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元件的傳感器。它可用于檢測引 起光量變化的非電量，如光強、光照度、輻射測溫、氣體成分分析等；也可 用來檢測能轉成光量變化的其他非電量，如零件直徑、表面粗糙度、應變 、位移、振動、速度、加速度，以及物體的形狀、工作狀態的識別等。光電 式傳感器具有非接觸、響應快、性能可靠等特點，因此在工業自動化裝置和 機器人中獲得廣泛應用。新的光電器件不斷涌現，特別是CCD圖像傳感器的誕 生，為SICK傳感器傳感器的進一步應用開創了新的一頁。
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成光信的變化，然后借助光電元件進一步將光信轉成電信。光電傳感器一般由光源、光學通路和光電元件三部分組成。由光通量對光電元件的作用原理不同所制成的光學測控系統是多種多樣的,按光電元件(光學測控系統)輸出量性質可分二類,即模擬式光電傳感器和脈沖(開關)式光電傳感器.模擬式光電傳感器是將被測量轉 光電傳感器成連續變化的光電流,它與被測量間呈單值關系.模擬式光電傳感器按被測量(檢測目標物體)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;所謂遮光式是指當光源發出的光通量經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. 光敏二管是zui常見的光傳感器。光敏二管的外型與一般二管一樣，只是它的管殼上開有一個嵌著玻璃的窗口，以便于光線射入，為增加受光面積，PN結的面積做得較大，光敏二管工作在反向偏置的工作狀態下，并與負載電阻相串聯，當無光照時，它與普通二管一樣，反向電流很小（<&micro;A），稱為光敏二管的暗電流；當有光照時，載流子被激發，產生電子-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度成正比，于是在負載電阻上就能得到隨光照強度變化而變化的電信。 光敏三管除了具有光敏二管能將光信轉成電信的功能外，還有對電信放大的功能。光敏三級管的外型與一般三管相差不大，一般光敏三管只引出兩個——發射和集電，基不引出，管殼同樣開窗口，以便光線射入。為增大光照，基區面積做得很大，發射區較小，入射光主要被基區吸收。工作時集電結反偏，發射結正偏。在無光照時管子流過的電流為暗電流Iceo=（1+β）Icbo（很?。?，比一般三管的穿透電流還??；當有光照時，激發大量的電子-空穴對，使得基產生的電流Ib增大，此刻流過管子的電流稱為光電流，集電電流Ic=（1+β）Ib，可見光電三管要比光電二管具有更高的靈敏度。
SICK傳感器的選型注意事項
要進行—個具體的測量工作，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。因為，即使是測量同一物理量，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 被測量的特點和傳感器的使用條件考慮以下一些具體問題：量程的大??；被 測位置對傳感器體積的要求；測量方式為接觸式還是非接觸式；信的引出 方法，有線或是非接觸測量；傳感器的來源，國產還是，價格能否承受 ，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。
靈敏度的選擇
通常，在SICK傳感器的線性范圍內，希望傳感器的靈敏度越高越好。因 為只有靈敏度高時，與被測量變化對應的輸出信的值才比較大，有利于信 理。但要注意的是，傳感器的靈敏度高，與被測量無關的外界噪聲也容 易混入，也會被放大系統放大，影響測量精度。因此，要求傳感器本身應具 有較高的信噪比，盡量減少從外界引入的干擾信。
SICK傳感器的靈敏度是有方向性的。當被測量是單向量，而且對其方向 性要求較高，則應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。
頻率響應特性
SICK傳感器的頻率響應特性決定了被測量的頻率范圍，必須在允許頻率 范圍內保持不失真。實際上傳感器的響應總有—定延遲，希望延遲時間越短 越好。
傳SICK感器的頻率響應越高，可測的信頻率范圍就越寬。
在動態測量中，應根據信的特點(穩態、瞬態、隨機等)響應特性，以 免產生過大的。
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，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，當傳感器的種類確定以后首先要 看其量程是否滿足要求。
但實際上，任何傳感器都不能保證的線性，其線性度也是相對的。 當所要求測量精度比較低時，在一定的范圍內，可將非線性較小的傳感 器近似看作線性的，這會給測量帶來大的方便。
穩定性
SICK傳感器使用一段時間后，其性能保持不變的能力稱為穩定性。影響 傳感器長期穩定性的因素除傳感器本身結構外，主要是傳感器的使用環境。 因此，要使傳感器具有良好的穩定性，傳感器必須要有較強的環境適應能力 。
在選擇SICK傳感器之前，應對其使用環境進行調查，并根據具體的使用 環境選擇合適的傳感器，或采取適當的措施，減小環境的影響。
SICK傳感器的穩定性有定量指標，在超過使用期后，在使用前應重新進 行標定，以確定傳感器的性能是否發生變化。
在某些要求傳感器能長期使用而又不能輕易更或標定的場合，所選用 的傳感器穩定性要求更嚴格，要能夠經受住長時間的考驗。
精度
精度是傳感器的一個重要的性能指標，它是關系到整個測量系統測量精 度的一個重要環節。傳感器的精度越高，其價格越昂貴，因此，傳感器的精 度只要滿足整個測量系統的精度要求就可以，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 壓機配件。
如果測量目的是定性分析的，選用重復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 用精度等級能滿足要求的傳感器。
對某些特殊使用場合，無法選到合適的傳感器，則需自行設計制造傳感 器。自制傳感器的性能應滿足使用要求。
西克SICK傳感器的工作原理
SICK光電開關、SICK傳感器、SICK編碼器