紅外光電開關(guān)的電路結(jié)構(gòu)及工作原理

光電開關(guān)在工業(yè)自動(dòng)控制設(shè)備中應(yīng)用廣泛， 與機(jī)械行程開關(guān)相比， 光電開關(guān)無機(jī)械碰撞， 響應(yīng)快， 控制精度高。許多包裝機(jī)、印刷機(jī)、紡織機(jī)等都用其進(jìn)行限位、換向及其它控制。本文介紹的紅外光電開關(guān)， 由紅外二極管（GaAs發(fā)光二極管、光敏二極管）集成運(yùn)算放大器及繼電器等構(gòu)成。其特點(diǎn)是電路簡單、抗干擾能力強(qiáng)、工作穩(wěn)定可靠。

1.電路結(jié)構(gòu)及工作原理

紅外光電開關(guān)電路原理圖如圖1。紅外發(fā)光二極管V1或V2（SE303）與電阻R1組成紅外發(fā)射電路直接驅(qū)動(dòng)， 產(chǎn)生紅外光信號。紅外光敏二極管或與電阻或紅外線接收頭構(gòu)成紅外接收電路直接接收， 其作用是將紅外信號轉(zhuǎn)換成電信號。由于紅外光敏二極管的峰值波長在的紅外區(qū)域， 安裝時(shí)再選帶有可見光截止濾波片的硅光敏二極管，環(huán)境光對它的影響就很小， 使用時(shí)一般不再對環(huán)境光進(jìn)行要求。

集成運(yùn)算放大器IC1-1（LM324）。與外圍元件組成直流電壓比較器，紅外接收電路的輸出直接加到IC1-1的同相端， 電位器RP中心頭輸出的基準(zhǔn)直流電壓加于反相端， 通過3腳與2腳的電壓比較使IC1-1的輸出為低電平（0.00V）或高電平（7.62V）。發(fā)光二極管VH為指示燈， 用來指示紅外光電開關(guān)的工作狀態(tài)。IC1-2（LM324）連接成跟隨器電路， 用來推動(dòng)晶體三極管VT（9013）工作， 這樣可減輕IC1-1的負(fù)擔(dān)。晶體三極管與繼電器KS（4098）構(gòu)成開關(guān)電路， 可用來控制用電設(shè)備。

當(dāng)紅外光敏二極管受紅外發(fā)光二極管照射時(shí)， IC1-13腳為低電平， 3腳電壓低于2腳電壓， 1腳輸出為低電平， 指示燈VH不亮， 繼電器KS不動(dòng)作。當(dāng)V3或V4任一只紅外光敏二極管被遮蔽時(shí)， IC1-13腳為高電平，3 腳電壓高于2腳，1腳輸出為高電平， 指示燈VH亮，繼電器動(dòng)作， 被控設(shè)備工作。圖中用2對紅外二極管構(gòu)成2只光電頭，可用來控制機(jī)械裝置左右往返運(yùn)動(dòng)， 進(jìn)行限位及換向， 起行程控制作用。從IC1的1腳或7腳可以輸出邏輯電平信號， 配合計(jì)數(shù)器可對生產(chǎn)過程中的產(chǎn)品進(jìn)行計(jì)數(shù)，并可根據(jù)生產(chǎn)的需要， 隨時(shí)增減光電頭的數(shù)量， 與生產(chǎn)機(jī)械配套，將多臺機(jī)器輸出的產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)字累計(jì)。

2.元器件選擇

V1可選用SE303紅外發(fā)光二極管。V2選用PH302帶有濾波片的紅外光敏二極管，也可用其他型號代替。IC1-1、IC1-2選用LM324或HA17324，它采用14腳雙列直插塑料封裝，其內(nèi)部包含4組形式完全相同的運(yùn)算放大器，除電源共用外，4組運(yùn)算相互獨(dú)立。RP可選用WS-2鎖緊型有機(jī)實(shí)芯電位器。VT可選用NPN型晶體三極管9013、9014，也可用開關(guān)管3DK2或3DK4。VH最好選用高高度紅色發(fā)光二極管，KS可選用4098繼電器，其余元件無特殊要求，可按圖標(biāo)參數(shù)選取。

3.安裝與調(diào)試

光電頭主要由紅外二極管和U形支架組成。紅外二極管應(yīng)外加罩殼并固定在U形支架上。光電頭安裝完畢， 接入電路后， 可用數(shù)字萬用表測量紅外發(fā)射管2端的電壓， 正常值應(yīng)為1.35V左右， 如偏離太遠(yuǎn)， 可能是將發(fā)射管誤裝成了接收管， 注意調(diào)整。只要光電頭安裝正確， 軸線上的小孔對準(zhǔn)了，測量接收管2端的電壓應(yīng)為0.26V左右， 如偏得太遠(yuǎn)， 應(yīng)注意微調(diào)紅外二極管在光電頭上的位置， 調(diào)試完畢， 可用薄形物體從光電頭中通過， 此時(shí)紅外光電開關(guān)應(yīng)動(dòng)作。

4.結(jié)束語

該開關(guān)已與數(shù)字毫秒計(jì)配套，用于自由落體儀、氣墊導(dǎo)軌上使用達(dá)2年之久， 并且效果良好。