光电传感器种类与工作原理大全：图解对射/漫反射/反射板式

光电传感器是实现非接触检测的核心元件，其家族庞大。要理解其种类，最核心的分类依据是光路的构成方式，即发射的光线如何到达接收器。不同类型的传感器，其工作原理和应用场景有显著差异。掌握这些，是正确选型的基石。

核心原理：通用工作流程

所有光电传感器都遵循一个基本的 “光电转换” 流程：

1. 发射：传感器内部的发光二极管（IRED） 发射一束经过调制（高频闪烁）的红外光或可见激光。

2. 变化：光束在传播过程中因被测物体而发生变化（被遮挡、被反射）。

3. 接收：内部的光敏元件（光电晶体管）接收光线。

4. 处理：电路通过解调技术，只识别自身发出的调制光，滤除环境光干扰，并将信号与预设阈值比较。

5. 输出：输出一个开关量（NPN/PNP）或模拟量信号。

下面，我们根据光路的不同，详解五种主要类型的工作原理。

类型一：对射式光电传感器

• 工作原理：由物理上分离的发射器和接收器组成，两者相对安装。发射器持续发射光束，接收器负责接收。在正常情况下，光束畅通无阻。当被测物体从两者之间穿过并阻挡光束时，接收器输出状态改变，从而检测到物体。

• 光路示意图：

  [发射器] —————— 光束 ——————> [接收器]
                   ↑
               物体阻挡

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• 核心特点：

  • 优点：检测距离最远、抗干扰能力最强、几乎不受物体颜色、材质或表面反光率影响。

  • 缺点：需要安装两个部件，调试时需精确对准光轴。

• 主要应用：流水线物体计数、大型设备安全光幕、门窗报警。

类型二：漫反射式光电传感器

• 工作原理：发射器和接收器集成于同一壳体内。传感器发出的光束照射到被测物体上，物体表面会将部分光线漫反射回接收器。当反射光强度超过预设阈值时，传感器触发输出。

• 光路示意图：

  [传感器] ———发射光———> [物体]
      ↑                  |
      |—————反射光—————|

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• 核心特点：

  • 优点：安装最便捷，只需在一侧布线和安装。

  • 缺点：检测距离和稳定性受物体颜色、材质、表面粗糙度和角度影响巨大。 检测黑色物体时距离会锐减。

• 主要应用：检测流水线上的包装箱、机器人抓取定位、物料平台有无判断。

类型三：反射板式光电传感器

• 工作原理：同样是一体式结构，但需要配合一块专用的棱镜反射板。传感器发射的光束被反射板精确地按原路反射回去。在无物体时，接收器能稳定收到光束。当物体阻挡光束时，接收器失光，触发输出。

• 光路示意图：

  [传感器] ———发射光———> [反射板]
      ↑                     |
      |—————回归反射—————|
              ↑
          物体阻挡

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• 核心特点：

  • 优点：兼具对射式的稳定性和漫反射式安装的便利性。检测距离比漫反射式远，且不受物体颜色影响。

  • 缺点：需要额外安装反射板。

• 主要应用：AGV小车防撞、仓储堆垛机定位、中等距离的定位检测。

类型四：槽型光电传感器

• 工作原理：可以看作是微型化的对射式传感器。其发射器和接收器被固定在一个U型槽的两侧，形成一个固定且精确校准的光轴。当物体（如一张纸、一个齿轮）从槽中穿过并阻挡光线时，触发信号。

• 光路示意图：

  [U型槽一侧: 发射器] ——> [光轴] ——> [U型槽另一侧: 接收器]

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• 核心特点：

  • 优点：光轴固定，无需调试，安装一致性极好，检测精度高。

  • 缺点：检测距离非常短，由槽体的物理尺寸决定。

• 主要应用：打印机纸张检测、编码器测速、检测微小零件或透明物体。

类型五：光纤式光电传感器

• 工作原理：传感器本体（放大器）与检测点分离，通过光纤电缆传输光线。放大器负责发射和接收光信号，光纤则作为“光的导线”，将光传输到检测点，再将反射光或遮挡信号传回。

• 核心特点：

  • 优点：探头体积可以做得非常细小，能耐高温、抗电磁干扰，并可深入极其狭窄或恶劣的环境。

  • 缺点：强度通常不如直接安装的传感器，光纤易折损。

• 主要应用：检测微型电子元件、在高温环境下的检测、强电磁干扰区域的检测。

2025年选型速查指南

面对具体需求，请遵循以下路径快速筛选：

1. 检测距离远、环境恶劣、可靠性要求最高？

   • 是 → 首选对射式。

2. 安装空间受限，希望布线简单，且物体反射率稳定？

   • 是 → 首选漫反射式。

   • 若物体颜色多变或为暗色 → 升级为反射板式。

3. 需要检测微小物体或实现高重复精度的定位？

   • 是 → 首选槽型。

4. 检测空间极其狭小，或环境高温、强干扰？

   • 是 → 首选光纤式。

关于光电传感器种类与原理的常见问题（FAQ）

问：漫反射式传感器为什么检测黑色物体效果差？
答：因为黑色物体会吸收绝大部分光能，导致反射回接收器的光信号极其微弱，无法达到触发阈值。这是其物理原理决定的固有特性。

问：反射板式和对射式，都靠挡光检测，哪个更好？
答：对射式性能更优，因其光路能量最强，抗干扰能力达到顶峰。反射板式是安装便利性和性能之间的一个优秀折中方案。

问：光电传感器的NPN和PNP输出如何选择？
答：这取决于您的控制器（如PLC）的输入电路类型。

• NPN型：输出有效时，信号线接通0V。适用于日系、国产PLC（公共端接24V+）。

• PNP型：输出有效时，信号线接通+24V。适用于欧系PLC（公共端接0V）。
  务必查阅控制器手册进行匹配。

结论

掌握光电传感器的种类及其工作原理，如同掌握了解决自动化检测问题的万能钥匙。对射式的可靠、漫反射的便捷、反射板式的平衡、槽型的精准与光纤式的灵活，共同构成了应对万千场景的完整工具箱。在您下一次的设计或维护工作中，请首先分析检测需求，再逆向选择最合适的传感器类型，这是确保项目成功的第一步。 如果您有特定的应用场景需要分析，欢迎提供更多细节进行探讨。