西克SICK傳感器的工作原理

西克SICK傳感器的工作原理
SICK傳感器是以光電器件作為轉(zhuǎn)元件的傳感器。它可用于檢測直接引 起光量變化的非電量，如光強(qiáng)、光照度、輻射測溫、氣體成分分析等；也可 用來檢測能轉(zhuǎn)成光量變化的其他非電量，如零件直徑、表面粗糙度、應(yīng)變 、位移、振動(dòng)、速度、加速度，以及物體的形狀、工作狀態(tài)的識(shí)別等。光電 式傳感器具有非接觸、響應(yīng)快、性能可靠等特點(diǎn)，因此在工業(yè)自動(dòng)化裝置和 機(jī)器人中獲得廣泛應(yīng)用。新的光電器件不斷涌現(xiàn)，特別是CCD圖像傳感器的誕 生，為SICK傳感器傳感器的進(jìn)一步應(yīng)用開創(chuàng)了新的一頁。
SICK傳感器工作原理
SICK傳感器是采用光電元件作為檢測元件的傳感器。它首先把被測量的變化轉(zhuǎn)成光信號(hào)的變化，然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號(hào)轉(zhuǎn)成電信號(hào)。光電傳感器一般由光源、光學(xué)通路和光電元件三部分組成。由光通量對(duì)光電元件的作用原理不同所制成的光學(xué)測控系統(tǒng)是多種多樣的,按光電元件(光學(xué)測控系統(tǒng))輸出量性質(zhì)可分二類,即模擬式光電傳感器和脈沖(開關(guān))式光電傳感器.模擬式光電傳感器是將被測量轉(zhuǎn) 光電傳感器成連續(xù)變化的光電流,它與被測量間呈單值關(guān)系.模擬式光電傳感器按被測量(檢測目標(biāo)物體)方法可分為透射(吸收)式,漫反射式,遮光式(光束阻檔)三大類.所謂透射式是指被測物體放在光路中,恒光源發(fā)出的光能量穿過被測物,部份被吸收后,透射光投射到光電元件上;所謂漫反射式是指恒光源發(fā)出的光投射到被測物上,再從被測物體表面反射后投射到光電元件上;所謂遮光式是指當(dāng)光源發(fā)出的光通量經(jīng)被測物光遮其中一部份,使投射剄光電元件上的光通量改變,改變的程度與被測物體在光路位置有關(guān). 光敏二極管是zui常見的光傳感器。光敏二極管的外型與一般二極管一樣，只是它的管殼上開有一個(gè)嵌著玻璃的窗口，以便于光線射入，為增加受光面積，PN結(jié)的面積做得較大，光敏二極管工作在反向偏置的工作狀態(tài)下，并與負(fù)載電阻相串聯(lián)，當(dāng)無光照時(shí)，它與普通二極管一樣，反向電流很?。?lt;µA），稱為光敏二極管的暗電流；當(dāng)有光照時(shí)，載流子被激發(fā)，產(chǎn)生電子-空穴，稱為光電 光電傳感器載流子。在外電場的作用下，光電載流子參于導(dǎo)電，形成比暗電流大得多的反向電流，該反向電流稱為光電流。光電流的大小與光照強(qiáng)度成正比，于是在負(fù)載電阻上就能得到隨光照強(qiáng)度變化而變化的電信號(hào)。 光敏三極管除了具有光敏二極管能將光信號(hào)轉(zhuǎn)成電信號(hào)的功能外，還有對(duì)電信號(hào)放大的功能。光敏三級(jí)管的外型與一般三極管相差不大，一般光敏三極管只引出兩個(gè)極——發(fā)射極和集電極，基極不引出，管殼同樣開窗口，以便光線射入。為增大光照，基區(qū)面積做得很大，發(fā)射區(qū)較小，入射光主要被基區(qū)吸收。工作時(shí)集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏。在無光照時(shí)管子流過的電流為暗電流Iceo=（1+β）Icbo（很?。?，比一般三極管的穿透電流還?。划?dāng)有光照時(shí)，激發(fā)大量的電子-空穴對(duì)，使得基極產(chǎn)生的電流Ib增大，此刻流過管子的電流稱為光電流，集電極電流Ic=（1+β）Ib，可見光電三極管要比光電二極管具有更高的靈敏度。
SICK傳感器的選型注意事項(xiàng)
要進(jìn)行—個(gè)具體的測量工作，首先要考慮采用何種原理的傳感器，這需 要分析多方面的因素之后才能確定。因?yàn)椋词故菧y量同一物理量，也有多 種原理的SICK傳感器可供選用，哪一種原理的傳感器更為合適，則需要根據(jù) 被測量的特點(diǎn)和傳感器的使用條件考慮以下一些具體問題：量程的大?。槐?測位置對(duì)傳感器體積的要求；測量方式為接觸式還是非接觸式；信號(hào)的引出 方法，有線或是非接觸測量；傳感器的來源，國產(chǎn)還是進(jìn)口，價(jià)格能否承受 ，還是自行研制。
在考慮上述問題之后就能確定選用何種類型的傳感器，然后再考慮傳感 器的具體性能指標(biāo)。
靈敏度的選擇
通常，在SICK傳感器的線性范圍內(nèi)，希望傳感器的靈敏度越高越好。因 為只有靈敏度高時(shí)，與被測量變化對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)的值才比較大，有利于信 號(hào)處理。但要注意的是，傳感器的靈敏度高，與被測量無關(guān)的外界噪聲也容 易混入，也會(huì)被放大系統(tǒng)放大，影響測量精度。因此，要求傳感器本身應(yīng)具 有較高的信噪比，盡量減少從外界引入的干擾信號(hào)。
SICK傳感器的靈敏度是有方向性的。當(dāng)被測量是單向量，而且對(duì)其方向 性要求較高，則應(yīng)選擇其它方向靈敏度小的傳感器；如果被測量是多面向量 ，則要求傳感器的交叉靈敏度越小越好。
頻率響應(yīng)特性
SICK傳感器的頻率響應(yīng)特性決定了被測量的頻率范圍，必須在允許頻率 范圍內(nèi)保持不失真。實(shí)際上傳感器的響應(yīng)總有—定延遲，希望延遲時(shí)間越短 越好。
傳SICK感器的頻率響應(yīng)越高，可測的信號(hào)頻率范圍就越寬。
在動(dòng)態(tài)測量中，應(yīng)根據(jù)信號(hào)的特點(diǎn)(穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)、隨機(jī)等)響應(yīng)特性，以 免產(chǎn)生過大的誤差。
線性范圍
SICK傳感器的線形范圍是指輸出與輸入成正比的范圍。以理論上講，在 此范圍內(nèi)，靈敏度保持定值。傳感器的線性范圍越寬，則其量程越大，并且 能保證一定的測量精度。在選擇傳感器時(shí)，當(dāng)傳感器的種類確定以后首先要 看其量程是否滿足要求。
但實(shí)際上，任何傳感器都不能保證的線性，其線性度也是相對(duì)的。 當(dāng)所要求測量精度比較低時(shí)，在一定的范圍內(nèi)，可將非線性誤差較小的傳感 器近似看作線性的，這會(huì)給測量帶來極大的方便。
穩(wěn)定性
SICK傳感器使用一段時(shí)間后，其性能保持不變的能力稱為穩(wěn)定性。影響 傳感器長期穩(wěn)定性的因素除傳感器本身結(jié)構(gòu)外，主要是傳感器的使用環(huán)境。 因此，要使傳感器具有良好的穩(wěn)定性，傳感器必須要有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力 。
在選擇SICK傳感器之前，應(yīng)對(duì)其使用環(huán)境進(jìn)行調(diào)查，并根據(jù)具體的使用 環(huán)境選擇合適的傳感器，或采取適當(dāng)?shù)拇胧?，減小環(huán)境的影響。
SICK傳感器的穩(wěn)定性有定量指標(biāo)，在超過使用期后，在使用前應(yīng)重新進(jìn) 行標(biāo)定，以確定傳感器的性能是否發(fā)生變化。
在某些要求傳感器能長期使用而又不能輕易更或標(biāo)定的場合，所選用 的傳感器穩(wěn)定性要求更嚴(yán)格，要能夠經(jīng)受住長時(shí)間的考驗(yàn)。
精度
精度是傳感器的一個(gè)重要的性能指標(biāo)，它是關(guān)系到整個(gè)測量系統(tǒng)測量精 度的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。傳感器的精度越高，其價(jià)格越昂貴，因此，傳感器的精 度只要滿足整個(gè)測量系統(tǒng)的精度要求就可以，不必選得過高。這樣就可以在 滿足同一測量目的的諸多傳感器中選擇比較便宜和簡單的傳感器阿*空 壓機(jī)配件。
如果測量目的是定性分析的，選用重復(fù)精度高的傳感器即可，不宜選用 量值精度高的；如果是為了定量分析，必須獲得的測量值，就需選 用精度等級(jí)能滿足要求的傳感器。
對(duì)某些特殊使用場合，無法選到合適的傳感器，則需自行設(shè)計(jì)制造傳感 器。自制傳感器的性能應(yīng)滿足使用要求。
西克SICK傳感器的工作原理
SICK光電開關(guān)、SICK傳感器、SICK編碼器