毕业设计（论文）-光电开关设计

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1、兰州交通大学毕业设计（论文）1.绪论1.1课题背景在科学技术飞速发展的今天，为使今后的生产系统向自动化，无人化方向发展，提高安全生产效率，研发使用半导体材料及光敏器件，传感器及光控技术，对提高安全生产效率，实现生产安全无人化管理具有重要的现实意义。光电开关是以光辐射驱动的电子开关，当一定强度的光辐射投射到其中的光敏器件上时，它便会产生开关动作，输出信号。由于信息技术和半导体技术的高速发展，导致半导体光敏器件的研究取得了重大进展，制造工艺和质量水平也不断提高，并进入了实际应用阶段。经过二十多年的发展，目前光电开关已具有多系列、多

2、品种，并在各种机械和生产线中担负着重要的“眼睛”作用。随着工厂自动化(FA)向各个领域的不断深入，以及柔性加工系统(FMS)的普遍采用，并逐步向计算机综合生产系统(CIM)过渡，光电开关不再仅仅具有单纯的探测功能，而且还具有内部和外部双重自诊断功能、防止相互干扰功能、外同步功能和镜面抑制功能等各种附加功能，使光电开关智能化。目前大量生产的光电开关由于普遍采用了专用集成电路，使得响应速度提高到1ms；数字积分取代了阻容积分，使得抗干扰能力大大增强；采用专门设计的一体化成型技术和塑料壳、模铸壳并用的保护结构，缩小了体积，提高了防护

3、等级。采用集成电路技术和SMT表面安装工艺而制造的新一代光电开关器件，具有延时、展宽、外同步、抗相互干扰、可靠性高、工作区域稳定和自诊断等智能化功能。这种新颖的光电开关是一种采用脉冲调制的主动式光电探测系统型电子开关．它所使用的冷光源有红外光、红色光、绿色光和蓝色光等，可非接触、无损伤地检测和控制各种固体、液体、透明体、黑体、柔软体和烟雾等物质的状态和动作。接触式行程开关存在响应速度低、精度差、接触检测容易损坏被检测物及寿命短等缺点，而晶体管接近开关的作用距离短，不能直接检测非金属材料。但是，新型光电开关则克服了它们的上述缺点

4、，而且体积小、功能多、寿命长、精度高、响应速度快、检测距离远以及抗光、电、磁干扰能力强。今后的生产系统都在向自动化、无人化方向发展，这就要求：★1．光电开关进一步提高智能化程度，就是在其内部装置微处理器J通过其本身能进行自身调节和故障探测。第69页兰州交通大学毕业设计（论文）★2．提高环境适应性，就是要求能在任何场所都能安装使用。★3．采用新技术、新工艺，加快光电开关小型化的速度。这就是今后光电开关开发的重要课题。1.2光电开关的特点1、用途特点新颖的光电开关是采用脉冲调制的主动式光电探测系统的一种电子开关，使用的冷光源有红外

5、光、红色光、绿色光、蓝色光等，可非接触无损伤地检测各种固体、液体、透明体、黑体、柔软体和烟雾等众所周知，接触式行程开关存在响应速度低、精度差、接触检测容易损坏被检测物及寿命短等弱点：晶体管接近开关的特点是作用距离近、不能直接检测非金属材料：白炽灯非调制型光电开关也有灯丝易断、抗干扰性能差、功能简单等不足之处。调制型光电开关(MGK)克服了它们的缺点，具有体积小、功能多、寿命长、精度高、响应速度快、检测距离远，以及抗光、电、磁干扰能力强等优点。新一代光电开关采用专用集成电路和表面安装工艺，具有延时、展宽、外同步、抗相互干扰、可靠

6、性高等特点，在稳定工作区域还具有自诊断等智能化功能。目前，光电开关已被广泛应用于各种生产设备中作物位检测、棉纱棉条检测、液位控制、产品计数、宽度判别、速度监测、定长剪切、孔洞识别、信号延时、自动门传感、彩色标志检出、冲床和剪切机的安全防护、汽车防撞，以及利用红外线的隐蔽性，在银行、仓库、商店、办公室乃至寓所作为防盗警戒之用。2、工作原理反射式光电开关是利用物体对投光器辐射出来的光线所产生的反射的有无或强弱来检测物体的有无或反射率等；对射式及镜面反射式光电开关是以光轴是否被物体遮断或遮断量来判断物体的有无或透射率。图1—1反射式

7、光电开关的工作原理框图第69页兰州交通大学毕业设计（论文）图1-1是反射式光电开关的工作原理框图，由振荡回路产生的调制脉冲经发射回路由发光管GL辐射出光脉冲，当被检测物体进入受光器作用范围时，被反射回来的光脉冲进入光敏三极管DU，接收回路将光脉冲解调为电脉冲信号，由放大器放大后，经同步选通整形，再经数字积分或RC积分滤除干扰后，经延时(或不延时)触发驱动器输出。由于电路具有良好的回差特性，被检测物在小范围内晃动也不会影响驱动器的输出状态，使其保持在稳定工作区。同时，自诊断系统显示受光状态和稳定工作区，监视光电开关的工作。3、M

8、G-K光电开关的特点MG-K光电开关是微电子高技术产物，也是红外光电开关(HGK)和红外传感开关(HWC)的升级换代产品。它与以往的光电开关的不同之处在于：(1)具有自诊断稳定工作区指示功能，及时告知工作状态是否可靠。(2)对射式、反射式都有防止相互干扰的功能，能紧密安装。(