随着全球市场对于产品的需求不断推动着生产，对于以低成本和高质量能够提供这些产品和元件的高速自动化过程的要求不断提高。因为主观视觉检验技术明显不能适应高速检验盒控制的要求，所以引入了传感器来填补这一空白。

选择光电传感器是成功可靠的自动化系统的关键一环。

高速生产环境中的关键元件之一就是传感器。传感器提供了对于产品的许多特性和特点的评估，而且速度超过每秒数百件。光电传感器可实现非接触验证，与接触式技术相比较而言可靠性更高，速度更快。

尽管传感器的种类很多，包括超声波、光电、电容和电感，本文主要讨论光电传感器。本白皮书旨在引导读者，如何选择正确的传感器，为自动化控制需要提供可靠的方案。

光电传感器的工作原理光电传感器的基本功能就是对于目标或目标特性产生的光线变化做出反应。传感器对于光线变化的反应主要就是数字量(开/关)信号，通过该信号与外部控制设备相连接。一些传感器提供模拟量信号，可以从外部监控，将存在/不存在的判定传输给控制系统。

通常，传感器设定用于区别目标所展现的两个条件或特性，例如检测标签上的亮或暗标或零件上是否存在胶贴。更先进的传感器，例如颜色传感器，不仅会对目标所产生的光线变化做出反应，而且可以评估光线中的颜色，以识别出多种颜色。

所有的光电传感器的视野都是由各自的光点直径所定义，所以有限制性。所以，有必要控制目标，将目标导向通过光点。例如，光电传感器如果没有直接瞄准感测的标记，22就无法感测到100cm内随机放置的1cm大小的标记。能保持固定的传感器到目标距离，就可以实现最佳感测结果。几乎所有的光电传感器可以调制自己的光源以消除来自环境光的影响。这种技术就是测量在光源打开和关闭情况时的信号，随后计算差异。计算结果就是信号电平，并单独赋予给传感器光源(例如，减除环境光)。

锁定功能提供了安全保护，防止未经授权对传感器设置进行更改　　传感器有一个重要功能经常被忽视，那就是锁定控制的能力，防止在工厂内发生未经授权的更改。许多传感器忽视了这一功能。结果就是，传感器可以被任何人更改设置。要实现锁定功能有多种方法;可以按一定顺序按传感器的按键，或通过控制系统的远程控制线，或只要去掉传感器用户管理。所有这些方法都可奏效。

传感器调试包括正确选择传感器、安装和评估。许多传感器都有示教功能，允许操作人员通过在传感器视野中放置良品然后按键来示教传感器是合格品，然后再放置一个不合格品在视野中，再按键来示教传感器是不合格品。传感器会评估两种条件，然后将设置的阈值存入内存。尽管这项技术只能用于合格品和不合格品相差明显的场合，这些场合更容易成功应用传感器，为用户提供视觉反馈，让用户来确定并设置最佳阈值水平。

视觉反馈，诸如显示屏或柱形图让设置和调试更简便。可以方便高效地评估多个样品，以确定正常生产中所期望的差异范围。

更先进的传感器提供诸如显示屏或柱形图的视觉反馈，显示信号强度。视觉反馈向操作人员提示信号强度，在设置和评估过程中提供辅助，让操作人员确定传感器范围内哪里可以实现最佳可靠工作。这个功能在需要评估边际目标时，还是一个非常有用的解决故障的辅助手段。

对比传感器

对比传感器为检测物体或标记是否存在提供了一种途径。对比传感器光点规格繁多，从几个毫米到25毫米及以上。许多对比传感器利用红或绿LED光源或红绿LED光源。因为不同颜色吸收光线的量也不同，可以有针对性选择光源波长来提供最大对比度。不幸的是，这种方法不够灵活，需要特定的背景和标记颜色。使用红绿光源的传感器可以有更好的灵活性，但是在工作中只能选定其中一种光源，使用示教功能可以自动完成。　　广谱光源提供了多功能性，检测任意背景色中的任意颜色目标　　功能最多样化的对比传感器是光谱光源。这些传感器可以非常好地区分　所有颜色和背景组合。可以通过将阈值水平调节到前一次设立的水平在生产中快速切换。　　对准标记示例　　其它专用传感器光点直径大，可以对比感测300毫米以上的距离。这样的传感器为为同轴光纤提供457nm的蓝色光源，实现可靠的远距感测。这类的应用包括从传送带上分拣盒子。

颜色传感器

颜色传感器将目标反射回来的光分离成红绿蓝三色。每一个信号都会得到评估，以确定是否在特定颜色识别中所设定的公差范围内。颜色识别信道将目标特定的特性与分立的输出线相连，将这些值存储在内部内存上。这些传感器的的响应时间最快可以达到300uS。光点直径可以从几个毫米到25毫米。

颜色传感器将信号整合到光点的整个面积上。因此，如果光点定位在两种颜色间，传感器感测到的是这两种颜色的组合而不是分开的两种颜色。需要考虑到，在一些应用场合目标是具有纹理或图案的，例如木纹或汽车座套常用到的阴影线。虽然不能适用小直径光点，但是具有将在大面积上平均信号能力的大直径光点可能可以办到。

2　　Windows系统中的应用程序为传感器的控制设置，如照明水平和用于颜色识别通道的红绿蓝色的单独颜色公差设置，提供更广泛的功能　　颜色传感器具有多种功能，从简单的示教功能到全功能图形界面，实时显示，存取每种颜色的公差设置以及传感器的一般控制。虽然诸如分拣颜色只有几种的简单应用通常只需要低端的颜色传感器就可以完成，许多其它的应用场合需要全功能颜色传感器提供更完善的控制设置。

在诸如纺织品生产、塑料以及其它连续性产出工艺工程中，颜色传感器可以非常有效地监控颜色的一致性。

颜色标记传感器

颜色标记传感器用于高速检测颜色标记。由于需要这些类型的传感器高速响应，　　所以这类传感器通常不会用于识别个别的颜色。相反，种子队背景颜色的变化做出反应，并提供一个独立的输出信号，显示标记存在与否。颜色传感器的光点可以是小于0.5毫米的圆点或2毫米×5毫米的方点。方点传感器需要小心安装，将光点与标记正确对准，并仅限于检测大号标记，而小型的圆点传感器可用于0.5毫米宽及以上的标记。

成功应用颜色传感器的关键是仔细分析应用场合的个别要求。要获得最佳检测结果，最好选择光点大小不大于要检测的最小标记。这样可以提供最大的对比度。

小光点加上高速响应可以超过2000英尺/分的速度可靠检测0.5毫米宽的标记　　颜色标记示例　　目标的移动速度也是选择颜色传感器时的一个重要因素。许多过程，例如印刷制作需要高速精确检测。例如，1毫米宽的标记移动速度达到2000英尺/分，换算成直线运动就是98uS内移动1毫米。因为光源要进行调制，所以当标记进入传感器视野时可能开着，也可能关着。因此，传感器的响应速度必须足够快，在标记离开视野范围前进行检测。选择的传感器响应速度应比标记移动相当于自己宽度所需时间快4倍。在这个例子中，光点在0.5毫米，响应速度为25uS或更快的传感器就可以适用。

荧光传感器

荧光传感器可对具有荧光追踪物质的油漆、油脂、墨水以及粘合剂作出响应。这些追踪物质可以在UV光源的照射下发出可见光。这类传感器非常适合用于需要精确验证这种材料存在与否的应用场合。使用荧光标记的技术通常用于背景差异大，可以忽略，例如印刷在标签上的文字和图形。可以在标签的任何地方用隐形墨水印上荧光标记，且不影响到标签的美观，同时用荧光传感器来　　检测这个标记，验证标签是否存在，方向和定位是否正确。

使用荧光标记可以在不影响产品美观的情况下可靠检测，且不影响视觉反馈，例如显示，使得设置更方便

通常，用作防揭密封的薄膜含有光学明亮剂，可以在UV光源下发光。许多通用的包装和生产材料使用追踪物质，作为验证存在与否的手段。这些材料　包括粘胶、凝胶、薄膜、墨水盒油脂。因为这些材料是透明或接近透明的，所以其他类型的传感器无法可靠验证。　　011608

3　　传感器选择注意事项通常，选择正确的传感器需要仔细分析目标特性，并确定合格标准的组成条件。

首先，也是最重要的一环，就是确定要检测什么材料?

下表就是常用的材料以及相对应的适用传感器：　　传感器类型　　　　　荧光传感器　　需要检测的特性适用：粘合剂凝胶油脂油墨蜡笔粉笔螺纹

颜色传感器颜色一致性：喷漆产品汽车内饰塑料制品着色薄膜染色木工包装材料标签印刷产品毯子纺织品颜色标记传感器精确高速：印刷工艺过程包装应用列印至裁剪三角工艺，用于折叠粘胶机颜色对准标记验证对比传感器检测标记：　　　　　　　　　：对准标记物体　　011608

4　　传感器选择考虑事项

产品合格的标准有一个或多个条件组成?

除了颜色传感器，所有其他类型的传感器检测单一的特性或条件，让反射的光线信号高于或低于阈值。使用一个颜色传感器或多个对比传感器通常可以区分多种特性。

高光或亚光表面?　　高光、高反射表面通常需要传感器的安装位置相对于目标表面呈一定的角度，例如垂直偏离15度。需要检测高光表面时，就需要将传感器垂直安装。亚光表面的散光相对一致，可以提高检测的一致性。

标记的大小?　　要稳定检测，标记或物体需要大于光点。在除了静态或慢速移动的工艺中之外，标记的大小也要考虑到速度。可靠检测需要目标在光点上停留的时间足够长，一边传感器识别。

目标的移动速度?　　可靠检测取决于传感器的响应速度、帧速和目标的大小以及经过传感器光点的速度。简单地说，目标需要在光点前停留足够长的时间，让传感器有时间响应。响应时间在100uS以上的传感器只适用于极快速/小型目标的应用场合。　　传感器安装位置与目标的最大和最小距离?

虽然一些传感器的工作距离可以>100mm，但是多数都做不到。远距离工作需要高度敏感的传感器。一些颜色传感器、对比传感器和荧光传感器广电较大，可以用于较远距离。通常，最好选一款可以可靠检测的传感器，并安装在最佳距离，而不是固定死距离要求，然后再去找可用的传感器。

传感器到目标的距离是固定还是可变化?

传感器到目标距离的变化通常称之为振颤，是成功检测的一个要素。因为所有的光电传感器所检测的光线变化的光线是有光学元件采集，距离的变化会造成采光镜头上的投射光发生变化。无论结果是否会造成检测问题，可靠性还是取决于存在和不存在水平的差异。差异越大，允许的距离偏差就越大。

结论虽然每个应用场合都各自不同，但是运用本白皮书中所述的指导可以让传感器的选择过程更简单些。光电传感器是强大的工具，如果运用得当，可以让一些棘手的自动化难题迎刃而解。

要想知道光电传感器电路图，我们来先了解一下什么是光电传感器。所谓光电传感器就是采用光电元件作为检测元件的传感器。光电传感器首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。

光电传感器电路原理

由光通量对光电元件的作用原理[1]不同所制成的光学测控系统是多种多样的,按光电元件(光学测控系统)输出量性质可分二类,即模拟式光电传感器和脉冲(开关)式光电传感器.模拟式光电传感器是将被测量转换 光电传感器成连续变化的光电流,它与被测量间呈单值关系.模拟式光电传感器按被测量(检测目标物体)方法可分为透射(吸收)式,漫反射式,遮光式(光束阻档)三大类.所谓透射式是指被测物体放在光路中,恒光源发出的光能量穿过被测物,部份被吸收后,透射光投射到光电元件上;所谓漫反射式是指恒光源发出的光投射到被测物上,再从被测物体表面反射后投射到光电元件上;所谓遮光式是指当光源发出的光通量经被测物光遮其中一部份,使投射刭光电元件上的光通量改变,改变的程度与被测物体在光路位置有关.

光敏二极管是最常见的光传感器。光敏二极管的外型与一般二极管一样，只是它的管壳上开有一个嵌着玻璃的窗口，以便于光线射入，为增加受光面积，PN结的面积做得较大，光敏二极管工作在反向偏置的工作状态下，并与负载电阻相串联，当无光照时，它与普通二极管一样，反向电流很小(<μA)，称为光敏二极管的暗电流;当有光照时，载流子被激发，产生电子-空穴，称为光电 光电传感器载流子。在外电场的作用下，光电载流子参于导电，形成比暗电流大得多的反向电流，该反向电流称为光电流。光电流的大小与光照强度成正比，于是在负载电阻上就能得到随光照强度变化而变化的电信号。 　　光敏三极管除了具有光敏二极管能将光信号转换成电信号的功能外，还有对电信号放大的功能。光敏三级管的外型与一般三极管相差不大，一般光敏三极管只引出两个极——发射极和集电极，基极不引出，管壳同样开窗口，以便光线射入。为增大光照，基区面积做得很大，发射区较小，入射光主要被基区吸收。工作时集电结反偏，发射结正偏。在无光照时管子流过的电流为暗电流Iceo=(1+β)Icbo(很小)，比一般三极管的穿透电流还小;当有光照时，激发大量的电子-空穴对，使得基极产生的电流Ib增大，此刻流过管子的电流称为光电流，集电极电流Ic=(1+β)Ib，可见光电三极管要比光电二极管具有更高的灵敏度。

a)光电传感器电路图示意图 b)光电传感器电路图线条居中 c)光电传感器电路图线条偏左 d)光电传感器电路图线条偏右