PLC 编程的复杂性与多样性，更好的锻炼了学生们的逻辑分析及编程能力。

4 结论

通过介绍光纤传感器在YL-335B 自动化生产线中的应用情况，再次验证了光纤传感器灵敏度高、测量速度快的优点。人类社会即将进入物联网的时代，物联网的发展必然需要大量的传感器来获得各种各样的信号，从而为物联网提供及时、准确、可靠的数据信息。光纤传感器也将在物联网领域里发挥出无限的潜力，小身材终将会有大作为。