对射光纤传感器原理：光纤传感器原理特点及调试步骤应用

光纤放大器在市场上有着广泛的应用，本节主要讲解光纤放大器原理特点及调试应用的相关知识。在讲解之前，先看下光纤放大器实物图，看下光纤放大器是什么样子。就跟看人先看面貌一样，先看上才能喜欢。光纤传感器实物1光纤传感器实物2
最直接可以看到的是上面一排数字，上图中的绿色数字5000（设定值可以修改），红色数字9999.光纤放大器将接收的光进行数字化成四位数字。绿色代表你设置的阈值，决定接收到的光强度大于或者小于多少数据值后传感器响应。红色数字代表当前光纤放大器接收到的光的强度值，值越大代表反射回来的光强度大。
2. 光纤传感器原理及特点
---光纤传感器组成
光纤传感器由如下两大部分组成，光纤放大器和光纤
光纤放大器组成示意图
光纤传感器工作原理如下：
之前讲过光电开关，光电开关本身是需要发光、接接收单元的。光纤传感器也是光电开关的一种类别。只是因为构造比较特殊，光纤放大器本身也具有发光单元与接收单元。只是发光单元发出的光形成的光路是从光纤发射出去，然后反射回来的光也是通过光纤传输到本体上接收单元
特点如下：
根据上面一段话，光纤传感器的工作原理论述。光纤传感器也是光电开关的一种。光纤传感器的功能是非常强大的。主要是因为同一个光纤放大器本体可以通过不同的光纤（每一个光纤传感器供应商都有大量的光纤型号供应）实现漫反射原理、镜反原理、对射式原理的应用方案。
光纤工作原理涉及到光学内容，大概如下：
光纤工作原理
光纤实际是利用光的全反射原理，当光进入光纤后通过不断的全反射而传输，其优点是光可以几乎无损失地进行较长距离传输。
光纤产品技术参数
--光纤材质根据纤心和包层材质可分为玻璃和塑料两种。
塑料光纤性能特点：适用于可见红光光纤放大器；单束光纤和多束光纤类别；可达更小的弯曲角度，柔韧性更好；更好的抗震性；可根据需要进行裁截；一般工作温度范围：–40 °C ～+180 °C。
玻璃光纤性能特点：可用于可见红光或者红外光类型光纤放大器；多束光纤；抗腐蚀；更高的使用温度：–55 °C ～+315 °C；适用于红外光传输。
光纤外皮材质：
光纤外皮主要用于保护纤心不受机械挤压或者化学腐蚀等，确保光束可靠传输。为了满足各种不用的应用需要（高温、抗振动、耐腐蚀、…），光纤提供了多种类型外皮，其中包括PVC塑料、金属（铝、不锈钢等）、特氟龙。
各种外皮材料性能
光纤头封装方式：
光纤头封装
光纤头发射角及光纤聚焦
光线头发射角一般为60度，为了减少光斑大小，特别当用来检测小物体时。通过加装聚焦镜，对光斑进行聚焦处理，形成很小的光斑，实现检测小物体检测应用。
3. 光纤传感器调试步骤及设置方法（如下以SICK的光纤放大器作为说明）
---调试之前的准备，首先每家传感器公司都有对应的调试手册供下载，每家传感器公司功能都是类似的，但具体的操作还是有些差别，具体的菜单位置名称，也是不同。
---调试之前，安装固定好传感器，接线上电，上电正常。
---将检测物放置在光纤之前，设置光纤参数，如下通过按钮进行操作。
光纤传感器操作面板菜单树
菜单树
根据需要模式进入相应的菜单树修改相对应的值，实现不同的工作模式，检测功能。具体细节这里不表，参考各传感器厂家对应的手册说明书即可。
这里最重要的参数说明一下就是，开光动作阈值。这个值需要根据不同检测物，物体反射回来的光强多作为参考来进行修改，这个值设定的是否合适，影响到是否能够稳定检测不同的物体。
---最后一步是验证，将不同类型的产品放在光纤头前面，测试是否都可以正常检测。
4. 光纤传感器应用距离（液位测量）
液位检测
特点：试管、狭小容器；透明物体检测功能
光纤传感器总结：
如下一些场景应用非常适合于光纤产品的使用：
--- 安装空间狭小，不方便调试。光纤非常细小，可以插进小空间里进行检测。
--- 使用环境恶劣（例如：化学腐蚀性环境，高温，…）特别是玻璃光纤，将光纤头放在高温的生产线上，放大器本体安装在低温控制箱中，实现分离检测，具有广泛应用场景。
--- 需要精准控制位置和光量阀值情况下；可视化数字显示当前设置量与接收到的光线亮度，非常易于调试。
--- 高速响应；响应可以达及KHZ，在高速计数或者旋转测速应用中
--- 细小物体检测；通过聚焦镜头，光斑可以做到非常小，实现对小物体，小缝隙检测
光纤传感器是一种广泛使用的光电传感器，应用非常广，特别是一些特殊场景。接下来会继续讲解另外一种传感器，在包装材料上广泛应用，它就是色标传感器。

对射光纤传感器原理：光纤传感器的各种分类以及检测原理解析

对于光纤传感器，如使用对射光纤，则为对射式检测模式；如使用直反式光纤，则为接近式检测模式。超声波传感器分对射式和接近式两种检测模式。
对射式
射式检测方式的发射器和接收器相互对射安装，发射器的光直接对准接收器。当被测物挡住光束时，传感器输出产生变化以指示被测物被检测到。
对射式是最早使用的一种光电检测模式。在调制光出现之前，发射器和接收器的对准是一个很大的难题。今天，对于使用高能调制光的光电传感器，将发射器和接收器对准已非常容易。
光路对准－对射式
光路对准可使最大数量的发射光到达接收器，发射光要位于接收区域的中央位置。
当发射器为可见光时，为使光路对准方便，在接收器镜头的正前方放一浅色的标定物，通过观察照在标定物上的光斑来调整发射器位置。将标定物移开，观察传感器上的过量增益指示灯，细调发射器和接收器的位置以达到最佳的对准位置。

检测距离－对射式
检测距离是传感器一个很重要的参数。对于对射式传感器，此参数是指传感器的发射器与接收器之间的最大距离。有效光束是指发射的所有光束中起作用的那部分，为可靠检测物体，此部分光必须要被全部遮挡。对射式检测模式的有效光束，我们可以将其比喻为连接发射器
镜头（或超声波变送器）与接收器镜头（或变送器）的一个杆，如果发射器和接收器的镜头大小不一样，则此杆会变成锥形。有效光束与发射器发射的光束或接收器的可接收区域是不一样的。
对于对射式光电传感器，在检测小的部件或进行精确定位时，其有效光束可能会太大以致不能进行可靠检测。在这种情况下，可以给传感器加装光缝来减小有效光束的尺寸。（注意：在选择光缝材料时，要注意有些非金属材料可能会被高能的调制光穿透）。
安装光缝会减小通过镜头的光的能量（光缝越小，通过的光就越少）。例如：直径20mm的镜头安装上带一5mm孔的光缝后，则通过此孔的光的能量仅为原来的（1/4）2或1/16th，如果发射器和接收器都安装了光缝，则光的能量会损失双倍。
矩形光缝与同尺寸的圆孔形光缝相比，其镜头接收光的区域较大。因此，如果被测物通过光束的方向是一定的，则优先选用矩形光缝（如边沿检测）。如果小的被测物通过光束的方向不是固定的，则优先选用圆形光缝。
如果被测物在通过时总是非常靠近发射器或接收器，则仅需安装一个光缝即可。其有效光束尺寸在有光缝的一端为光缝上孔的尺寸，在未安装光缝的一端为镜头的尺寸，成为锥形。
在使用对射式传感器检测小物体时，在使用对射式传感器检测小物体时，一方面要保证有效光束的尺寸必须小于被测物的最小尺寸，同时要使镜头保留尽可能大的可视区域，以保证足够的检测距离。一种简便的方法就是使用光纤，这种光纤检测头的出光孔有多种形状和尺寸，以适用于不同的被测物。
有些高能的经过调制的对射式传感器，在近距离使用时，有时会在被测物周围产生光能激增现象，致使传感器产生误动作。这也是为什么要求被测物尺寸一定要大于有效光束尺寸的原因之一。
对于对射式的超声波传感器，通过使用声波引导器件可以确定其波形图。此器件安装在接收器的变送器（有时也安装在发射器上），安装此器件后，接收器对从侧面过来的声波反应就会很弱，因而可以比较可靠的检测小的物体。
反射板式
反射板式的检测模式中，一个传感器本身既有发射器又有接收器。发射器发射光照到反射板上，反射光再返回接收器上。当物体挡住光束时，被测物就被检测到了。
反射板式传感器的检测距离为从传感器到反射板的距离。其有效光束通常为锥形，从镜头边沿到反射板边沿。特殊情况下与此不同，如：当传感器离反射板太近时，光束不能全部覆盖整个反射板；或者发射光为激光光束时。在这些情况下，有效光束的尺寸扩展不到反射板的整个面积。
反射板通常是由多个几何棱镜组成的矩阵，每个棱镜有三个互相垂直的平面和一个斜面。光束从斜面射入，经其他三个面反射后从这个斜面上平行的返回。这样反射板就将入射光反回到了接收器。
多数棱镜式反射板由透明丙烯酸塑料压铸而成，具有多种尺寸和外形。棱镜或反射板经常作为汽车安全反射板用，当汽车前灯照在反射板上时，反射板会反射回很强的光使司机能及时观察到。
高速公路上的警示标志可以用反射带来制作，反射带表面涂有一层薄的带几何棱镜的反光材料或玻璃细沙。（光滑的玻璃表面也可把光反射回去，但是涂玻璃细沙的表面其反光率低于带几何棱镜的表面）
非常光亮的表面也可以做反射板用，但入射光会以等同的角度朝相反方向反射回去。为了使传感器能接收到反射光，发射光必须垂直于镜面。但对于反射板来说，它能将入射光以偏离垂直线最大20?的角度反射回来，这样就使对准非常容易。
好的反射板的反光率是一张白纸的3，000倍，所以反射板式传感器很容易接收到从反射板反射回来的光。但是对于反光率很强的被测物，当挡住光束时，也能将很强的光反射回传感器而使其误认为被测物并未出现。对这种问题，我们也有相应的解决办法。
如果一个表面很平很亮的物体总是沿固定的方向经过检测区域，那么我们可以将传感器和反射板倾斜安装，以使被测物表面反射回来的光回不到传感器，倾斜角度通常为10~15?。
但是如果光亮被测物表面是圆形或被测物是以不确定的角度进入检测区域，则问题就会比较复杂。此时我们可以将传感器和反射板水平及垂直方向均旋转一定角度，这样通常情况下可以解决问题。如问题仍不能解决，则考虑使用偏振反射板式或对射式检测模式。
偏振
偏振镜头与可见光的反射板式传感器配合使用，能很好解决光亮物体的检测问题。两个偏振镜头分别安装在发射器和接收器镜头的前面，偏振方向互相垂直。
发射光经发射器垂直偏振镜头偏振后，变成垂直振动的光波，此光波经反射板反射（去偏振）后，变为水平方向振动的光波，这种光波可通过接收器的水平偏振镜头被接收器接收。
偏振镜头虽然解决了传感器检测光亮物体时的误动作问题，但同时也大大减弱了有效光束的能量，这一点对于检测环境灰尘较大或需要较长检测距离的应用场合尤为重要。偏振反射板式传感器仅能与带几何棱镜的反射板配合使用。
光路对准－反射板式
近年来，随着LED技术的不断提高，使用可见光光源的发射器逐步增多。当使用可见光光源时，反射板式传感器的对准就很容易了。当我们在反射板上看到可见光时，光路基本就对准了。
接近检测模式
近检测模式的光电和超声波传感器是通过检测从被测物反射回来的能量来判断是否有被测物。例如，当超声波传感器接收到被测物反射回来的声波时，被测物就被检测到了。这种传感器的发射器和接收器是组装在一起的，且在传感器的同一侧。在这种检测模式中，当被测物出现时，它把一定数量的光反射回传感器而不象对射式检测模式中是把光挡住。光电的接近检测模式又分为以下几种检测方式：直反式、宽光束式、聚焦式、定区域式和可调区域式。
直反式
光电传感器中，直反式传感器是一种常用的检测模式。在这种方式中，发射器发出的光以多种角度照到被测物表面上，被测物表面同样以多种角度对入射光进行反射，其中只有很小的一部分被反射回接收器。
直反式检测模式对光能的利用率相对较低，因为其接收器只能接收到很小一部分的反射光。同其他接近检测模式一样，直反式也受被测物表面反光率的影响。对于具有亮白表面的被测物，传感器的检测距离就要比暗黑表面的物体要远。
多数直反式传感器都加装镜头来校准发射光，使其更加集中，以便获得更多的反射光。虽然加装镜头可以扩展检测距离，但在检测非常光亮的表面时比较困难，此时传感器的安装角度就变得非常重要。
因为非常光亮的表面就象镜面一样，安装角度稍微一偏，多数的反射光就都反射走了，只有很小的一部分反射回接收器。如果被测物表面平行于传感器的检测头，则多数的直反式传感器能接收到反射回来的光。但是如果被测物是圆形表面（如金属桶）或被检测的金属薄片/薄膜经常发生颤动，则检测起来就会很不可靠。
宽光束直反式
了避免检测光亮物体时光的损失对检测性能的影响，尤其是近距离检测时，可以使用宽光束直反式传感器，没有聚光镜头，检测距离就会缩短，但同时也不必严格要求传感器镜头必须与光亮的被测平面平行。这是其优点所在。
对于任何接近检测模式的传感器，其检测距离受被测物大小及外形的影响。尺寸大的被测物反射回来的光的能量要比小的被测物多。
在2.5mm检测距离之内，宽光束直反式传感器的检测性能要比一般直反式的要好。因此如果传感器镜头能够贴近被测物检测，则宽光束直反式传感器能可靠检测细沙或电线这样的小物体。
聚焦式
外一种可以检测小物体的检测模式为聚焦式。多数聚焦式传感器是给发射器加装一个镜头，使发射光聚焦在镜头前面的某一点，同时接收器镜头的焦点也在此处。这样就在固定距离处形成了一个小的能量集中的检测区域。
聚焦式传感器对反射光的利用率很高，它能可靠检测一般直反式或宽光束直反式传感器所不能检测到的小物体和反光率非常低的物体。
检测距离－聚焦式
聚焦式传感器的检测距离是固定的，就是其焦距。这就要求传感器距离被测物非常近。
聚焦式传感器在焦点附近能可靠检测被测物，这一以焦点为中心的区域称为景深。景深的大小取决于传感器的设计和被测物的反光率。精密聚焦式传感器的景深是很小的，所以可以用来进行精确定位或外观的检测。
有时在检测某些物体时，需要忽略背景中静止或运动的物体。聚焦式传感器的一个特点就是能忽略景深以外的物体。请注意：景深的近点和远点也受被测物反光率的影响。（传感器有时检测不到反光率弱的被测物，但可能会检测到被测物后面反光率较强的背景。）
色标检测是聚焦式传感器的一个特殊应用，使用精密聚焦式传感器来检测色标，以对产品进行定位。在色标检测中，传感器光源的颜色非常重要，其中蓝绿色光源被证明具有更宽的使用范围，它甚至可以检测白纸上20%
的黄色。
激光聚焦式传感器可以产生一个能量集中，尺寸非常小的光斑，直径约0.25mm，非常适合于检测小的物体或做为机械手的定位传感器。由于其光束能量很强，所以常用来检测反光率很低的其他传感器不能可靠检测的物体。
定区域式
区域式传感器是一种光电接近式传感器，它具有很明确的检测范围，能忽略此范围以外的物体而不受此物体表面反光率的影响。
定区域式传感器是通过比较落在两个接收器上的反射光的多少来判断被测物是否出现。如果落在接收器R2上的反射光等于或多于落在R1上的反射光，则传感器检测到被测物。
可调区域式
就象定区域式一样，可调区域式传感器可以区分位于不同距离处的物体，在这种情况下，检测距离是可调的。可调区域式传感器的接收器能产生两个电流I1和I2，这两个电流的比值随反射光落在接收器上位置的不同而会有所变化。传感器关断点的位置与这个比值有直接的关系，此关断点的位置可通过电位器来调整，即使位于关断点以外的物体具有很强的反光率，传感器依然会将其忽略。
光纤式
实上，光纤式并不是一种具体的检测模式，使用不同的光纤可以组成不同的检测模式。使用分离式光纤可以组成对射式的检测模式，使用一体式光纤可以组成反射板式或接近式检测模式，特殊的光纤可以定制，下图的光纤是在检测头使用了特殊的结构，使其形成了聚焦式检测镜头。
超声波接近模式
交流电压供电后，超声波发生器产生震动。这种震动交替压缩和撞击空气分子使其不断地向外传送超声波，同时超声波发生器也能接收超声波的回波。
超声波传感器根据其发生器的不同分为：静电式和压电式，静电式传感器用来进行长距离检测，通常能达到6-7米。这种长距离的传感器常用来检测大容器的液位等。压电式传感器通常只有较短的检测距离，一般在1米左右，但密封较好，能用在恶劣的环境下。
通常与直反式光电传感器相比，超声波传感器较少受被测物表面特性的影响。但是，超声波发生器的表面与光滑平整的被测物表面之间的平行度要保持在3?之内（对于表面粗糙的物体，这个角度不太重要）。对于表面吸声的材料，如衣服或泡沫，使用超声波传感器很难检测。
同时，较小的物体反射回的波的能量很弱，所以选择传感器时，被测物的尺寸是非常重要的需要考虑的因素。当被测物沿垂直于传感器检测平面运动时，超声波传感器具有很高的重复精度，因而它们被广泛用来测量距离。
一些传感器具有可调整的检测窗口或模拟量输出，可输出一个与被测物距离成比例的电压/电流值。数字滤波器可使传感器具有抗电磁或其他声波干扰的能力，模拟量输出具有很高的线性度，带温度补偿的传感器适用于环境温度变化较大的场合。
在超声波接近式传感器中，也有超声波发生器与控制器分离的产品。这些小的超声波发生器可以安装在狭小的空间内，由控制器进行检测和输出控制。对射式的超声波传感器具有独立的发射器和接收器，是检测透明物体的理想产品。
责任编辑；zl

对射光纤传感器原理：光纤传感器的工作原理

描述

　　光纤传感器的工作原理
　　光纤传感器是一种将被测对象的状态转变为可测的光信号的传感器。光纤传感器的工作原理是将光源入射的光束经由光纤送入调制器，在调制器内与外界被测参数的相互作用， 使光的光学性质如光的强度、波长、频率、相位、偏振态等发生变化，成为被调制的光信号，再经过光纤送入光电器件、经解调器后获得被测参数。整个过程中，光束经由光纤导入，通过调制器后再射出，其中光纤的作用首先是传输光束，其次是起到光调制器的作用。
　　导纤维是利用光的完全内反射原理传输光波的一种介质，它是由高折射率的纤芯和包层所组成。包层的折射率小于纤芯的折射率，直径大致为0.1mm～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，光纤式传感也可分为对射式、漫反射式等多种类型。光纤式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。
　　物性型光纤传感器工作原理
　　物性型光纤传感器是利用光纤对环境变化的敏感性，将输入物理量变换为调制的光信号。其工作原理基于光纤的光调制效应，即光纤在外界环境因素，如温度、压力、电场、磁场等等改变时，其传光特性，如相位与光强，会发生变化的现象。
　　因此，如果能测出通过光纤的光相位、光强变化，就可以知道被测物理量的变化。这类传感器又被称为敏感元件型或功能型光纤传感器。激光器的点光源光束扩散为平行波，经分光器分为两路，一为基准光路，另一为测量光路。外界参数（温度、压力、振动等）引起光纤长度的变化和相位的光相位变化，从而产生不同数量的干涉条纹，对它的模向移动进行计数，就可测量温度或压等。
　　结构型光纤传感器工作原理
　　结构型光纤传感器是由光检测元件和光纤传输电路和测量电路组成的测量系统。其中，光纤仅作为光的传播介质，因此它也被称为光传输型或非功能性的光纤传感器。
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对射光纤传感器原理：光纤传感器的工作原理以及使用注意事项解析

描述
1．光纤传感器工作原理
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，它是由高折射率的纤芯和包层所组成。包层的折射率小于纤芯的折射率，直径大致为0.1mm～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，光纤式传感也可分为对射式、漫反射式等多种类型。光纤式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。

2．光纤传感器在机电设备中的使用注意事项
1）不能安装在以下场所：阳光直射处，湿度高、可能会结霜处，有腐蚀性气体处，对本体有直接振动或冲击影响处；
2）电力线、动力线与光电开关使用同一配线管或者配线槽时，会由于感应引起误动作或者产品损坏，原则上请分开配线或者使用屏蔽线。
3）导线的延长请使用0.3mm以上的线，并控制在100m以下；
4）电源接通后，经过200ms以上才可以进行检测，负载与光纤传感器的电源分开时，请一定要先接通光纤传感器的电源；
5）在切断电源时会发生输出脉冲情况，所以要先切断负载或负载线的电源；
6）使用接插件式时，为了防止触电或短路，请在不使用的连接电源端子上贴上保护用贴片；
7）放大器拆卸和安装时请一定要切断电源；
8）请不要在光纤单元固定于放大器单元的状态下施加拉伸、压缩等动作；
9）在使用时一定要确保保护罩已盖好；
10）不要使用香蕉水、汽油、丙酮、灯油类进行清洁。
责任编辑；zl
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