光电传感器在自动控制系统中的应用分析

2021-04-04高雄

信息记录材料 2021年3期

高雄

（湖北第二师范学院湖北武汉 430205）

1 引言

随着我国光电技术发展的逐渐成熟，光电传感器在自动控制领域得到了广泛的运用。一方面光电传感器可以直接检测自动控制系统中与光信号有关的物理量（光照度、辐射度、光强等），另一方面，其可以通过检测信号的变化来间接检测正在发生变化的物理量，例如物体表面粗糙度、微应变、微流动性等。在实际应用过程中可以发现，光电传感器比其他传感器响应更快，加长了检测距离的同时提高了测试精度，其还可以检测物体的颜色且不与被测物体直接接触，可以说光电传感器是一种现代化的无损自动检测技术。

2 光电传感器的基本原理

光电传感器通常由光发射机、光学元件和信号转换电路组成[1]。当传感器正常工作时，光发射机以各类方式发出包含信息的光信号，光学元件接收后会通过光过滤将光信号转换为弱电信号，再由信号转换器根据不同现实需要将弱点信号进行整理和放大以实现信息的传递、运输和转换。光电传感器相比其他传感器而言具有结构简单、响应快、抗干扰、精度高、可靠性高等优势。

3 光电传感器的种类及特点

结合光电传感器具体参数和技术开发结构来看，当前光电传感器主要分为对射式光电传感器、反射式光电传感器和漫反射式光电传感器三种类型[2]，且三种传感器具有不同的特征和使用范围。

3.1 对射式光电传感器

对射式光电传感器是指将传感器与发射器分离放置的传感器。其工作原理为发射器打开并发射红外光，光信号在到达接收器位置之前会经过较长的感应距离传输，同时与信号接收器形成传递通路。当某一特定的测试对象通过对射式光电传感器时，该测试对象就会被光路阻挡，接收器此时会立即做出反应并发送控制信号。发射机发出的光信号在正常情况下只能跨越一次感应距离，因此，对射式光电传感器适用于户外和粉尘较多的环境之中。

3.2 反射式光电传感器

反射式光电传感器主要结构由发射器、信号接收器和反光板组成。其主要工作原理为发射器打开发出红外光后，直接由反光板反射到信号接收器上完成信号的整个传递过程，特别需要注意的是如果反射光被遮挡，反射式传感器就无法捕捉光线，开关控制系统就会停止工作。由于反射式光电传感器使用了光的反射原理，其经常应用于不透光的物理结构中，同时其也能够进行较长感应距离的信号传播。

3.3 漫反射式光电传感器

漫反射式光电传感器是一种将发射器、接收器和信号转换电路集于一体的光电传感器[3]。其工作原理为发射器发出不可见红外光束，若前方有被检物体遮挡，接收器会直接接受到发生漫反射的红外光束并将其转换为电路控制信号。根据光漫反射原理来看，这种类型的光电传感器的灵敏度与工作环境中的光源强度和被测物体光漫反射的能力有关。基于此，可以在发射器端和接收器端加装光信号频率调节器和频率检测电路以控制光强。纸张自动印刷是漫反射型光电传感器的主要应用领域。

4 光电传感器在自动控制中的具体应用

4.1 在光电色质检测中的应用

近年来我国的光电色质检测技术逐渐成熟，这种技术在保证测试数据和信息完整性的同时对测试结果进行了大幅度优化。将光电传感器应用于光电色质检测系统中可以在提高总体检测水平的基础上进一步提高信息处理效果。其当前阶段主要应用领域于粮食加工与分离过程中。由于物质的光学特征存在不同，在粮食加工与分离过程中可以将光电传感器和光电色质检测相互结合，通过使用光电传感器将不同颜色的物料与颗粒分离，并创建不同的应用程序组和选项。技术人员据此可将物料类型分为大米色系、茶色系和其他食品色系三个系统，实现了对相关产品的集中检测分析，同时也提高了处理效率和控制力度。

4.2 在自动印刷中的应用

印刷机的纸张检测模块是一种基于远距离漫反射光电传感器的自动控制模块。如果印刷机内存在纸张，发射器发出不可见红外光后会被纸张阻挡并发生漫反射效应，接收器接收到反射光后会将其转化成控制信号并控制印刷机开始打印。反之印刷机内没有纸张就会致使接收器就接收不到信号，印刷机自然也就会停止工作并提示缺纸。此外，漫反射式光电传感器还被广泛应用于激光打印机、银行货币自动存取机和造纸厂自动化生产线中。

4.3 在光电转速传感系统中的应用

光电传感器在光电转速传感系统中的应用较为普遍。根据光电传感器的工作原理，在光电转速传感系统光敏二极管一端配置一个带有小孔的调制盘结构，在另一端配置一个可控的发光白炽灯。当白炽灯发出光线后，光敏二极管就可以立刻接收到透过调制盘的光信号并完成一系列控制操作。需要特别关注的是在光电转速传感系统中同时使用红外发光二极管和光敏发光二极管时应尽可能的避免脉冲波的形成，因为其将导致传感器的传感失效。同时在系统运行过程中应将物体放置在圆形孔中心位置，这在有利于信号传递的同时增强了传感效果。