对射式光电开关

基本结构与工作方式

对射式光电开关（又称遮断式、透射式光电开关）由相互分离的两部分组成：一侧是发射器，另一侧是接收器，两者相对设置，中间形成一条直线光路。发射器发出调制光束，接收器对准光轴接收该光束。当被检物体进入光路并遮断光束时，接收端收到的光量下降，后级电路据此输出开关状态的变化；物体离开、光路恢复后，输出回到另一状态。因此它检测的是“光路通/断”这一二值事件，而不是物体的反射率或颜色。

光路与对准条件

发射器与接收器必须共轴，即发射光束的中心线要落在接收器的有效接收面上。对准偏差会使接收端光通量下降，轻则降低信噪比、缩短可用距离，重则使接收器始终处于“遮断”状态而失效。安装时通常需要可调支架，先粗调使接收端有信号，再微调使接收信号最大，最后锁紧。

设发射功率为 $P_t$（单位 W），发射端到接收端的距离为 $L$（单位 m），接收面有效面积为 $A_r$（单位 m²），则接收端光功率近似为

其中 $\eta$ 为光路传输效率（含透镜、窗口、空气衰减等，无量纲）。该式说明：在给定均匀角分布、接收孔径与对准条件下，接收功率按距离平方反比估算而衰减；因此远距离应用需要更大的发射功率、更好的光学聚焦或更高的接收灵敏度。该式不是通用衰减模型，准直激光等实际束散角、透镜和接收孔径决定的关系不能直接套用。

遮光检测与输出

接收器把光功率转换为电信号（如光电流或电压），再与阈值比较。当物体遮断光路时，$P_r$ 降到阈值以下，比较器翻转，输出开关信号。输出形式常见为继电器触点、NPN/PNP 晶体管输出或逻辑电平，具体由产品电路决定。检测的“有/无”对应输出“通/断”，因此它本质上是一个二值位置或通过检测器。

主要特点与适用范围

• 检测距离可以做得较远，因为光路是直线传播且发射与接收分置，不受反射式那样依赖物体反射率。
• 对物体颜色、表面状态不敏感，只要物体能遮断光束即可检测。
• 需要两侧安装空间和供电/走线，对准要求较高。
• 适用于需要可靠“通过/遮挡”判断的场合，如门窗防盗、自动扶梯启停、汽车通过检测、喷涂工位车辆位置检测、传送带上物体的高度鉴别、料位控制和缺件剔除等。
• 远距离配置可用于围墙监护、库房通道警戒和建筑物外围形成封闭光束警戒线。

远距离与周界报警配置

远距离对射式光电开关通常采用聚焦透镜或激光光源来减小光束发散，使接收端在较远距离仍能获得足够光功率。周界报警时，多组对射装置沿围墙或通道布置，形成连续的光束屏障；任一条光束被遮断即触发报警。配置时需注意：相邻光束之间不留可穿越的空隙；发射与接收严格对准；避免强阳光、雨雾等环境光或介质衰减造成误报或漏报。

符号与单位

• $P_t$：发射光功率，单位 W（瓦）。
• $P_r$：接收光功率，单位 W。
• $L$：发射端到接收端的距离，单位 m（米）。
• $A_r$：接收面有效面积，单位 m²。
• $\eta$：光路传输效率，无量纲。
• 输出为开关量，无单位，只有“通/断”或“高/低”两种状态。

所列 $P_r\approx P_t{A}_r\eta \mathrm{/}(\pi L^2)$ 只是给定均匀角分布下的几何估算；实际发射束散角、透镜和接收孔径决定距离关系，准直激光不能直接按该式当作通用衰减模型。