[發明專利]光電傳感器

有效

• 申請號: 201010151202.8
• 申請日: 2010-04-13
• 公開（公告）號: CN101858758A
• 公開（公告）日: 2010-10-13
• 發明（設計）人: 汪健華;丹尼斯·C·麥基;廖建勇
• 申請（專利權）人: 洛克威爾自動控制技術股份有限公司
• 主分類號: G01D5/26
• 分類號: G01D5/26;G01V8/20;G02B3/00
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 杜誠;賈萌

技術領域

本發明涉及傳感器，尤其涉及光電傳感器。

背景技術

光電傳感器在沒有物理接觸的情況下使用光來感測目標，并且被廣泛地應用于各種應用和環境中，諸如按順序檢測物體是否存在于傳送帶上，或檢測目標的大小、形狀、反射率或顏色的變化。可以使用各種類型的光電傳感器，包括：發射束傳感器、回歸反射傳感器以及漫射傳感器。這些傳感器中的每一種均包括諸如發光二極管(LED)或激光器的光源，以及諸如光敏二極管或光敏晶體管的用于檢測光的光電檢測器，并且還可以包括一個或更多個透鏡，以聚焦由光源發出的光和/或聚焦接收的光，以便由光電檢測器進行高效地檢測。這些傳感器通常還包括與光電檢測器通信的輸出電路，用于產生指示感測的目標的特征的電壓或電流信號，諸如用于指示目標在預定位置是否存在的高或低狀態。

發射束型光電傳感器被設置為使得光源位于要感測的目標的路徑的一側，且光電檢測器位于該路徑的另一側。來自光源的光束被引導到光電檢測器，并且當目標不存在時，在光電檢測器處檢測到來自光源的光。當目標位于預定位置處時，其部分地或完全地阻擋該光束被光電檢測器接收。所導致的由光電檢測器檢測到的光量的變化引起指示目標的存在的輸出信號。

對于回歸反射和漫射型傳感器，這兩種傳感器類型都將光源和光電檢測器組合在單個殼體中?；貧w反射型傳感器使用位于要感測的目標的路徑的相對側的反射器，并且該反射器把來自光源的光束反射回光電檢測器。目標的存在部分或完全地阻擋該光束被光電檢測器接收。如圖1(a)和圖1(b)(現有技術)所示，漫射型傳感器10通過將光束16引導向光路上的預定位置并使用目標20本身來進行工作，當目標20在預定位置處(如圖1(b)中具體示出的)，以將來自光源12的光束16的一部分反射回光電檢測器14時，光電檢測器14比當目標不位于預定位置(如圖1(a)中具體示出的)時檢測到更多的光。具體地，當目標20存在于預定位置時，光束16以某個任意角度照射目標20，并且在光電檢測器捕捉反射的漫射光18的某部分時被檢測。漫射型傳感器特別適合于具有限制在光電檢測器對面的反射器的定位的空間要求的應用。

成功的感測要求目標的位置、大小、形狀、顏色或反射率的變化引起由光電檢測器檢測的光的強度或量的充分可測量的變化。光電傳感器檢測目標存在和不存在的能力能夠使用余量(margin)或過量增益的概念來量化。余量是由光電檢測器檢測的來自光源的光量與切換傳感器的輸出信號(諸如從指示目標不存在的水平到指示目標存在的水平)所需的最小光水平相比的度量，并且還能夠考慮輸出電路的靈敏度。余量值對應于要感測的目標與傳感器之間的具體感測距離。當光電檢測器不能檢測到光源發出的光時，出現余量零，并且當恰檢測到足夠的光以使得傳感器的輸出信號改變狀態時，出現余量一。當光電檢測器檢測到切換傳感器的輸出信號所要求的最小光水平的20倍時發生余量二十(通常表達為20X)，或者例如當檢測到最小光水平的4倍并且輸出電路的靈敏度是最小光水平處的靈敏度的5倍時發生余量二十。余量越高，光電傳感器越能夠在該距離感測目標。

相對于反射表面的反射率來測量和表示余量，例如相對于具有估定90％反射率的反射表面的白紙，其將反射更多的光，因此比18％反射率的紙面允許更大的余量。經常針對光電傳感器提供通常的余量響應曲線，并示出取決于感測距離通常的余量將是什么(針對漫射型傳感器的感測距離被定義為從傳感器到具體目標的距離)。

光電傳感器經常用其最大和最小感測距離來特征化。對于漫射型傳感器，經常存在“盲區”，其中，因為從目標反射的光不能被光電檢測器接收，所以過于接近傳感器的目標不能被感測。例如，用設計為工作于最大到800mm的感測距離的目標的傳感器，該盲區能夠從零延伸到50mm。再次參照圖1(b)，在漫射傳感器的情況下，因為光源和光電檢測器不同軸因而傳感器發射的光16以及可由光電檢測器檢測的反射光18經過不同路徑傳播，反射光18通常相對于發射光成一定角度進入傳感器10，所以出現盲區。當目標20變得過于接近傳感器10時，因為發射光和反射光之間的角度變得太大，所以沒有反射光能夠被光電檢測器檢測。