光电是如何检测透明物体的

光电传感器是一种小型电子设备，是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件。它主要是利用光的各种性质，检测物体的有无和表面状态的变化等的传感器。光电式传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因此在工业自动化装置和机器人中获得广泛应用。

一、光电传感器的分类

光电传感器按检测方式分为槽型光电传感器，漫反射型光电传感器、反射型光电传感器、对射型光电传感器：

1. 槽型光电传感器

它通常采用标准的U字型结构，其发射器和接收器分别位于U型槽的两边，并形成一光轴，当被检测物体经过U型槽且阻断光线时，光电开关就产生了开关量信号

2. 对射型光电传感器

它包含了结构上相互分离且光轴相对放置的发射器和接收器，发射器发出的光线直接进入接收器，当被检测物体经过发射器和接收器之间且阻断光线时，光电开关就产生了开关信号

3. 反射型光电开关

它也是集发射器和接收器于一体的传感器，光电开关发射器发出的光线经过反射镜反射回接收器，当被检测物体经过且完全阻断光线时，光电开关就产生了检测开关信号。

4. 漫反射型光电开关

它是一种集发射器和接收器于一体的传感器，当被测物体经过时，物体将光电开关发射的足够量的光线反射到接受器，于是光电开关就产生了开关信号，当被检测物体的表面光亮或其反光率极高时，漫反射式光电开关是首选的检测模式。

二、光电传感器检测透明物体的原理

了解了光电开关的基本分类，那它们是否可以检测透明物体呢？以及该怎么选择最佳的光电传感器进行透明物检测。

1. 对射型光电开关

检测原理 对射式光电传感器的工作原理是利用发射器发出光束，接收器接收光束并检测光信号的变化，从而实现物体的检测和识别。透明物体对光的折射和透射导致光束的改变，从而影响光束在接收器上的接收情况，当透明物体靠近光电开关时，光束可能会被透明物体折射或透射，从而不会直接射到接收器上，这使得对射型光电开关难以准确地检测透明物体。因此，单纯的对射开关难以准确的检测透明物体，需要采取一些额外的措施来增强对射型光电开关对透明物体的检测能力，如在光束路径上添加反射器、补光器或散射器，以改变光束的路径或增强光束的强度，从而增加透明物体对光的影响，提高检测的准确性。


特点

用于透明物检测需要采取额外措施，对环境和辅助设备安装方式要求较高，装置的消耗高，两个单元都必须敷设电缆。其更适合用于辨别不透明的反光物体，不易受干扰，可以使用在野外或者有灰尘的环境中。

2. 反射型光电开关

检测原理 反射式光电开关，由发射器，接收器和反光板组成。发射器发射可见光源（一般为LED光源）投射到反射板，反射板将光束重新定向返回接收器。在传感器和反射板之间通过的物体将挡住检测光束并被检测到。反射式光电开关检测透明物体的原理是基于透射特性。当光线从一种介质（如空气）进入另一种介质（如透明物体）时，光线会发生折射和反射。如果透明物体的折射率与周围介质的折射率不同，那么光线就会发生折射，从而改变光线的传播方向。在LED光源检测透明物体的应用中，光线从LED光源发出，经过透明物体后，由光电开关接收。如果透明物体存在，那么光线就会被折射，一部分光线会被接收器接收，从而产生一个信号。如果透明物体不存在，那么光线就不会被折射，接收器就不会接收到光线，也就不会产生信号。通过测量接收到的信号的强度和时间，就可以确定透明物体的存在与否。这种方法可以用于检测透明物体的存在，比如透明薄膜、透明玻璃等。


特点

反射板式光电传感器是解决透明物体检测应用的常用选择。每个传感器包含发射器和接收器。发射器将光束引导到将光束重定向回接收器的反光板。在传感器和反射板之间通过的物体将阻挡或衰减可感知的发射光的百分比。它们成本低，易于安装和供电，具有快速响应和高精度的特点。可靠地检测透明物所需的光灵敏度使得这些传感器容易受到反射光引起的错误检测。反光板一般为专用的反光镜，带偏振滤光功能。

3. 漫反射型光电开关

检测原理 这种类型的开关利用目标物体本身的光反射。物体的存在会导致接收到的光强度发生变化，使开关能够检测到物体的存在。开关的发射器发射光束，光线从透明物体的表面反射并被开关的接收器接收。可以采用锁相环式窄带滤波选频技术，一方面可滤除其他光源干扰，实现抗阳光等其他强光干扰功能，另一方面，提高了对自身返回光的敏感度，即使返回光很弱，可以极大程度的去检测到。物体的存在会导致接收到的光强度发生变化，使开关能够检测到物体的存在。


特点

对散射光的敏感性：漫反射型光电开关对散射光具有高度的敏感性，使其在检测透明物体方面具有极高的效果。它能够识别光强度的微小变化，实现精确的识别和区分。 宽广的检测角度：该传感器提供宽广的检测角度，可以全面覆盖并高效地检测其视野范围内的透明物体。这种广泛的视角确保了增强的可靠性并减少了盲区。 可调节的感应范围：漫反射型光电开关的感应范围是可调节的，可灵活适应不同大小和距离的透明物体。这种适应性增强了其多样化场景中的多功能性和适用性。

4. 槽型光电开关

检测原理 它通常采用标准的U字型结构，其发射器和接收器分别位于U型槽的两边，并形成一光轴，当被检测物体经过U型槽且阻断光线时，光电开关就产生了开关量信号。对于透明物体，当经过其形成的光轴时，由于透明物体对光的折射和透射导致接收器接收到光轴量的改变，导致接收器接收到的信号量变化，实现对透明物体的检测。


特点

响应速度快、小型、便携、受检测物体的制约少 、不受外界光干扰的影响.

5. 结论

透明物体检测由于传输光线时不显著吸收或散射而具有独特挑战。市面上有不同类型的光电传感器，包括反射型、对射型、漫反射型传感器、槽型光电传感器。反射型光电传感器由于其卓越的检测准确度、对各种透明物体的多功能性以及简化的安装流程使其成为首选的传感器技术，成为透明物体检测应用中的最佳选择。

5.1 检测准确度

反射型光电传感器在透明物体检测方面具有卓越的准确度。其与物体的近距离接触确保了精确可靠的检测，减少了误报和漏报。相比之下，对射型传感器可能会遇到对准问题和信号丢失，而漫反射型传感器可能难以准确区分透明和不透明物体。

5.2 多功能性

反射型光电传感器在检测各种类型的透明物体方面具有更大的多功能性。其可调节的检测范围和灵敏度设置可轻松适应不同的尺寸、形状和距离。对射型传感器在检测非不透明材料方面存在局限，而漫反射型传感器在面对高度透明表面时可能表现出降低的性能。

5.3 安装便捷性

反射型光电传感器具有简化的安装过程，只需要安装一个传感器单元。与对射型传感器需要分别安装发射器和接收器单元，或漫反射型传感器需要进行仔细的定位和对准相比，这种安装便捷性节省了时间和精力。对比与槽型光电传感器，有更大的检测范围。

三、影响光电开关检测准确率的因素

1. 对光的轻微变化敏感

透明物本身对光的反射和吸收非常少，因此光电传感器需要能够检测到透明物对光线的微小扰动，才能够准确地检测到透明物的存在和位置。这通常需要使用高灵敏度的光电传感器，以便能够检测到光线的微小变化。同时，光电传感器还需要具备高稳定性，以确保检测结果的准确性和可靠性。因此需要对光轻微变化敏感 克服反光的影响，许多透明的物体（反光的玻璃或塑料，刻面的容器，反光的薄膜等）具有反光特性。类似地，设备和背景物体也会反光。从这些物体反射回传感器的接收器的光可触发错误的检测。可使用偏振滤光片和同轴光学技术减小反光的影响。

2. 偏振滤光片

许多透明的物体（反光的玻璃或塑料，刻面的容器，反光的薄膜等）具有反光特性。类似地，设备和背景物体也会反光。从这些物体反射回传感器的接收器的光可触发错误的检测。可使用偏振滤光片和同轴光学技术减小反光的影响。例如带偏振的太阳眼镜，带偏振滤光片的光电传感器只允许部分光进入其接收器。这有助于传感器区分是反光的或透明的物体还是反射板。发射器把直线偏振光束投射到反射板上，反射板把光的偏振平面旋转90度。这种偏振变化使得来自反射器的光到达接收器。 当检测光束碰到反光的物体时，物体将在与反光的物体相同的平面上返回光线，有效地阻挡光进入接收器，从而提示光束被遮挡。

3. 同轴光学技术

没有采用同轴光学设计的反射板式传感器，其发射器和接收器相邻，反射器、反射板、接收器，光在三者之间的传播呈三角形。这种三角检测在传感器的表面产生检测“盲区”，发射光和反射光之间的距离很远。 使用同轴光学设计的传感器，沿着一个窄轴发射和接收检测光束。光通过具有狭小孔径的单个透镜发射和接收，传感器测量发射光束和反射光束之间的光的微小角度偏差。被测物可以在传感器和反射板之间的任意位置，没有盲区。传感器到反光板的距离可以比较近，适用于空间有限的安装。此设计极大限制了周围光进入传感器的接收器的机会。采用了偏振滤光片，因此传感器极大降低了由于反射光引起的误检。 同轴光学设计也有其他优点。与此设计相关的窄光束，小光斑尺寸和对传感器旋转的不敏感性，对于精确的边缘检测和许多高速计数应用中常见的物体之间的窄间隙检测非常适合。此外，由于检测光束能穿过小孔而不受影响，因此能够使用外壳来保护传感器免受诸如高压冲洗等环境挑战的影响。

四、结论

光电检测透明物体的重要性能在于它可以实现对透明物体的非接触性、高精度、高效率的检测。