光电开关

基本组成与开关量转换

光电开关由发射部分（光源，常用发光二极管或激光二极管）、接收部分（光电二极管、光电三极管、光敏电阻等光电元件）和信号处理电路（放大、阈值比较、输出级）组成。发射端发出调制或恒定的光束，接收端把接收到的光功率转换为电信号（电流或电压）。处理电路将该电信号与一个阈值比较：当受光量高于阈值时输出一种状态，低于阈值时输出另一种状态，从而把连续的受光状态转换为二值开关量。

设接收端光电元件输出的电信号为 $S$，阈值为 $S_{th}$，则输出逻辑可表示为：受光时 $S>S_{th}$ 输出一种电平，遮光时 输出另一种电平（具体极性由电路设计决定，有常开/常闭之分）。阈值的作用是抑制背景光、暗电流和噪声引起的误动作，只有受光量变化越过阈值，输出才翻转。

对射式结构

发射端与接收端相对安装，光束从发射端直线射向接收端。无遮挡时接收端持续受光，输出保持一种状态；被测物体进入光路遮挡光束时，接收端受光量骤降，越过阈值，输出翻转。其特点是检测距离远、定位精度高，但需要分别安装发射与接收两端并对其光轴。

回归反射式结构

发射端与接收端位于同一侧，对面安装反射器（如角反射板）。光束由发射端射向反射器，再折返回到接收端。无遮挡时接收端收到反射光；物体遮挡光路时受光量下降，输出翻转。它只需在一侧布线，安装比对射式方便，但反射器需保持清洁、对准。

漫反射式结构

发射端与接收端同侧，不设专用反射器，依靠被测物体表面把光束漫反射回接收端。物体进入检测区并把足够的光散射回接收端时，受光量升高越过阈值，输出翻转。其检测距离受物体表面反射率、颜色和粗糙度影响较大，适用于物体靠近传感器即可被检测的场合。

槽式（对射式槽型）结构

把发射端与接收端固定在同一机械壳体的槽两侧，形成 U 形槽。物体通过槽口时遮挡光路，接收端受光量下降，输出翻转。由于发射与接收已固定对准，无需现场调光轴，常用于检测物体通过、计数、限位和位置标记。

光幕结构

光幕由多组发射与接收元件按一定间距排列成阵列，形成多道平行光束。当物体（如手、身体或工件）进入光幕区域遮挡其中一道或多道光束时，对应接收元件受光量下降，处理电路据此输出开关量，可用于安全防护、区域检测和尺寸判别。其检测范围由光束数量与间距决定。

阈值动作与适用范围

光电开关的可靠动作取决于受光量变化是否足以越过阈值，并留有足够裕量。影响受光量的因素包括：光源强度、检测距离、光轴对准程度、被测物体的遮挡面积与表面反射特性、环境光干扰以及镜头或反射器的污染。对射式与回归反射式依靠遮挡使受光量下降，漫反射式依靠物体反射使受光量上升，两者阈值比较的方向相反。使用时应根据检测距离、物体特性和安装条件选择结构形式，并注意环境光、粉尘和振动对阈值裕量的影响。