CN207081834U - 一种对射式光电传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种对射式光电传感器，包括发射器和接收器，发射器结构上包括第一壳体、发射管、发射凸透镜、发射电路，发射凸透镜、发射管、发射电路均设置于第一壳体内，发射管的发射光源位于发射凸透镜的焦点上，发射电路的信号输出端连接发射管；接收器结构上包括第二壳体、接收管、接收凸透镜、接收电路，接收凸透镜、接收管、接收电路均设置于第二壳体内，接收管位于接收凸透镜的焦点上，接收电路的信号输入端连接接收管；发射管的指向角小于等于30°。在发射管功率较低的情况下，发射管发出的光束能在传输更远的距离后到达接收凸透镜上单位面积内的光束能量仍然可以触发接收管工作，同时近距离相邻的两个光电传感器不会会相互干扰。
Description
技术领域
本实用新型涉及光电传感器技术领域，尤其涉及一种低功率发射器的对射式光电传感器。
背景技术
对射式光电传感器是采用发射器和接收器分离的设计来实现目标物体的检测，通常的这种光电传感器的发射器结构包括球面凸透镜、发射管、发射电路等，发射管位于球面凸透镜的后焦点位置；接收器结构包括球面凸透镜、接收管、接收电路等，接收管位于球面凸透镜的后焦点位置；由于采用球面凸透镜，发射管的指向角(也称为发散角)直接影响透过球面凸透镜后光斑大小，指向角越大，透过球面凸透镜后的光束分散，光斑越大，聚光效果差，导致投射到接收器的球面凸透镜上的光束随着接收器与发射器之间的距离增大而减少，光束经接收器的球面凸透镜聚光后，汇聚在接收器的球面凸透镜焦点上的光束更少，从而难以满足经过球面凸透镜聚光后到达触发接收器的光束能量。为了达到远距离的感测距离，通常采用增大发射管的发射功率，使单位面积内的光束增加，从而达到最终传输至接收管的光束满足触发接收器工作的光束能量，加大发射功率会直接影响发射电路的其它电气性能，同时也不环保，能耗高。
另外，由于发射管的指向角大，发射管的光束经发射凸透镜边缘折射后，与凸透镜的主光轴呈一定夹角向外传输，在两个或多个对射式光电传感器并排近距离的安装时，接收器与发射器之间的距离较大时，发射凸透镜边缘折射后的光束会相互干扰，导致无法使两个或多个对射式光电传感器并排近距离使用，应用范围窄。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种对射式光电传感器，以解决现有技术中的技术问题。
为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：
本实用新型的一种对射式光电传感器，包括发射器和接收器，所述发射器结构上包括第一壳体、发射管、发射凸透镜、发射电路，所述发射凸透镜通过镜架固定在所述第一壳体的一端，所述发射管、发射电路均设置于所述第一壳体内，且所述发射管的发射光源位于所述发射凸透镜的焦点上，所述发射电路的信号输出端连接所述发射管；所述接收器结构上包括第二壳体、接收管、接收凸透镜、接收电路，所述接收凸透镜通过镜架固定在所述第二壳体的一端，所述接收管、接收电路均设置于所述第二壳体内，且所述接收管位于所述接收凸透镜的焦点上，所述接收电路的信号输入端连接所述接收管；所述发射管的指向角小于等于30°，所述发射凸透镜、接收凸透镜均为单面非球面凸透镜。
进一步改进在于，所述发射凸透镜的非球面表面朝向所述发射管，所述接收凸透镜非球面表面朝向所述接收管。
进一步改进在于，所述发射电路、接收电路均为集成IC电路，所述发射管发出的光束经过所述发射凸透镜折射后，传输至所述接收凸透镜，再经所述接收凸透镜聚光后，投射到所述接收管上，所述接收管将光信号转为电信号，并将电信号传递至所述接收电路。
进一步改进在于，所述单面非球面凸透镜的非球面表面轨迹满足以下方程：
其中，X表示水平坐标，Y表示径向坐标，R 表示非球面的基半径值，k表示二次曲面常数，A表示4阶非球面系数，B表示6阶非球面系数。
进一步改进在于，所述R＝9.9700897，K＝-2.063084，A＝9.72889*10-6， B＝2.82744*10-8。
本实用新型由于采用了以上技术方案，使其具有以下有益效果是：
1、本实用新型中采用发射管的指向角小于等于30°，发射管的光束从发射凸透镜出来的光束与透镜的主光轴之间的偏离角度非常小，从而在发射管功率较低的情况下，发射管发出的光束能在传输更远的距离后到达接收凸透镜上单位面积内的光束能量仍然可以触发接收管工作，同时也解决两个或两个以上的光电传感器并排近距离安装时，相邻两个光电传感器会相互干扰的问题，极大的扩展了低功率发射管的对射光电传感器的使用范围，很大程度节约了用户使用成本。
2、本实用新型中将发射凸透镜和接收凸透镜设置为单面非球面透镜，通过设定非球面透镜的非球面轨迹，使发射管发出的光束经单面非球面的发射凸透镜折射出后的光束基本与透镜的主光轴平行，从而更进一步的增大了发射器与接收器之间的感测距离，可以实现35米的有效感测距离。
3、本实用新型中发射电路及接受电路采用集成IC电路，EMC抗干扰能力、抗光干扰能力大幅提升，能有效的通过CE测试。
附图说明
图1为本实用新型一种对射式光电传感器剖面的结构示意图；
图2为本实用新型中发射器的结构示意图；
图3为本实用新型对射式光电传感器的工作原理简图；
图中，1-第一壳体，1a-第二壳体，2-发射凸透镜，2a-接收凸透镜，21-镜架， 22-O型圈，3-发射管，3a-接收管，4-发射电路，4a-接收电路，5-后塞，6-线缆。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1、图2所示，本实用新型提供了一种对射式光电传感器，该对射式光电传感器包括发射器和接收器，发射器的发射方向与接收器的接收方向相对；参见图2，发射器在结构上包括第一壳体1、发射凸透镜2、发射管3、发射电路4，发射凸透镜2通过镜架21固定在第一壳体1的一端，发射凸透镜2所在的一端即为发射器的发射端，发射管3、发射电路4均设置于第一壳体1内，且发射管3的发射光源位于发射凸透镜2的焦点上，发射电路4的信号输出端与发射管3电连接，发射电路4通过线缆6与发射电路驱动装置连接。
参见图1，接收器在结构上包括第二壳1a、接收凸透镜2a、接收管3a、接收电路4a，接收凸透镜2a通过镜架固定在第二壳体1a的一端，接收凸透镜2a 所在的一端即为接收器的接收端，接收管3a、接收电路4a均设置于第二壳体1a 内，且接收管3a位于接收凸透镜2a的焦点上，接收电路4a的信号输入端与接收管3a电连接，接收电路4a通过线缆6与接收电路驱动装置连接。
参见图3所示，发射管3的指向角β小于等于30°，发射凸透镜2、接收凸透镜2a均为单面非球面凸透镜，且发射凸透镜2的非球面表面朝向发射管3，接收凸透镜2a的非球面表面朝向接收管3a，发射电路4、接收电路4a均为集成 IC电路。发射管3的光束从发射凸透镜2出来的光束与透镜的主光轴基本平行，从而在发射管功率较低的情况下，发射管发出的光束能在传输更远的距离后到达接收凸透镜上单位面积内的光束能量仍然可以触发接收管工作，同时也解决两个或两个以上的光电传感器并排近距离安装时，相邻两个光电传感器会相互干扰的问题，极大的扩展了低功率发射管的对射光电传感器的使用范围，很大程度节约了用户使用成本
其中，发射凸透镜2、接收凸透镜2a的非球面表面轨迹满足以下方程：
其中，X表示水平坐标，Y表示径向坐标， R表示非球面的基半径值，k表示二次曲面常数，A表示4阶非球面系数，B 表示6阶非球面系数；本实施例中，优选地，R＝9.9700897，K＝-2.063084， A＝9.72889*10-6，B＝2.82744*10-8。
由于空气介质的影响，光束在传播过程中是有衰减现象的，此时，只有聚光效果较强，才能将光投射较远。通常，接收管所接收的光束辐射能量只要不小于Ee＝5Mw/cm2(50Lux)，接收管就能被触发，因此，在保持接收管接收灵敏度不变的情况下，发射管的辐射能量，透镜的焦距和透镜的通光口径是决定光能投射距离的重要因素。本实施例中，发射管发出的光束波长为870nm，发射管的功率为150mW；透镜的焦距为8mm，透镜的通光口径为12.5mm，此时，在非球面透镜的聚光作用下，发射管发出的光束在非球面透镜的聚光作用下传播35m后依然能够满足触发接收管被触发的最低光束辐射能量值，大大提高了发射管功率低时的感测距离。
本实用新型的工作原理是：
在发射器中，发射电路驱动装置给发射电路供电，发射电路驱动发射管发出光束(光信号)，光束经过单面非球面的发射凸透镜进行折射聚光，使发射管发出的具有一定指向角的光束经发射凸透镜聚光后，光束基本与发射凸透镜的主光轴平行，接收器接收基本平行的入射光束，首先通过接收凸透镜进行聚光，光束聚集在处于接收凸透镜焦点位置的接收管上，当聚集的光束能量足以触发接收管感应时，接收管输出接收电信号给接收电路，接收电路将接收电信号转化为电压信号，并将电压信号反馈给发射电路驱动装置，与预先设置在发射电路驱动装置进行阈值比较，形成闭环电路，以达到最终输出开关信号，控制输出电路输出的目的。
应当理解，方位词均是结合操作者和使用者的日常操作习惯以及说明书附图而设立的，它们的出现不应当影响本实用新型的保护范围。
以上结合附图实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本实用新型做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本实用新型的限定，本实用新型将以所附权利要求书界定的范围作为本实用新型的保护范围。
Claims (5)
1.一种对射式光电传感器，其特征在于，包括发射器和接收器，所述发射器结构上包括第一壳体、发射管、发射凸透镜、发射电路，所述发射凸透镜通过镜架固定在所述第一壳体的一端，所述发射管、发射电路均设置于所述第一壳体内，且所述发射管的发射光源位于所述发射凸透镜的焦点上，所述发射电路的信号输出端连接所述发射管；所述接收器结构上包括第二壳体、接收管、接收凸透镜、接收电路，所述接收凸透镜通过镜架固定在所述第二壳体的一端，所述接收管、接收电路均设置于所述第二壳体内，且所述接收管位于所述接收凸透镜的焦点上，所述接收电路的信号输入端连接所述接收管；所述发射管的指向角小于等于30°，所述发射凸透镜、接收凸透镜的均为单面非球面凸透镜。
2.根据权利要求1所述的对射式光电传感器，其特征在于，所述发射凸透镜的非球面表面朝向所述发射管，所述接收凸透镜的非球面表面朝向所述接收管。
3.根据权利要求2所述的对射式光电传感器，其特征在于，所述发射电路、接收电路均为集成IC电路，所述发射管发出的光束经过所述发射凸透镜折射后，传输至所述接收凸透镜，再经所述接收凸透镜聚光后，投射到所述接收管上，所述接收管将光信号转为电信号，并将电信号传递至所述接收电路。
4.根据权利要求1或2或3所述的对射式光电传感器，其特征在于，所述单面非球面凸透镜的非球面表面轨迹满足以下方程：
其中，X表示水平坐标，Y表示径向坐标，R表示非球面的基半径值，k表示二次曲面常数，A表示4阶非球面系数，B表示6阶非球面系数。
5.根据权利要求4所述的对射式光电传感器，其特征在于，所述R＝9.9700897，K＝-2.063084，A＝9.72889*10-6，B＝2.82744*10-8。
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