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光电检测技术在机械设计中的应用与发展

摘要：本文通过对光电检测基本原理的描述，通过讨论了光电检测技术在印刷机，

包装机械，洗衣机，表面粗糙度的测定当中的应用，论述了在工艺上应该注意的

问题，同时展望了光电检测技术的发展趋势

关键词：光电检测机械

前言：检测技术在国民经济的各个行业中,起着举足轻重的作用,无论科学研究、

产品质量及自动控制都需要检测,利用现代光电子技术作为检测手段,具有无接

触、无损、远距离、抗干扰能力强、受环境影响小、检测速度快、测量精度高等

优越性,是当今检测技术发展的主要方向。光电检测技术是以激光、红外、光纤

等现代光电子器件作为基础，通过对被检测物体的光辐射，经光电检测器接受光

辐射并转换为电信号，由输入电路、放大滤波等检测电路提取有用信息，再经模

/数转换接口输入计算机运算处理，最后显示输出所需要的检测物理量等参数。

光电检测在机械设计中的应用也越来越多。

1.光电检测的基本原理

光电检测系统主要由投光器(光源)、受光器、信号处理装置等组成。根据受光器

所感知的信号判断被测对象的有无、形状、方位和颜色时,按投光器和受光器的

相对位置不同可分为反射型和透过型两种型式,见图1。作为光电检测媒介的光

可以是自然光如白炽灯、萤光灯或卤素灯发出的光。随着光电技术的发展,现常

用的是一种特殊的经过调制的光,它是反光二极管在电压作用下发出的光。因为

半导体没有热惯性,可以在通电的瞬间发光,并且可发出与电流波形相同的光,这

大大提高了其抗干扰能力。投光器发出的光采用不同形式接触被测物后照射在受

光器上,而受光器是在光照射下产生电流(或电导率发生变化),即所谓的具有光

电效应的光敏元件,常用的有光电二极管和光电三极管。光电二极管的PN结在没

有光照时和普通二极管一样具有单向导电性,使用时处于反向偏置;光线照射管

芯,会产生光生载流子,在反向电压作用下,生载流子导电产生光电流,即随入射

光强度的变化在负载电阻的两端就会产生随光强度变化的光电压,经检波、放大

处理去推动控制系统。

图（2）

2.光电检测在机械设计中的应用

光电检测技术在机械设计上多用于位置检测，其特点是可以实现无接触检测，因

而可以将机械动态检测变成光电静态检测，从而可显著简化机械结构.除此之外

在很多场合还可省去调整操作，如印刷机上的纸张到位检测采用光电检测技术

后，纸张厚度可在相当大的范围内变化，而无需调整检测部件;相反在采用机

械检测方法时，纸张稍有变化(如0.02mm)就要调整检测装置，否则机器就可能

不正常工作，由于印刷机上所用纸张是经常变化的，因而采用光电检测技术后，

就不必再为纸张厚度变化而发愁了，同样在纺织机械、轧钢机械等其它设备上也

可用光电检测技术代替机械检测。

1)印刷机上的应用

透射式光电管在印刷机上主要用于位置检测和双.张检测，其位置检测实际结构

示意图如图2(A)所示.图中光电管1是通用的槽形光祸，控制圆盘2用来控制光

电管1发光管和接收管之间的通与断，控制圆盘2固定在回转轴3上，因而可以

用来检测回转轴3的相对位置，从而根据工艺要求发出相应的控制信号，厚度检

测如图2(B)所示，由发光管1发出的信号经过纸张2到达接收管3，纸张厚度或

透明度发生变化后，接收管3输出的信号强度也随之变化，因而在用一张纸调试

好后(即接收管输出的信号在正常规定的范围内)，当有两张纸或多张纸通过发光

管和接收管之间时，接收管的输出信号强度减弱，从而发出双张或多张控制信号.

图（3）

射式光电管主要用于位置检测，其在印刷机的应用过程如图3所示，光电管1

上面装有发光管和接收管两部分，当纸张到达光电管下面时，纸张上面的反射信

号回到光电管1的接收管内，从而在接收管的外围线路里产生一个纸到的输出信

号.反之如果纸张没有到达光电管下面，则光电管无输出信号.

图（4）

2）包装机械中的应用

光电检测技术在包装机械中多用于计数、容器定位、料面控制和色质检测等方面。

其特点是可以实现无接触检测,可将机械动态检测变成光电静态检测,从而显著

简化机械结构。如图2所示为牙膏灌装机上的商标对准装置原理图。牙膏管尾端

夹扁必须与商标图案在同一平面,采用反射型光电控制装置。当灌装好的牙膏传

送到该工位时,凸轮通过