微型光电传感器基础知识:使用注意事项

以下将就实际使用微型光电传感器时所需注意事项进行说明。

透过型(光遮断器)

光电晶体管输出型

透过型微型光电传感器上尤其需要注意的是执行以下检测时。

  • 透光率较高的物体(例:纸张、胶片、塑料等)
  • 比传感器发光,受光面的形状和尺寸还小的物体时

无论上述何种情况,虽然物体会遮挡LED光,但仍会有少量光线照射到受光元件上,结果将导致受光元件的输出中产生微量电流。因此,在检测该类物体时,必须先测定有物体和无物体时受光元件的光电流 IL变化量,并计算其比例,然后决定是否可以使用微型光电传感器。

如果将有物体是的光电流视为 IL(N)、将无物体时的光电流视为 IL(S),S/N比(信号/干扰)之比按以下所示求得。

S/N= IL(S)/IL(N)

图23. 灵敏度调整范例

感度调整范例

微型光电传感器的光电流 IL会随温度和时间的变化而变化,因此,S/N 比 < ~ 4 时,千万要注意使用回路。
此外,微型光电传感器的光电流 IL可能不稳定。例如,EE-SX1081型时的光电流 IL规定为0.5mA-14mA (IF=20mA)。若其不稳定范围超出S/N比,则固定电阻已经不能使用。此时,请如图23所示,用可变电阻逐台调节。或者,还可启用根据个体光电流值 IL自动设定阈值的电路。

图24. 狭片(例)

狭片(例)

检测物体较小时,可采取相同处理方式,但实际操作时需根据发光,受光面的大小决定,请尽量使用发光,受光面尺寸较小的传感器。

具体操作时,将在发光,受光面上安装狭片。如图24所示,在发光,受光面上安装狭片后,光电流 IL将降低。

最好在发光面和受光面同时安装狭片,若只在发光面安装,当检测物体通过发光面一侧时,可能引起故障,请注意。

图25. 输出波形的震颤现象

输出波形的震颤现象

此外,除了上述特殊物体(检测)以外,在回路处理时也需注意。

这是在检测物体的移动中产生晃动、移动速度非常慢时、物体边缘(端)面上的反射率较高时等经常发生的现象,在这种情况下,微型光电传感器的输出波形中会生成如图25所示的震颤(已发生)波形。

将这种类似的波形导入计数器等后会导致计数错误、或无法获取系统性逻辑等问题,
故请如图26所示装入电容器C(0.01~0.02μF左右) 、或如图27所示设置施密特式触发回路。

图26. 防止震颤的方法(1)

震颤防止法(1) 装入电容器C(0.01~0.02μF左右)

图27. 防止震颤的方法(2)

震颤防止法(2) 设置施密特式触发电路

反射型(光电反射器)

光电晶体管输出型

反射型微型光电传感器上的注意事项共3项,如下所示。

  • 干扰光
  • 背景状态
  • 输出水平的把握

首先,如图28所示,在结构上,反射型微型光电传感器的受光元件是面向外界安装的,非常容易受到干扰光的影响。

新利官方网站-新利(中国)反射型微型光电传感器设计有滤波器,可遮挡小于一定波长的光,以尽量减少干扰光的影响,但是并不能完全遮挡(图29为滤光器的遮光特性范例)。

所以,请设置遮光措施,尽量减少干扰光的进入。

图29. 滤光器的遮光特性范例(代表范例)

滤光器的遮光特性范例(代表范例)

图28. 反射型微型光电传感器的结构

反射型微型光电传感器的结构

图30. 背景物体所致影响

背景物体所致影响

下面就背景状态进行说明。

这里将黑暗环境状态作为理想条件之一。

图30是表示检测物体有、无时的检测状态图。从此图中可以看出,即使没有物体,也会因背景物体的影响而使微型光电传感器的LED光反射于受光元件。因此,这种情况下也基于先前所述的S/N比的思路,S/N比即会降低。

例如,当纸张通过不锈钢及镀锌框架,检测该纸张时,可能出现没有纸张时的光电流 IL(N)比检测纸张时的光电流 IL(S)大的情况。

图31. 対策例

対策例

这种构造上无论如何都需要设置背景物体的时候,需要如图31所示,打穿背景物体的一部分(此时,打孔尺寸需大于传感器表面的安装尺寸)。

此外,还可采用黑色消光涂层加工、使表面变粗糙等对策。
背景物体的影响多会导致错误动作,故请务必进行确认。

接下来就输出等级进行说明。
与透过型微型光电传感器输出(光电流)的最大差异是,光电流 IL会因检测物体的种类或距离、大小而发生大幅度变化。

透过型微型光电传感器是将槽中无物体状态下的输出作为光电流,所以简单明了,而反射型微型光电传感器则是将本公司标准物体、距离时的输出作为光电流,所以当物体、距离与本公司标准不同时,此光电流 IL的值也会产生很大差异。

图24表示改变EE-SF5(-B)型的检测物体和检测距离时的输出变化状况。

电气及光学特性(Ta=25°C) EE-SF5(-B)型

项目 记号 特性值 单位 条件
MIN. TYP. MAX.
发光侧 正向电压 VF - 1.2 1.5 V IF=30 mA
反向电流 VR - 0.01 10 μA VR=4 V
最大
发光波长
λP - 940 - nm IF=20 mA
受光侧 光电流 IL 200 - 2000 μA IF=20 mA,
VCE=10 V
反射率90%
白纸
d=5 mm*
暗电流 ID - 2 200 nA VCE=10 V,
0 ℓx
泄漏电流 ILEAK - - 2 μA F=20 mA,
VCE=10 V
无反射状态
集电极发射
极之间的
饱和电压
VCE
(sat)
- - - V -
最大光谱灵
敏度波长
λP - 850 - nm VCE=10 V
上升时间 tr - 30 - μs VCC=5 V,
RL=1 kΩ
IL=1 mA
下降时间 tf - 30 - μs VCC=5 V,
RL=1 kΩ
IL=1 mA

*d 表示传感器上面至反射物的距离

图32. 检测特性范例( EE-SF5型)

检测特性范例(EE-SF5型)

若实际的检测物体在图中介绍范围内,便可把握与本公司标准物体∗1的比例,但若为该图以外的物体,只能对光电流的值进行实际测量。

测定时,将微型光电传感器设定为与实际使用时相同的状态,如图33所示,分别测定有物体和无物体时的电流。

图33. 灵敏度调整范例

Light Current Measurement
  1. 准备适量的微型光电传感器样品。
  2. 根据数据表上记载的规定条件测定各样品的光电流 IL
  3. 在实体机上通过实际检测物体、检测距离测定光电流 IL
  4. 将实体机上测得的 IL与规定测定条件下的 IL进行对比,确认其关联性(比率)。
  5. 预测实体机上的光电流 IL偏差范围。
  6. 测定无检测物体状态下的 IL
  7. 计算实体机上的S/N比。

当然,可用如图31所示的方法测得电流,进而求得 S/N比,并验证是否可以使用。此外,还有1点需要注意。即使在检测物体的时候,反射型微型光电传感器的光电流电流水平也只有数十μA~数百μA左 右,因此,需认识到 S/N 比中S(信号)的绝对值水平本身就非常低。

所以,即便在黑暗环境中,也会有暗电流 ID及泄漏电流 ILEAK通过,由于温度的上升,电流值还会达到数μA~10数μA(3),相对于前面的 S水平,其绝对值水平(N:噪音水平)已经无法忽视。由于上述原因,反射率较低的物体其S/N 比会非常小,需注意。

另外,使用反射型微型光电传感器检测时需注意的范例如下所示。
此时也只能进行与上面相同的研究。

  • 标志检测(例如:检测白底上的黑色标志)
  • 检测小件物体

综上所述,反射型微型光电传感器的使用方法相当复杂,故请在使用时多加注意。


∗1:EE-SF5(-B)型时反射率90%的白纸

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