一、光電開關原理與分類 1：按檢測形式的分類 （1）對射式 對射式是由一個發射器與一個接收器相對配置的，發射器發射出的光指向接收器，發射器與接收器之間組成一個閉合光路，通過對光路的光被遮斷或光衰減來進行檢測的一種檢測形式。這種檢測形式作用距離比較長，但需要一個發射器並需要配電；在某些應用場合比如空間狹小，不合適配電的運用上比較麻煩。如圖1a：

圖1a

②發射器與接收器一體化，光傳輸為直流方式的非調制信號，主要小型縫隙光電開關，如U型、C型的槽型光電開關。如圖1b:

圖1b

（2）直接反射式 這種方式是把發射器與接收器構為一體，發射器發射的光直接照射到被檢測物上，根據反射光的變化情況來進行檢測的。可以說是近似人的眼睛的一種檢測器。與對射式相比作用距離比較短，隻需要單線配電即可，屬於通用檢測器。如圖2：

圖2

（3）鏡麵反射式 ①這種方式是把發射器與接收器構為一體，光電開關對置反角矩陣射鏡，發射器的光被反射鏡後反饋回接收器，光電開關與角矩陣反射鏡（多棱鏡）形成閉合光路，通過對光路的光被遮斷或光衰減來進行檢測的一種檢測形式，這種檢測形式作用距離比對射式短，比直接反射式較長。隻需要單線配電即可，由於采用反射鏡光軸的調整比對射式容易；反射鏡由多棱鏡角矩陣板或微晶玻璃顆粒反射膜等。如圖3a：

圖3a

②具有M.S.R功能的反射器式光電開關，如果被檢測物是平麵而且有光澤，則會產生誤動作，欲解決此問題，可采用M.S.R功能，它的主要工作原理是基於角矩陣反射器能使偏振光方向改變90°，采用互相垂直的偏振光膜片放在雙鏡頭前，所以使用角矩陣反射器，光路閉合。如果是平麵鏡或反光率比較的物體（如：玻璃瓶等）不能改變偏振方向，由它阻擋而產生的反射光不能進入受光器，因此它可以很容易被檢測到，從而解決瞭由它表麵反射而它引起的誤動作問題。如圖3b:

圖3b

（4）輻射光檢測形式 通過對被檢測物體輻射出的光進行檢測的形式。如用於鋼鐵行業的對加熱的鐵輻射出的紅外線進行檢測的光電開關。如圖4：

圖4

（5）限定反射式 這種方式是把發射器與接收器構為一體，發射器與接收器形成一個角度，發射光軸與接收光軸交叉區域靈敏度最佳。如圖5：

圖5

（6）夾角式 這種方式是把發射器與接收器構為一體，發射器與接收器形成一個角度，發射光聚焦點與接收光聚焦交叉區域檢測物體，用於精細檢測，如標記檢測等。如圖6：

圖6

（7）同軸檢測式（單鏡頭） 這種方式是把發射器與接收器構為一體，發射光通過鍍膜的半透明鏡片45°折射後通過鏡頭聚焦發射出去，接收光線通過聚焦鏡頭入射到接收器，主要用於標志檢測。目前主流的顏色傳感器、標志傳感器大多采用這樣方式。如圖7：

圖7

（8）光導纖維式 光導纖維簡稱光纖，目前光纖式光電開關的光纖基本是兩種，一種塑料光纖，價位比較低，普通檢測使用；另一種玻璃光纖，價位比較高，一些檢測精度比較高的場合。 ①：對射式，把光纖套入發射器，把光纖套入接收器，光纖檢測頭相對安置。如圖8a：

圖8a

②：直接反射式，發射器與接收器構為一體，把光纖套入發射器與接收器（光纖放大器），光纖頭為兩根光纖並行，直接檢測物體。如圖8b：

圖8b

③：同軸反射，發射器與接收器構為一體，把光纖套入發射器與接收器（光纖放大器）。光纖頭為兩根光纖並為一根的形式，發射光纖在中間，接受光纖圍著其圓周排列。可以直接反射與鏡麵反射，取決於光纖放大器的光學結構。如圖8c：

圖8c

2：按檢測方法的分類 （1）光量法 目前大多數光電開關用來檢測物體有無的均為光量方式，既光源受物體遮蔽或發生反射、輻射和遮光導致受光量變化來檢測對象的有無。 （2）三角測距法 光量方式容易受到物體表麵的光潔度、粗糙度、顏色所影響，因此在一些要求比較高的場合就需要采用距離法檢測。 （3）激光測量法 由激光器對被測目標發射一個光信號， 然後接受目標反射回來的光信號，通過測量光信號往返經過的時間， 計算出目標的距離。 3：按光源種類的分類 光源目前采用的大多是發光二極管（LED），根據不同使用目的的區別使用。 （1）白熾燈式（可見光） 用於需要白光的標志檢測器，由於壽命與抗震性能，現在使用比較少。 （2）發光二極管（LED）式（可見光、近紅外光） 具有調制容易、壽命長、小型、功耗小、抗震等優點是光電開關理想的光源，可用於各種用途。 （3）熒光式（可見光） 主要用於需要長度的光電系統（圖像傳感器等） （4）紫外光式（不可見光） 通過照射紫外線用於檢測發生可見光的物體（熒光整理疵點、食品中的異物等）。 （5）氣體激光式（可見光） 光束比較強，用於探傷系統、條形碼系統、及強光衰減大的場合，如蒸汽、煙霧、火焰等場合。 （6）半導體激光式（紅光、近紅外光） 具有較強的透射率和容易調制的特性，用於如蒸汽、煙霧、火焰等場合鋼鐵行業與安防。 4：按光源調制種類的分類 （1）直流光式 使發射器的光線為不變的直流光，包括白熾燈和用直流驅動的發光二極管。這種方式有線路簡單、響應速度快的特點，但是抗光乾擾比較弱，目前僅在較短的距離檢測中使用。 （2）調制式 ①、脈沖調制式 使發射器發的出光線為具有一定頻率的脈沖波，一般稱為調制光，采用這種方式除瞭可以獲得峰值很高的光脈沖功率外，還可以對接收器輸出采用具有頻率選擇的交流放大器進行放大，從而減少周圍光線和電氣噪聲的影響，這是目前國內外使用最廣的一種方式。 ②機械旋轉調制式 對光源用棱鏡或轉盤孔旋轉後，提取脈沖信號，如用於區域檢測和熱金屬輻射的掃描檢測等。 ③、掃描式 將多個發射器與接收器組合，通過同步信號逐一掃描，防止相互乾擾。如用於光幕傳感器。 5：按供電種類的分類 （1）直流式 采用直流電壓供電的形式，一般大多采用12-24V（10-30V）的直流電壓的供電。 （2）交流式 采用交流電壓供電，電壓范圍為90-240V交流電，滿足110VAC與220VAC場合的供電 （3）直流交流混合式 直流電壓與交流電壓都可以直接接入同一個供電回路的形式，直流電壓范圍12-240V，交流電壓范圍24-240V，此形式適應性比較靈活，不需要考慮配電的問題。 6：按輸出種類的分類 （1）三極管NPN輸出 （2）三極管PNP輸出 （3）三極管NPN與PNP混合輸出 （4）固態隔離無觸點輸出 （5）繼電器觸點輸出 （6）可控矽輸出 （7）模擬電壓 （8）模擬電流 （9）數據信號 7：按結構種類的分類 (1)內藏放大器式 即把發光、感光元件和放大電路、信號處理電路、開關驅動電路裝配在一個殼體裡，接通直流電源就可以獲取ON-OFF開關輸出，不需要專用放大器，抗噪音能力強，壽命長，電纜線可延長等優點，是主流的一種光電開關。 （2）放大器分離式 這是種早期采用比較多的方式，發光、感光元件裝在探頭內，用屏蔽線與專用放大器（光電開關主體）連接。主要是探頭可以安裝在比較狹小的空間對比較小的物體進行檢測，但是有抗噪聲能力的問題。隨著技術的發展，內藏放大器式的光電開關的體積越來越小；這種形式采用相對較少，尤其是光纖傳感器的發展。 （3）光纖式 這種光電開關是放大器分離式與內藏放大器式結合的產品，通過光纖才傳輸光信號，光電開關主體上套上光纖線，另一頭光纖探頭可以對被檢測物體進行檢測，其優點光纖探頭比較小，可以檢測比較微小的物體，光纖線傳輸的隻是光信號，所以不用考慮放大器分離式那樣需要考慮抗噪聲能力的問題。 （4）自控式 這種光電開關是具有一定功能性的。把發光、感光元件和放大電路、信號處理電路、開關驅動電路、電源、繼電器等都裝配在一起，接上交流或直流電源就可以工作。同時還具有其他一些功能如動作信號的延時、光電開關的信號靈敏度調節等。

二、光電開關特點：
1、檢測距離長：與電感式接近開關相比，可以獲得很長的檢測距離，例如：對射型開關檢測距離可達數十米，反射已從幾厘米到幾米，由於是非接觸檢測，所以不損傷被測物，也不受其影響。
2、檢測對象廣泛：因為是根據檢測對象的反射和透光檢測，所以不管是金屬、即使是玻璃、橡膠、木材、液體、氣體等幾乎都可以檢測。
3、響應速度快：檢測介質本身是高速的，因為幾乎不包含機械動作，因而可以獲得非常高的檢測速度。
4、分辨能力高：因為光是直線傳播，且波長短，因而分辨率高，適用於微小物體和高精度位置檢測。
5、容易取得規則的檢測區：采用瞭透鏡等光學系統，可以比較容易的聚光、擴散和折射，對應不同的檢測對象和不同的使用環境，可以適當的選取具有某種檢測區域的產品。
6、不受磁場和振動的影響：檢測開關一般較多地安裝在具有較強磁場和振動的場所，從本質上說，光電開關受其影響很少，因而能夠可靠的動作。
7、利用光的特性檢測：可以做色標、形狀特征的選擇檢測。
8、壽命長：由於是非接觸檢測，所以壽命長，特別是用發光二極管做為光源，控制輸出采用無接點方式，壽命就更長。

但，光電開關也有下述一些缺點：
9、透鏡容易受到粉塵和油污的污染，透鏡一旦弄臟，不僅使光束散亂，又擋住瞭一部分光，因而在惡劣環境下，必須采取切實可行的保護措施。
10、周圍光線強弱對開關的影響，對於通常的照明光，目前光電開關幾乎不受影響，但是如果背景光太強以致超過數萬勒克斯，就會引起開關誤動作而造成損失。
11、成本比其它檢測開關要高一些。

三、光電開關應用方法
1：輸入電源電壓的波動
對直流輸入方式，也要註意其波動值，通常可以允許±10%。
2：配線
正確地進行配線自然不用說，在有規定的情況下，使用電纜應在規定的長度以內，在配線上大多出防噪聲方麵考慮，但為安全起見，還應當註意與動力線隔離，高壓線、動力線和光電傳感器的配線不應放在同一配線管或用線槽內，否則會由於感應而造成（有時）光電開關的誤動作或損壞，所以原則上要分別單獨配線。
3：響應時間
根據被測物體的大小與移動速度來選擇在響應速度上有餘力的光電開關，另外，關於對射式，由於光束的粗細對檢測有影響，因此要預先計算好對整個光束遮光的時間。
4：靈敏度
關於設定距離，在環境惡劣的情況下，使用對射式時，必須留出4倍以上的餘地，使用反射式時也必須留出1.5-2倍以上的餘地。
5：保護措施
通常，對於直流供電的光電開關裡都設有逆極性，交流無須要極性保護。
直流供電的光電開關晶體管輸出的均有過流、短路保護。保護方式有節拍式或自鎖式，各有特點，節拍式在輸出最大電流臨界點產生節拍保護，使用時候負載電流需要控制在光電開關額定輸出電流內。自鎖式過載、短路後，保護電路啟動後，無輸出，需要斷電重新加電後才恢復正常。
無接點輸出極的保護，通常采用續流保護晶體管的集電療。如果有大功率的感性負載最好還是外部設置電湧吸收電路給予保護。
6：抗振與沖擊
若振動為0-2000次/分，復振寬度為2mm左右時，對一般光電開關沒什麼影響，但是對采用白熾燈做光源需要采用不受振動的裝備結構。
7：乾擾光
由於光電開關的光源與調制的問題，因此抗乾擾光的能力也是不同的；通常紅外光電開關抗環境光白熾燈光3,000Lux,太陽光10,000Lux。若強烈太陽光直接照射的，由於太陽光含有紅外波段的光線，如果采用光學濾色鏡提高抗光乾擾能力是不夠的。teopto光電產品中有具備100,000Lux專門用於強烈環境光的產品。那直流光式，需要盡量避開環境光的直接照射，由於環境光的乾擾，還需要對靈敏度細調後滿足實際使用的需要。在不能改變光電開關（接收器）光軸與強光源的角度時，可在光電開關上方四周加裝遮光板或套上遮光長筒。
8：防止相互乾擾
　　對射式防止相互乾擾最有效的辦法是發射器和接收器交叉設置，超過2組時還拉開組距。當然，也可選擇使用不同頻率的機種。反射式需要隔開一定的間距,根據產品參數的指向角與檢測距離來確定相鄰的間距。
9：鏡麵角度影響
　　當被測物體有光澤或遇到光滑金屬麵時，一般反射率都很高，有近似鏡麵的作用，這時應將發射器與檢測物體安裝成10～20°的夾角，以使其光軸不垂直於被檢測物體，從而防止誤動作。
10：排除背景物影響
　　使用反射式擴散型發射器、接收器時，有時由於檢出物離背景物較近，光電開關或者背景是光滑等反射率較高的物體而可能會使光電開關不能穩定檢測。
　　因此可以改用距離限定型發射器、接收器，或者采用遠離背景物、拆除背景物、將背景物塗成無光黑色、或設法使背景物粗糙、灰暗等方法加以排除。
11：自診斷功能使用
　　在安裝或使用時，有時可能會由於臺麵或背景影響以及使用振動等原因而造成光軸的微小偏移、透鏡沾污、積塵、外部噪聲、環境溫度超出范圍等問題。這些問題有可能會使光電開關偏離穩定工作區，這時可以利用光電開關的自診斷功能而使其通過STABLITY綠色穩定指示燈發出通知，以提醒使用者及時對其進行調整。
12：消除臺麵影響
　　發射器與接收器在貼近臺麵安裝時，可能會出現臺麵反射的部分光束照到接收器而造成工作不穩定。對此可使發射器與接收器離開臺麵一定距離並加裝遮光板。
13：鏡麵的維護
定期清理鏡麵或者反光板表麵的灰塵，使光電開關的光量不受損耗，保證光電開關正常工作，擦拭鏡頭嚴禁用稀釋劑等化學物品，以免損壞塑料鏡與反光板。
14：溫度特性
一般工作的環境溫度在-20℃~55℃(未結冰)，在環境復雜的條件下檢測時需要註意，比如溫度比較高的環境下需要采取冷卻。冷卻方式有多種，風冷卻、水冷切、電致冷等；溫度比較低的環境超過產品額定值的，需要加熱防止檢測鏡麵凍霜、結冰；這些條件的使用時，若需要技術支持請與teopto的應用工程師進行技術的咨詢，選擇合適的產品應用在項目上。
15：光軸校準
為瞭便於校準光軸，有效防止偏移，隻要做到一下幾點就能滿足要求：
①設定檢測距離（靈敏度）時要大幅度留有餘地。
②發射器與接收器的光學系統能擴展。
③裝配上井然有序，堅固耐用。
④對於采用微逢、遮光板的窄光軸形式的或光學上調整平行光線的以及設定距離沒有餘地的，要細致調整，完成校準後在機械上牢固地加以固定。
16：檢測的S/N比的問題
S/N比，就是信號（signal）和噪聲（noise）的比，這個問題比較容易被忽略，光電開關主要的利用光的入射與遮光差進行ON-OFF轉換的，因此在光的入射時盡可能選擇入射光量較多的角度與位置；在遮光時，需要入射光的光量趨近於零，以進行穩定的檢測。
17：其他問題
下列場所，一般有可能造成光電開關的誤動作，應盡量避開：
　　①灰塵較多的場所；
　　②腐蝕性氣體較多的場所；
　　③水、油、化學品有可能直接飛濺的場所；
　　④戶外或太陽光等有強光直射而無遮光措施的場所。
　　⑤環境溫度變化超出產品規定范圍的場所；
　　⑥振動、沖擊大，而未采取避震措施的場所。
以上是大體的應用方法，具體細節如檢測體的材料表麵的粗糙度、色澤、透明度等等，需要技術咨詢的請teopto的應用工程師獲取技術支持。