走在現代化工廠的車間里,你是否曾好奇: 那些高速運轉的傳送帶上,一個個零件精準抵達工位,分毫不差; 精密設備的馬達,每分鐘數千轉的速度被實時掌控; 這一切精準控制和實時監控的背后,都離不開一雙不起眼卻異常銳利的“眼睛”——光電開關。今天我們就來揭秘這雙“工業之眼”如何捕捉速度的秘密!
一、 光電開關:看得見光的傳感器 光電開關,顧名思義,是一種利用光學原理進行檢測的傳感器。它的核心由兩部分組成:
當發射器發出的光束路徑暢通無阻地被接收器接收時,接收器輸出一種狀態(通常是“接通”或“斷開”信號);當有物體進入探測區域,阻擋或改變了光束(如中斷光線、反射光線),導致接收器接收到的光量發生顯著變化時,接收器的輸出狀態就會發生跳變。這種“通”與“斷”的電信號變化,就是光電開關檢測到物體存在的根本標志。
二、 兩種主流“眼神”,精準鎖定目標 光電開關實現測速,核心在于它能精準、快速地捕捉物體每次通過其感應區域的時刻。依據其探測方式,主要分為兩大類,它們的工作策略略有不同:
1. 擋光式 (對射式) 光電開關
原理: 發射器和接收器面對面分離安裝在被測物體的兩側。工作時,發射器發出的光束直接對準接收器。當沒有任何物體阻擋時,光束暢通無阻,接收器接收到穩定光信號。
觸發時刻: 當物體移動到發射器和接收器之間,完全或部分遮擋住光束時,接收器檢測到的光信號會急劇減弱甚至消失,引發輸出信號狀態跳變。這個跳變沿(從有光到無光,或反之)發生的精確時間點,就被記錄為該物體到達光束軸線的時刻。
優勢: 檢測距離遠,精度高,不易受被測物體表面顏色、材質、反光特性的影響,抗光干擾能力強。
典型應用: 傳送帶上的包裝盒計數、精確位置定位、高速旋轉軸的轉速測量(軸上開槽或貼反光片)等。
2. 反射式光電開關
原理: 發射器和接收器集成在同一個探頭內。工作時,發射器發出的光束照射到前方一定距離的被測物體或預設的反射板上。光束遇到物體表面后發生反射,部分反射光被探頭內的接收器接收。
觸發時刻: 有兩種常見模式:
漫反射式: 光束照射到被測物體漫反射表面,部分光線反射回接收器。當物體進入有效檢測距離范圍(反射光強達到預設閾值)時,接收器輸出狀態跳變。 跳變時刻對應物體到達該設定檢測距離的時刻。
鏡反射式 / 回歸反射式: 需要配合專門的反光板(如角錐棱鏡反光鏡)。發射器發出的光束射向遠處的反光板,反光板將光束原路高效反射回接收器。當被測物體擋在探頭與反光板之間,中斷了光束路徑時,接收器因接收不到反射光而輸出狀態跳變。 跳變時刻對應物體到達光束軸線的時刻。
優勢: 安裝方便(單側安裝即可)。
挑戰: 漫反射式易受物體表面顏色、材質、光潔度影響;抗環境光干擾要求更高;鏡反射檢測距離遠但需配反光板。
典型應用: 自動門感應、物料到位檢測(特別是空間受限無法安裝擋光式的場合)、傳送帶上某些特定位置的通過檢測(配合反光板使用)。
三、 從“一次遮擋”到“速度值”:核心原理剖析 光電開關本身輸出的,只是一個開關(ON/OFF)狀態信號,以及該信號跳變的時間點。它如何搖身一變,成為速度傳感器呢?奧妙就在于利用連續兩次檢測到物體通過的時間差。
方案一:單開關 + 規則特征 當被測物體上具有周期性、規則排列的物理特征時(例如旋轉軸上的凹槽、凸齒、均勻貼的反光片/吸光片,傳送帶上的等間距擋板,帶齒的齒輪),可以只使用一個光電開關。
光電開關安裝固定,對準特征點可能經過的路徑。
當每個特征點(如齒輪的齒)經過開關時,就會遮擋光束(擋光式)或反射光束(反射式),引起開關輸出一次脈沖信號。
測量系統記錄下連續兩個脈沖信號上升沿(或下降沿)之間的時間間隔 T。這個 T 就代表物體移動了一個齒距(或一個特征間隔)所需的時間。
已知相鄰特征點的實際間距 S(即齒距或特征間隔)。
計算速度: V = S / T。
方案二:雙開關 + 任意特征 當被測物體表面沒有明顯規則周期性特征,或者需要測量的是物體本身的移動速度(而非其旋轉速度)時,可以使用兩個完全相同的、安裝間距固定的光電開關。
兩個開關(A 和 B)沿著物體運動方向安裝,它們檢測光束軸線之間的距離 **