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光遮断器-光电断续器原理

传感技术 | 发布时间:2019-03-07 | 人气: | #评论# | 本文关键字:光遮断器,光电断续器,TLP852,TLP801A
摘要:TLP852利用达林顿输出的光断续器的使用情形

光断续器是什么?
    光断续器又称为穿透型光电感应器,光遮断器,光电断续器,光电遮断器,也就是将发光组件与受光组件面对面排列并设置于同一封装内,利用检测物体通过时会遮光的原理便得以实现检测功能。ROHM将此种穿透型光电感应器称为断续器。
发光组件采用高输出功率及使用寿命长的GaAs红外线发光二极管,而受光组件则主要采用单只光电三极管或是光电IC。
光遮断器的等效电路

    图1 光断续器结构图

    此种断续器大致可以分为2种,一种是外壳(Housing)插入型,另一种则是双重模铸型(图1)。一般最常使用的是外壳插入型,此型产品的发光与受光组件系被装入成型后的外壳中。双重模铸型则是为了因应近年来装置小型化趋势而推出的机型。

穿透型(对射型)穿透型(对射型)穿透型(对射型)

(a) 穿透型(对射型)   b) 穿透型(对射型)(d)穿透型(对射型)

 

贴片穿透型(对射型

  (c)  反射型             (d) 贴片穿透型(对射型)

 图2 光断续器实物图片

光电传感器的工作原理

       基本配置                        检出位置特性

             图3 光电传感器的工作原理

受光面积(隙缝宽)大的情况

     图4 受光面积(隙缝宽)大的情况

   受光面积(隙缝宽)小的情况

      图5 受光面积(隙缝宽)小的情况

 反射型光断续器无焦点型的检出位置特性

        图6  反射型光断续器无焦点型的检出位置特性

光反射器
反射式光遮断器为光电开关的一种,属于非接触型的光电开关,目前的许多机器上也有使用这类光电开关,如光学扫描、光笔、光学编码器等设备上,也大量被使用。
光反射器的构造与特性
1.反射式光遮断器分为发光组件和受光组件两部分,发射与接收元件装在同一方向,发光组件反射出物体的光,被受组件接收,使极集电压下降,而查出接近之物体,图6,7。
3.必须考虑距离之特性、反射光之强弱。

有焦点型的检出位置特性

                    有焦点型的检出位置特性 图6  反射型光断续器

反射型光断续器连接比较器的电路

  图7 反射型光断续器连接比较器的电路

光断续器的电机等转数检出应用

          图8 光断续器的电机等转数检出应用

光断续器的电机等转数检出应用

  图9 光断续器的电机等转数检出应用

用于汽车照明开关的光敏三极管

图10 用于汽车照明开关的光敏三极管

光断续器集成化的电路方块图

        图11 光断续器集成化的电路方块图
 

光断续器集成化的电路方块图

        图12 光断续器集成化的电路方块图

TLP852利用达林顿输出的光断续器的使用情形

     TLP852利用达林顿输出的光断续器的使用情形。

     图13 时序脉波 (Timing pulse) 产生电路

TLP801A利用晶体管输出的光断续器的使用情形。

      TLP801A利用晶体管输出的光断续器的使用情形。

      图14 时序脉波 (Timing pulse) 产生电路

  (a) TLP852的波形 (101V/divms/div,)   (d) TLP801A的波形 (101V/divms/div,)
      LED的输入波形                        LED的输入波形
      光达林顿的集极波形                   光敏晶体管的集极波形
      2SA733的集极波形                      2SA562的集极波形

                  图15 时序脉波 (Timing pulse) 产生电路

方向判断电路

       图16 方向判断电路

图16是一组光遮断器的电路设计图,图中红色虚线表光遮断器,由一个发射器和两个光敏晶体管所构成,其中R1为限流电阻,避免电源电流太大而把发光二极管烧掉,而Q1、Q2为NPN晶体管用来做共射极放大器,放大输出信号,当光栅阻断A的光源时,则A输出端会产生一个由低电位到高电位的变化输出,若阻断B则B输出端产生输出,当光栅转动时会分别遮住A、B二光遮断器,产生二个相位不同的脉波,由脉波相位领先、落后的差异可以判断出光栅转动的方向。

设计注意:
    为了提升发光及受光效率,光断续器上的发光与受光组件的模铸树脂采用了无填充物(Filler)并具极高纯度的环氧树脂。与IC、晶体管等组件所使用的树脂不同,此种树脂在耐热性、机械强度、耐溶剂性等方面的表现较不理想。因此当您在操作、安装以及设计时,请特别注意电路设计时注意以下几点:

    红外线发光二极管的电流会依使用方法而异,因此必须根据不同的使用方法分别决定光电晶体管端的负载电阻。倘若您选择不适合的负载电阻时,将会产生装置无法动作的问题。838电子
重点在于放射强度上下限值之模拟。也就是暗电流(dark current)的最大值,以及临限电压(Threshold voltage)以及放射强度之减半值。
并列使用2个以上时,如果将红外线发光二极管端的阻抗设定为共享,则可能会因为VF差而造成二极管无法动作。

请参阅下列计算范例 
负载电阻之计算范例 
1、使用之电路 

2、使用电路中的顺向电流IF 

3、使用电路中集极电流IC之最小值 

    若考虑时间变化的因素时,使用在光断续器的红外线发光二极管,由于会有时间变化的特性,因此有其使用寿命上的限制。若在低于额定输入值的条件下通电,并将光输出降低至初始值的50%,亦即所谓的半衰期作为其使用寿命的话,一般为10万小时。因此,当您在设计产品时,必须采用较宽裕的设计方式。

假设客户所使用电路的临限电压(Threshold voltage)为 

4、负载电阻RL的最小值 

5、负载电阻RL的最小值 

6、此时,负载电阻RL的范围将会变化如下 
36KΩ < R   < 100KΩ

引脚成型时必须注意下列几点。
在引脚成型时,需避免采用以根部为支点的成型方法,并在引脚为固定的状态下进行。要将引脚折弯时,必须在距离引脚根部2mm以上的位置进行。成型必须在焊接前进行。成型时,需避免将同样的位置多次弯折。安装时必须注意下列几点:
安装至基板时,引脚的间距与基板孔的间距必须相同,请不要自行增加或减少引脚的间距。
利用支架等进行定位时,必须考虑基板、产品尺寸公差等条件,而且请不要对引脚施加压力。 
注) 请注意所使用材料的热膨胀系数。预热及焊接时由于热会造成支架膨胀或是收缩,因此可能会对引脚产生压力,因而造成断线的情形。 
助焊剂需使用天然松香类的材料。请注意若使用含强酸或强碱性的助焊剂将有可能会发生腐蚀的情形。
使用表面安装型产品时,必须针对开封后的时间管理、焊垫?所使用的锡膏屏蔽厚度以及尺寸等特殊条件进行确认。
外壳插入型需避免在焊接后,利用扭转以及拉扯外壳(施力100g以上)的方式来确认其强度。否则有可能会导致卡榫折断或是外壳密合异常等情形。
安装产品时需注意下列几点:
安装上述类型的产品时,如果使用过大了的锁合扭力等时,可能会使安装底座发生短路的情形。
高速动作与反应速度之相关规定
进行高速切换时,必须注意断续器的反应速度。若作为利用μsec指令的ON-OFF信号以进行位置控制等的组件使用时,必须根据规格书所刊载的反应速度数据预留宽裕的设计。在高速下使用时,必须将负责控制功能的光电晶体管端的阻值调低。同时,请将红外线端的阻值调低,以便提高通过的电流值。
另外,若使用狭缝板等进行遮光或投光时,遮光部分必须设定为高于断续器狭缝板宽度的3 to 10%左右。

责任编辑:光电断续器

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