光电传感器原理及应用实验报告：对射与漫反射实测

光电传感器原理及应用实验报告

1. 实验摘要

本实验旨在通过实操验证对射式与漫反射式两种主流光电传感器的工作特性。实验结果表明，对射式传感器具备更远的检测距离和卓越的稳定性，几乎不受物体表面特性影响；而漫反射式传感器则安装便捷，但其检测性能显著受物体颜色与距离制约。本研究为工业自动化中光电传感器的选型与应用提供了直接的数据支撑与实践依据。

2. 实验目的

• 深入理解对射式与漫反射式光电传感器的核心工作原理及光路差异。

• 掌握光电传感器的基本接线方法与调试技巧。

• 定量分析检测距离与物体表面颜色对漫反射式传感器性能的影响。

• 比较两种传感器在不同应用场景下的优劣，并建立科学的选型逻辑。

3. 实验原理

3.1 核心原理
光电传感器基于光电效应，通过发射调制光并探测光路的变化，将被测物体的存在与否转换为标准的电信号输出。其核心流程为：发射 → 传播/反射 → 接收 → 信号处理 → 输出。

3.2 对射式光电传感器原理
由分离的发射器（TX） 与接收器（RX） 构成。发射器持续发出光束，接收器负责接收。当被测物体阻挡光束时，接收器信号状态翻转，从而检测到物体。其优势在于检测距离长、抗干扰能力强。

3.3 漫反射式光电传感器原理
发射器与接收器集成于一体。传感器发出的光束照射到物体表面后，部分光线被漫反射回接收器。当反射光强度超过预设阈值时，触发输出。其性能受物体表面反射率影响极大。

4. 实验设备与材料

5. 实验步骤与数据记录

5.1 对射式传感器特性测试

1. 接线：按说明书连接传感器电源（棕色线接24V+，蓝色线接0V），输出线（黑色）接PLC数字量输入点。

2. 对光与安装：将发射器与接收器相对安装于导轨上，确保接收器稳定指示灯（绿色）常亮，表示对光成功。

3. 数据记录：使用不同物体（白、黑纸板）遮挡光束，在PLC监控软件中观察输入点状态，并记录最远可靠检测距离。

表1：对射式传感器测试记录表

5.2 漫反射式传感器特性测试

1. 接线：同对射式传感器。

2. 距离-颜色测试：将传感器固定，分别使用白色和黑色纸板作为被测物，从远处逐渐靠近传感器，记录传感器触发时的距离。

表2：漫反射式传感器测试记录表

6. 实验结果分析与讨论

• 对射式传感器分析：实验数据完美验证了其原理。由于依赖光束的直接通断，其性能不受物体表面特性影响，在需要高可靠性的长距离检测和安全防护场景中是不可替代的选择。

• 漫反射式传感器分析：实验结果显著展示了其局限性。黑色物体因吸收大部分光能，导致反射信号微弱，有效检测距离大幅缩短。这解释了为何在自动化项目中，对于颜色多变的物料，需谨慎选用漫反射式传感器，或选用带背景抑制功能的高级型号。

• 综合应用建议：根据国际自动化协会（ISA）发布的指南，在安装空间允许且追求极致稳定时，首选对射式；在安装便捷性优先且物体反射率稳定时，可选用漫反射式以降低成本。

7. 实验结论

本实验成功验证了两种光电传感器的核心工作原理与性能差异：

1. 对射式光电开关凭借其稳定的光束遮挡机制，实现了不受检测体颜色、材质影响的可靠检测。

2. 漫反射式光电开关虽安装便捷，但其依赖物体反射的特性使其性能易受表面状态干扰。

在工业4.0及智能制造的背景下，正确的传感器选型是设备高可用性的基石。建议在实际项目中，务必进行严格的现场测试，以确保所选传感器能满足所有工况要求。

8. 常见问题解答（FAQ）

问：在实验中，漫反射传感器对黑色物体检测不稳定，如何解决？
答：这是由其原理决定的。解决方案有：1) 选用背景抑制型漫反射传感器，它能通过三角测距原理只检测特定距离内的物体，忽略颜色；2) 改用反射板式或对射式传感器。

问：传感器的NPN和PNP输出在实验中如何选择？
答：这取决于您的PLC输入模块公共端的极性。日系、国产PLC常用NPN接法（公共端接24V+），而欧系PLC常用PNP接法（公共端接0V）。接线前务必查阅硬件手册，匹配错误将导致传感器无法工作。

问：实验中对射式传感器对光困难怎么办？
答：技巧如下：1) 先肉眼粗略对准；2) 观察接收器指示灯，微调角度直至稳定绿灯亮起；3) 对于长距离对光，可使用激光指示器或厂家提供的专用对光镜片辅助。