2 开关型传感器（接近开关原理（光电式、电涡流式、电容式）、用途）

制作人：张伟华 开关型传感器（接近开关原理、用途） 名教师黄洪刚工作室 光电式接近开关原理 1 光电式接近开关用途 2 电涡流式接近开关原理 3 电涡流式接近开关用途 4 目录 电容式接近开关原理 5 电容式接近开关用途 6 2 普通高校对口招生电子信息类职业技能考试大纲 1.了解开关型传感器，又称接近开关（光电式、电涡流式、电容式传感器）工作原理； 2.掌握开关型传感器，又称接近开关（光电式、电涡流式、电容式传感器）应用。 3 一、光电式接近开关原理 光电式接近开关又称光电传感器，是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现检测的。光电传感器在一般情况下由发射器、接收器和检测电路三部分构成。发射器对准物体发射光束，发射的光束一般来源于发光二极管和激光二极管等半导体光源。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。接收器由光电二极管或光电三极管组成，用于接收发射器发出的光线。检测电路用于滤出有效信号。常用的光电传感器又可分为漫反射式、反射式、对射式、光纤式等几种，且它们中大多数的动作距离都可以调节。 4 一、光电式接近开关原理 1.漫反射式光电传感器工作原理 漫反射式光电传感器集发射器与接收器于一体，在前方无物体时，发射器发出的光不会被接收器接收到，开关不动作，如图 (a) 所示。当前方有物体时，接收器就能接收到物体反射回来的部分光线，通过检测电路产生电信号输出使开关动作，如图(b)所示。漫反射式光电传感器的有效作用距离是由目标的反射能力决定的，即由目标表面的性质和颜色决定。 5 一、光电式接近开关原理 2.反射式光电传感器工作原理 反射式光电传感器也是集发射器与接收器于一体，与漫反射式光电传感器不同的是其前方装有一块反射板。当反射板与发射器之间没有物体遮挡时，接收器可以接收到光线，开关不动作，如图(a) 所示。当被测物体遮挡住反射板时，接收器无法接收到发射器发出的光线，传感器产生输出，开关动作，如图(b)所示。这种光电传感器可以辨别不透明的物体，借助反射镜部件，形成较大的有效距离范围，且不易受干扰，可以可靠地用于野外或者粉尘污染较严重的环境中。 6 一、光电式接近开关原理 3.对射式光电传感器工作原理 对射式光电传感器的发射器和接收器是分离的。在发射器与接收器之间如果没有物体遮挡，发射器发出的光线能被接收器接收到，开关不动作，如图(a)所示。当有物体遮挡时，接收器接收不到发射器发出的光线，传感器产生输出信号，开关动作，如图 (b) 所示。这种光电传感器能辨别不透明的反光物体，有效距离大。因为发射器发出的光束只跨越感应距离一次，所以不易受干扰，同样可以可靠地用于野外或者粉尘污染较严重的环境中。 7 一、光电式接近开关原理 4.光纤式光电传感器工作原理 光纤式光电接近开关又称光纤式光电传感器，它利用光导纤维进行信号传输。光导纤维是利用光的完全内反射原理传输光波的一种介质，它由高折射率的纤芯和包层组成。包层的折射率小于纤芯的折射率，直径为 0.1~0.2mm。当光线通过端面透入纤芯，在到达与包层的交界面时，由于光线的完全内反射，光线反射回纤芯层。这样经过不断的反射，光线就能沿着纤芯向前传播且只有很小的衰减。光纤式光电传感器就是把发射器发出的光线用光导纤维引导到检测点，再把检测到的光信号用光纤引导到接收器来实现检测的。按动作方式的不同，光纤传感器也可分成对射式、漫反射式等多种类型。光纤传感器可以实现被检测物体在较远区域的检测。由于光纤损耗和光纤色散的存在，在长距离光纤传输系统中，必须在线路适当位置设立中级放大器，以对衰减和失真的光脉冲信号进行处理及放大。 8 二、光电式接近开关用途 1.自动化生产线控制：光电式接近开关在自动化生产线中发挥着重要作用。它们可以用于物料检测、定位控制、计数以及自动停机等功能。例如，在生产工艺中，光电式接近开关可以检测产品是否处于正确的位置，以避免出现瓶颈和过载现象，从而提高生产效率。 2.物体检测和计数：光电式接近开关能够检测物体的有无和位置，因此常用于物体的计数。例如，在工业生产中，它们可以用来计数机械臂的运动次数或产品数量。 3.安全防护：光电式接近开关也常用于安全防护系统中，如烟雾报警器。当烟雾遮挡了发射器和接收器之间的光线时，烟雾报警器会发出警报，提醒人们采取应对措施。 4.非接触式测量：由于光电式接近开关具有非接触式测量的特点，因此它们可以用于测量物体的尺寸、形状和位置等参数。这种测量方法不仅快速准确，而且不会对被测物体造成任何损伤。 综上可知，光电式接近开关在工业自动化控制系统中具有广泛的应用范围，可以用于实现各种物体的检测、计数、定位和测量等功能。随着科技的不断发展，光电式接近开关的性能和可靠性不断提高，其在工业自动化领域的应用也将越来越广泛。 9 三、电涡流式接近开关原理 电涡流式接近开关又称电感式传感器，是一种属于开关量输出的位置传感器。 工作原理： 电涡流式接近开关主要是通过感应金属物体所产生的涡流来进行检测的。将电涡流式接近开关置于一个高频振荡电路内，当有金属物体靠近它时，金属物体会引起电涡流的感应，电涡流的存在将改变高频振荡电路的振荡状况，使得电路中的参数发生改变。这种改变被检测电路所感受到，从而产生开关的效果。 10 四、电涡流式接近开关用途 由于电涡流式接近开关有很好的金属探测功能，因此它在各个领域都有着广泛的应用。以下列举几个应用领域： 1. 自动化生产线：电涡流式接近开关被用来检测从传送带上通过的物品的金属属性。比如说，可以使用它来检测汽车零部件中的不同的金属零件，从而在生产过程中保证质量的稳定性。 2. 机器人技术：在机器人需要识别物品材料的情况下，电涡流式接近开关可以作为识别传感器来使用。 3. 安全门：电涡流式接近开关可以作为控制安全门开启和关闭的传感器。当门关闭时，安全门在设定的位置上时刻监测，以免出现安全隐患。 综上所述可知，电涡流式接近开关作为一种接近开关，主要是通过金属感应电流来进行检测的，在各个领域应用也越来越广泛。 11 五、电容式接近开关原理 电容式接近开关是一种利用电容变化的传感器设备，用于控制开关的接通或断开。其核心部件是一个由两个平行金属板构成的电容传感器。 工作原理： 电容传感器的感应面由两个同轴金属电极构成，就像“打开的”电容器电极。这两个电极构成一个电容，串接在 RC 振荡回路内。电源接通，当电极附近没有物体时，电容器容量小，不能满足振荡条件，RC振荡器不振荡;当有物体朝着电容器的电极靠近时，电容器的容量增加，振荡器开始振荡。通过后级电路的处理，将不振荡和振荡两种信号转换成开关信号，从而起到了检测有无物体接近的目的。这种传感器既能检测金属物体，又能检测非金属物体。它对金属物体可以获得最大的动作距离，而对非金属物体，动作距离的决定因素之一是材料的介电常数。材料的介电常数越大，可获得的动作距离越大。材料的面积对动作距离也有一定影响。大多数电容传感器的动作距离都可通过其内部的电位器进行调节、设定。 12 六、电容式接近开关用途 电容式接近开关具有以下优点： 1.高灵敏度：可以检测到非常小的物体或变化。 2.非接触式检测：不需要与被检测物体直接接触，减少了磨损和干扰。 3.适用于多种材料：不仅可以检测金属物体，还可以检测非金属物体，如液体或粉状物等。 基于这些优点，电容式接近开关在多个领域有广泛的应用，包括： 1.自动化生产线：用于检测零部件的存在、位置和方向，以实现自动装配和质量控制。 2.机器人控制：用于感知物体的位置、形状和距离，以实现精确的机器人操作。 3.温度和湿度检测：由于它可以检测绝缘的液体或粉状物，因此可以用于监测温度和湿度的变化。 4.汽车工业：用于检测汽车零部件的位置和状态，以确保生产线的顺畅运行。 5.医疗器械：用于监测病人的生理参数，如心率、血压等。 6.新能源汽车：用于控制充电器的插拔、电池状态的检测等。 综上所述，电容式接近开关是一种非常实用的传感器，其广泛的应用范围涵盖了工业、医疗、汽车等多个领域。 13 高考例题讲解 2019年高考真题 判断题： 对射式光电传感器的发射器和接收器一定不是分离的。（ ） 答案：错误。 解析：对射式光电传感器的发射器和接收器是分离的。在发射器与接收器之间如果没有物体遮挡，发射器发出的光线能被接收器接收到，开关不动作；当有物体遮挡时，接收器接收不到发射器发出的光线，传感器产生输出信号，开关动作。 14 感谢您的聆听！ 黄洪刚名教师工作室 开发教师：张伟华 联系QQ：274127206 15 $$