传感器基础培训PPT课件.ppt
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1、传感器基础培训讲座传感器基础培训讲座2008年年7月月欧姆龙自动化欧姆龙自动化(中国中国)有限公司有限公司东莞办事处东莞办事处传感器分类传感器分类安全区域传感器安全区域传感器光电传感器光电传感器接近传感器接近传感器位移测长传感器位移测长传感器旋转编码器旋转编码器超声波传感器超声波传感器压力传感器压力传感器视觉传感器视觉传感器 光电传感器光电传感器原理原理种类种类特性特性额定值额定值 光电传感器也称光电开关。采用光电转换原理控制电路通断使输出信号产生逻辑翻转的一类电器称为光电开关。它是利用被检测物对光束的遮挡或反射,由同步回路选通电路,从而检测物体有无的。物体不限于金属,所有能反射光线的物体均可
2、被检测。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出,接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。什么叫光电传感器?光电接近开关是一体化无接触、无触点的位置传感器,任何部件都不会有机械磨损,工作寿命较长。更重要的是外界影响对它无干扰。它不仅限于对金属物,对任何对象都能产生反应-这是长处。总之,由于相对简单的构造和直接安装使费用减少。光的通用性保证了广大的应用范围。光电开关相对其他开关有什么优势?可见光光电开关红外光电开关激光光电开关紫外光电开关光电开关从光的特性上分类?光电开关从光的特性上分类?现市面大多数普通产品多数光电开关选用的是波长接近可见光的红外线光波形近红外线。紫外线对人
3、有伤害,中远红外线辐射热,激光过于昂贵;近红外线更加符合感光器件的特性。激光,是一种崭新的光源,是由激光器产生的一种光。第一,激光是一种颜色最单纯的光。第二,激光的方向性好。第三,激光亮度最高。第四,激光还可以具有很大的能量 光电开关工作原理光电开关工作原理简单的来说,光电开关就是一个光电耦合器。发射器边主要是一个LED,而接收器边主要是一个光电三极管。光电开关工作原理光电开关工作原理 发光二极管是由-族化合物,如GaAs(砷化镓)、GaP(磷化镓)、GaAsP(磷砷化镓)等半导体制成的,其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N特性,即正向导通,反向截止、击穿特性。此外,在一定条件下,它
4、还具有发光特性。在正向电压下,电子由N区注入P区,空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子(少子)一部分与多数载流子(多子)复合而发光。按发光管发光颜色分,按表明特征分类,按内部结构分类等。可分成红色(红外)、橙色、绿色(又细分黄绿、标准绿和纯绿)、蓝光等发光二极管 LED 光电传感器的分类(检测方式分)光电传感器的分类(检测方式分)一一.对射型对射型对射型光电传感器原理图檢測距離:最長 可达30m对射型对射型 对射型传感器检测距离长。但投光器和受光器都需接电源,光轴对合比较对射型传感器检测距离长。但投光器和受光器都需接电源,光轴对合比较费力。目前使用者占总体的费力。目前使用者占总体的20
5、30。典型应用:室内立体停车场车辆的检测典型应用:室内立体停车场车辆的检测因为停车场检测距离很长,一般起码得因为停车场检测距离很长,一般起码得45米米。OMRON E3Z系列长距离系列长距离对射型,检测距离最长可达对射型,检测距离最长可达30米。米。二二.回归反射型回归反射型光电传感器的分类(检测方式分)光电传感器的分类(检测方式分)回归反射型回归反射型回归反射型回归反射型反射板回歸反射型 检测距离较长,但比检测距离较长,但比起对射型还是稍逊一筹。起对射型还是稍逊一筹。配线和光轴对合更方便。配线和光轴对合更方便。通过对反射板的改良通过对反射板的改良(提高反射率(提高反射率/corner cub
6、e小型化)力求接近小型化)力求接近对射型传感器的性能,对射型传感器的性能,有望进一步将其替代。有望进一步将其替代。目前使用占总体目前使用占总体50左左右,有增加的倾向。右,有增加的倾向。由于反射板的特性,由于反射板的特性,因此也可以稳定检测出因此也可以稳定检测出反光的物体。另,某些反光的物体。另,某些产品也可替代对射型检产品也可替代对射型检测透明物体,如欧姆龙测透明物体,如欧姆龙的的 E3S-CR62。三三.扩散反射型扩散反射型光电传感器的分类(检测方式分)光电传感器的分类(检测方式分)扩散反射型扩散反射型OK!OK!MILKMILK 安装方式最为简单,安装方式最为简单,只需一处配线,无须反射
7、只需一处配线,无须反射板,但检测距离短、所以板,但检测距离短、所以使用率停留在使用率停留在20203030左右的水平。左右的水平。根据用途备有将光线扩根据用途备有将光线扩伸的机种伸的机种。将光线绞合为将光线绞合为细光束的话,适合用于检细光束的话,适合用于检测小物体,扩伸的光线检测小物体,扩伸的光线检测时不易受背景物的影响测时不易受背景物的影响。四四.限定反射型限定反射型線路板檢測線路板檢測,ICIC部件检测部件检测检测距离背景物被测物 根据只接受一定距离内的正反射光原理而设计,因此受被测物体颜色的影响小,也不易受到背景物的影响。跟扩散反射型一样只需一处配线,无需发射板。因为其不易受背景物影响,
8、可以应用在PCB板的检测,非常薄的IC芯片的检测方面。光电传感器的分类(检测方式分)光电传感器的分类(检测方式分)五五.距离设定型距离设定型投投/受光器受光器与三角测距型位移传感器与三角测距型位移传感器原理相同原理相同。检测距离有一检测距离有一定范围定范围。PSD倾斜,以便倾斜,以便使物体上的光点像能够使物体上的光点像能够清晰地成像清晰地成像。被测物体被测物体以细光束投光,让被测物体上以细光束投光,让被测物体上的光点的像能在的光点的像能在PSD上成像,上成像,根据光点位置演算传感器表面根据光点位置演算传感器表面到物体的距离。检测距离可由到物体的距离。检测距离可由旋钮设定,也能去除背景的影旋钮设
9、定,也能去除背景的影响。响。PSDPosition Sensing DeviceBGSBack-Ground Suppre-ssion(背景切除背景切除)不易受被测物体颜色的影响,不易受被测物体颜色的影响,使用方便,销量上升使用方便,销量上升。检测距离检测距离(MAX)LD或或LEDPSD等等设定范围设定范围光电传感器的分类(检测方式分)光电传感器的分类(检测方式分)光电传感器的型号标准光电传感器的型号标准E3/F3=表示光电传感器表示光电传感器到到E3-为止的为止的34个字母称为型名个字母称为型名(E3S-A、E3S-B、E3S-C、E3G-L是例外的型名是例外的型名)-之后的部分称为号名之
10、后的部分称为号名T=对射型对射型R或或RS =回归反射型回归反射型D或或DS =扩散反射型扩散反射型LS=距离射定型距离射定型G或或GS =凹槽型凹槽型 保护构造保护构造(为防止固体杂质为防止固体杂质 水的侵入而设的保护等级水的侵入而设的保护等级)IPInternational Protection 由由IEC(International Electrotechinical Commission)制定的保护等级制定的保护等级固体杂质固体杂质水水0无保护无保护 0无保护无保护1直径直径50mm(手手)1垂直方向的水滴垂直方向的水滴2直径直径12.5mm(手指手指)2垂直方向垂直方向15以内的水滴
11、以内的水滴3直径直径2.5mm(电缆电缆)3垂直方向垂直方向60以内的水滴以内的水滴4直径直径1mm(芯线芯线)4全方向的水滴全方向的水滴5只允许极微小粉尘进入只允许极微小粉尘进入 5全方向的喷水全方向的喷水6粉尘无法侵入粉尘无法侵入 6全方向的激烈喷水全方向的激烈喷水 7可浸泡可浸泡(欧姆龙标准欧姆龙标准1m30分钟分钟)8可在水中使用可在水中使用(欧姆龙标准欧姆龙标准10m)保护构造保护构造(防油的保护等级防油的保护等级)JEM(日本电机工业会日本电机工业会)规格规格IP-后标有后标有 或者或者 :防油防油(不因有油而受到有害影响不因有油而受到有害影响):耐油耐油(油不会侵入其内部油不会侵
12、入其内部)传感器的导线颜色传感器的导线颜色(所有传感器共通所有传感器共通)IEC已进行了规格化已进行了规格化。(。(老机种有个别不符合的情况老机种有个别不符合的情况)电源电源褐褐(Brown)、)、蓝蓝(Blue)交流交流2线也是褐线也是褐/蓝蓝控制输出控制输出输出输出:黑黑(Black)输出输出:白白(White)其他其他 省略省略(欧姆龙遵守欧姆龙遵守IEC规格规格)传感器动作指示灯颜色传感器动作指示灯颜色(所有传感器共通所有传感器共通)日本美国标准为红色日本美国标准为红色(Red),欧洲为橙色,所以欧洲为橙色,所以IEC使用使用橙色橙色。欧姆龙的新机种将逐步变更欧姆龙的新机种将逐步变更。
13、现在多为红色现在多为红色)指向角指向角指对于对射型指对于对射型 回归反射回归反射型光电传感器,由于光型光电传感器,由于光束的扩散而可能发生动作束的扩散而可能发生动作的角度范围。的角度范围。受光器受光器指向角指向角投光器投光器为使投光器光轴调整更方便,投光不是平行为使投光器光轴调整更方便,投光不是平行的,而是呈扩散状投光的,而是呈扩散状投光。应差的距离应差的距离指对于扩散反射型,为了不发生振荡指对于扩散反射型,为了不发生振荡(Chattering)必须明确隔开动作距离和复归距离。必须明确隔开动作距离和复归距离。ONOFF动作距离复归距离应差的距离应差的距离如没有应差如没有应差(Hyster
14、esis)的话,接近动作距离时的话,接近动作距离时就会发生反复就会发生反复ON/OFF的的Chattering现象现象。不感应带不感应带由于反射型传感器的投光由于反射型传感器的投光/受光透镜一般都不同,受光透镜一般都不同,便会引起在近距离的某个范围,反射光无法进便会引起在近距离的某个范围,反射光无法进入受光透镜的情况。这个范围称为不感应带。入受光透镜的情况。这个范围称为不感应带。不感应区域不感应区域投光投光受光受光应答时间应答时间从光电传感器的光反转到输出反转为止有一从光电传感器的光反转到输出反转为止有一个时间上的延迟个时间上的延迟。这是动作时间。动作时间这是动作时间。动作时间和复归时间是两个
15、相应的概念。和复归时间是两个相应的概念。ON时的延迟时间时的延迟时间 动作时间动作时间(Ton)OFF时的延迟时间时的延迟时间复归时间复归时间(Toff)通常在通常在1msec左右左右、较快的机种为较快的机种为20sec。光输入光输入控制信号控制信号TonToff遮光遮光/入光动作入光动作(L-ON/D-ON)受光器入光时的动作受光器入光时的动作Light-ON受光器遮光时的动作受光器遮光时的动作Dark-ON 选择上述何种方式因客户需要而定选择上述何种方式因客户需要而定。有有L-ON/D-ON的不同机种,也有可的不同机种,也有可 通过开关切换的机种通过开关切换的机种。ON=Light-ON光
16、光输出输出ON=Dark-ON光光输出输出使用周围照度使用周围照度指受光器的表面照度指受光器的表面照度(Lux)的允许值的允许值(即传感器不会发生误动作的照度即传感器不会发生误动作的照度。)(DATA BOOK的说明有误的说明有误)盛夏太阳的直射照度在盛夏太阳的直射照度在100,000Lux左右左右、办公室内在办公室内在1000Lux以下以下。没有格外注意的必要没有格外注意的必要。(。(但不能在户外使用但不能在户外使用)标准检测物体标准检测物体/最小检测物体最小检测物体/装载狭缝时的最小检测物体装载狭缝时的最小检测物体标准检测物体标准检测物体在光学原理中用尺寸相当的棒的直径表示该传感器适合检测
17、物体在光学原理中用尺寸相当的棒的直径表示该传感器适合检测物体的大小程度的大小程度最小检测物体最小检测物体代表例即检测的标准,要检测小物体时需要进行实验来确认代表例即检测的标准,要检测小物体时需要进行实验来确认装载狭缝时的装载狭缝时的最小检测物体最小检测物体记载于狭缝记载于狭缝(另售配件另售配件)的额定值一览表内的额定值一览表内。有必要通有必要通过实验确认过实验确认MSR功能功能MSR=Mirror Surface Rejection投投/受光器受光器反射板反射板光泽表面物体光泽表面物体偏光元件偏光元件(Polarizer)检光元件检光元件(Analizer)光光Corner cube(反射板反
18、射板)回归反射型如果没有回归反射型如果没有MSR功功能的话,可能会发生无法检能的话,可能会发生无法检测光泽表面的物体的情况。测光泽表面的物体的情况。反射板的反射板的corner cube通过光通过光的的 次反射返回同方向的光。次反射返回同方向的光。这时将偏光方向变化这时将偏光方向变化90来来放置偏光元件放置偏光元件/检光元件的话检光元件的话则反射板反射的光能通过,则反射板反射的光能通过,光泽物体的反射光被遮光,光泽物体的反射光被遮光,从而避免了误动作从而避免了误动作。薄片型反射板没有薄片型反射板没有MSR功能的效果功能的效果。相互干扰相互干扰/干扰干扰相互干扰相互干扰(1)带防止相互干扰功能的
19、传感器带防止相互干扰功能的传感器(2)防干扰滤波片防干扰滤波片(3)隔开一定距离隔开一定距离(4)投光器投光器/受光器交替排列受光器交替排列(5)错开光轴错开光轴干扰对策的一般解决方法干扰对策的一般解决方法(1)common 传感器和安装金属台间绝缘传感器和安装金属台间绝缘mode干扰干扰 0V和安装金属台间加电容和安装金属台间加电容(2)辐射干扰辐射干扰 将传感器与干扰源隔开将传感器与干扰源隔开(3)电源线干扰电源线干扰 线间加入电容线间加入电容自我诊断自我诊断/外部诊断功能外部诊断功能是用来确认光电传感器是否正常运作的功能。是用来确认光电传感器是否正常运作的功能。自我诊断自我诊断通过光量的
20、稳定度判断通过光量的稳定度判断。与一般光电传感器都带有的绿色与一般光电传感器都带有的绿色稳定指示灯连动,稳定指示灯熄稳定指示灯连动,稳定指示灯熄 灭则输出灭则输出ON,表示不稳定。表示不稳定。外部诊断外部诊断从外部从外部(PLC等等)输入,传感器停止投光,输入,传感器停止投光,传感器通过检查受否处于传感器通过检查受否处于D-ON的状态,的状态,判断自身是否正常动作并返回信号。判断自身是否正常动作并返回信号。E3Z稳定指示灯稳定指示灯(绿绿)动作指示灯动作指示灯(橙橙)接线时的注意事项接线时的注意事项电源配置电源配置在支流用传感器上加交流电的话在支流用传感器上加交流电的话会造成传感器破损会造成传
21、感器破损负载短路负载短路电源和控制输出间要介入负载电源和控制输出间要介入负载后才能连接后才能连接(几乎所有传感器几乎所有传感器都有保护措施都有保护措施)误接线误接线注意不要逆接电源正负极注意不要逆接电源正负极(几乎几乎所有传感器都有保护措施所有传感器都有保护措施)无负载连接无负载连接与负载短路相同与负载短路相同电源复位电源复位/电源电源OFF时时传感器的电源传感器的电源ON/OFF时输出处于不稳定状态,因此要先时输出处于不稳定状态,因此要先将传感器电源将传感器电源ON/OFF0VAC0V0VNPN输出输出&PNP输出输出NPN输出输出+V0VRL控制输出控制输出电流电流+V0VRL控制输出控制
22、输出电流电流collectoremitteremittercollectorPNP输出输出NPN TransistorPNP Transistor额定值额定值/性能性能()()检测距离检测距离 对射型指投光器和受光器间的最大距离对射型指投光器和受光器间的最大距离反射型指传感器到反射版或者检测物体反射型指传感器到反射版或者检测物体的最大距离的最大距离 一般留有一般留有1.5倍左右的余度倍左右的余度光源光源(发光波长发光波长)使用的使用的LED的波长的波长电源电压电源电压 传感器动作的电源电压范围传感器动作的电源电压范围DC1224V+/-10%波动波动10%以下以下12 0.9 0.924 1.
23、1 1.1DC9.7229.04V消耗电流消耗电流 表示传感器表示传感器ON时除去负载电流,传感器时除去负载电流,传感器 电流的消耗量电流的消耗量控制输出控制输出 规定了输出形式和负载的最大电压规定了输出形式和负载的最大电压 电流电流如果有输出切换的话记为如果有输出切换的话记为(L-On/D-on等)等)额定值额定值/性能性能()()保护回路保护回路指搭载的保护回路功能指搭载的保护回路功能应答时间应答时间对动作时间对动作时间/复归时间的记述复归时间的记述灵敏度调整灵敏度调整带灵敏度调整功能的传感器的相关带灵敏度调整功能的传感器的相关 记述记述使用环境照度使用环境照度指受光面最大允许照度指受光面
24、最大允许照度含有余度含有余度环境温度环境温度指动作时的允许温度范围和保存时指动作时的允许温度范围和保存时的允许温度范围的允许温度范围(注意低温注意低温)周围湿度周围湿度以相对湿度表示动作时的允许湿度范围以相对湿度表示动作时的允许湿度范围 和保存时的允许温度范围和保存时的允许温度范围绝缘电阻绝缘电阻在传感器回路和大地间加电压在传感器回路和大地间加电压(通常通常 500V)时引起漏电流的电阻值时引起漏电流的电阻值额定值额定值/性能性能()()耐电压耐电压在传感器回路和大地间加交流电压在传感器回路和大地间加交流电压(通常(通常 1000V)一分钟左右传感器不会破损一分钟左右传感器不会破损振动振动(耐
25、久耐久)在在方向方向上加以振动,不发生机械性上加以振动,不发生机械性损坏,机能维持正常损坏,机能维持正常振动加速度为振动加速度为300m/secxsec冲击冲击(耐久耐久)假设为下落的情况假设为下落的情况从从 方向下落不发生机械性损坏方向下落不发生机械性损坏机能维持正常机能维持正常冲击加速度为冲击加速度为500m/secxsec连接方式连接方式=导线或者接插件导线或者接插件指示灯指示灯表示有哪些指示,分别为什么颜色表示有哪些指示,分别为什么颜色质量质量包装后状态下的重量包装后状态下的重量(概略概略)材质材质记述外壳和透镜的材质记述外壳和透镜的材质附件附件附属于该传感器的配件附属于该传感器的配件
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