光纖傳感器在YL- 335B 自動化生產(chǎn)線中的應(yīng)用

吳偉龍

（重慶電子工程職業(yè)學(xué)院，重慶401331）

1 YL-335B 自動化生產(chǎn)線介紹

YL-335B 自動化生產(chǎn)線是亞龍科技集團有限公司生產(chǎn)的一種實訓(xùn)操作設(shè)備。如圖1 所示，該設(shè)備共有5 個站組成，分別是供料站、加工站、裝配站、輸送站和分揀站。每個工作站都有一臺PLC 作為控制核心承擔其控制任務(wù)，5 臺PLC 通信后可以控制5 站協(xié)同工作，組成一臺完整的自動化生產(chǎn)線。YL-335B自動化生產(chǎn)線應(yīng)用到了多種不同類型的傳感器，分別用來分檢測物料的有無，機械手的狀態(tài)以及物料的顏色等，其中在分揀站使用了光纖傳感器來區(qū)分不同顏色的物料。的，光纖不僅起到傳光的作用，當在外界因素作用下，它的光強、相位、偏振態(tài)等光學(xué)特性會隨之發(fā)生變化，從而實現(xiàn)“傳”和“感”兩種功能，將“傳”和“感”合為一體。

圖1 YL-335B 自動化生產(chǎn)線實物圖

（2）非功能型光纖傳感器。非功能型光纖傳感器又稱傳光型光纖傳感器，這種類型的光纖傳感器，光纖是不連續(xù)的，光纖僅僅起導(dǎo)光作用，對外界信息的感知功能要借助其他物理性質(zhì)的功能元件來完成，所謂只“傳”不“感”。

非功能型光纖傳感器不需要特殊光纖以及特殊技術(shù)，在實際應(yīng)用中容易實現(xiàn)，成本較低，但其靈敏度也較低，適用于對靈敏度要求不高的場合。

（3）拾光型光纖傳感器。拾光型光纖傳感器采用光纖作為探頭，接收由被測對象輻射的光或被其反射、散射的光。其典型例子如輻射式光纖溫度傳感器、光纖激光多普勒速度計等。

2 光纖傳感器介紹

2.1 光纖傳感器的工作原理

光纖傳感器是一種能夠?qū)⒈粶y對象的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y的光信號的傳感器。它的工作原理是首先將光源入射的光束經(jīng)光纖送入調(diào)制器的內(nèi)部，在調(diào)制器內(nèi)，光的光學(xué)性質(zhì)如強度、波長、頻率、相位等會發(fā)生變化，成為被調(diào)制的光信號，然后再經(jīng)過光纖送入光電器件，最后經(jīng)解調(diào)器后獲得被測參數(shù)。整個過程中，光束導(dǎo)入與調(diào)制后再射出都是經(jīng)由光纖完成，它不僅在其中扮演導(dǎo)光媒介，也起到光調(diào)制器的作用。

2.2 光纖傳感器分類

根據(jù)光纖在傳感器中的作用，可以將光纖傳感器分為三種類型，分別是功能型、非功能性和拾光型。

（1）功能型光纖傳感器。功能性光纖傳感器又稱為傳感型光纖傳感器，它是利用對外界信息具有敏感能力和檢測能力的光纖作為傳感元件。在這種類型的光纖傳感器中，光纖是連續(xù)

2.3 光纖傳感器的特點

與傳統(tǒng)的傳感器相比，光纖具有優(yōu)良的物理性能，使得光纖傳感器具有靈敏度高、測量精度高、安全可靠性高、抗干擾能力強、適應(yīng)性強等優(yōu)點。

（1）靈敏度高。光纖本身就屬于靈敏元件，先進的光纖傳感器的靈敏度比傳統(tǒng)的傳感器高幾個數(shù)量級，可以測量壓力、溫度、加速度、電流、電壓、位移等近70 多種物理量。

（2）精度高。光電傳感器是利用傳感器來直接發(fā)光、收光，由于光的擴散等因素，收光量的大小無法做到精確控制；而光纖傳感器則是通過光纖來傳輸光線，提高光束的聚攏程度，易判斷收光量的大小。所以與普通的光電傳感器相比，光纖傳感器的精度更高。

（3）安全可靠性高、抗干擾能力強。光纖是由電介質(zhì)材料石英制成，是一種電絕緣、耐腐蝕的傳輸媒質(zhì)，因此它具有安全可靠性高，工作壽命長的優(yōu)點；光纖傳感器傳輸?shù)氖枪庑盘枺云淇闺姶鸥蓴_能力強，能夠適用于溫差較大、環(huán)境惡劣的地方，如各種石油化工、大型機電、礦井等強電磁干擾和易燃易爆等惡劣環(huán)境中。

（4）適應(yīng)性強。光纖傳感器的形狀具有多變性，能夠適應(yīng)各種不同位置檢測的需要，如醫(yī)療中，用來探測人體內(nèi)部病變部位時，要求使用的探測器一定要非常細小，光纖傳感器便可以滿足這種特殊場合的需求；同時由于光可以調(diào)制成含有各種不同的物理量的信號，如聲波、溫度、磁力等，所以光纖傳感器可以用來測量多種不同的物理量，局限性較小。

3 光纖傳感器在YL-335B 自動化生產(chǎn)線中的應(yīng)用

3.1 分揀站的結(jié)構(gòu)及工作原理

分揀站主要負責(zé)對上一站運輸來的已裝配的物料進行分揀，將不同顏色、材質(zhì)的物料從不同的料槽分流。分揀站結(jié)構(gòu)如圖2 所示，主要由PLC 模塊，變頻器模塊，傳送和分揀機構(gòu)，傳動帶驅(qū)動機構(gòu)，電磁閥組，接線端口，按鈕/指示燈模塊及底板等幾部分組成。

圖2 分揀單元結(jié)構(gòu)圖

當輸送站將物料放到傳送帶的入料口出，入料口的光電漫射式傳感器會檢測到信號，并將信號輸入給PLC，PLC 運行程序，通過變頻器驅(qū)動三相異步交流電機旋轉(zhuǎn)，帶動傳送帶開始工作，把物料帶入分揀區(qū)，當物料經(jīng)過光纖檢測頭的正下方時稍作停留，光纖傳感器會根據(jù)接收到的信號，來判定物料料芯的顏色，同時金屬傳感器負責(zé)判定物料外殼的材質(zhì)，進而根據(jù)料芯顏色和料殼材質(zhì)的不同進行分揀工序。

如果進入分揀區(qū)物料為白色芯，傳送帶將物料傳送至1 號槽的入口處，對應(yīng)的1 號槽推料氣缸啟動，將物料推入1 號槽；如果進入分揀區(qū)的物料為黑色芯，則傳送帶會將物料傳送至2號槽的入口處，2 號槽推料氣缸啟動，將物料推入2 號槽；如果金屬傳感器檢測到信號，則物料外殼為金屬工件，那么不管物料的料芯為何種顏色，都將其推到3 號槽里。

3.2 光纖傳感器在分揀單元的應(yīng)用

（1）E3Z-NA11 型光纖傳感器的外部結(jié)構(gòu)

在分揀站傳送帶的上方裝有一個E3Z-NA11 型光纖傳感器，該型光纖傳感器由光纖檢測頭和光纖放大器兩部分組成，兩部分是獨立的，使用時，要先將兩條光纖檢測頭插入到光纖放大器的兩個孔中，組成一個完整的光纖傳感器，安裝示意如圖3 所示。

圖3 光纖傳感器的安裝示意圖

（2）E3Z-NA11 型光纖傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

E3Z-NA11 型光纖傳感器內(nèi)部電路框圖如圖4 所示，接線時要注意根據(jù)導(dǎo)線的顏色區(qū)分電源極性和信號輸出線，通常棕色線接電源正極，藍色線接電源負極，黑色線接負載，多采用12-24V 直流電進行供電。

圖4 E3Z-NA11 型光纖傳感器電路框圖

（3）E3Z-NA11 型光纖傳感器的靈敏度調(diào)節(jié)

該型光纖傳感器的靈敏度調(diào)節(jié)是通過調(diào)節(jié)光纖放大器上的旋鈕來實現(xiàn)，如圖5 所示，調(diào)節(jié)中部的8 旋轉(zhuǎn)靈敏度高速旋鈕就能調(diào)節(jié)其靈敏度，順時針旋轉(zhuǎn)增大靈敏度，逆時針旋轉(zhuǎn)減小靈敏度。調(diào)節(jié)過程中，入光量顯示燈會隨之發(fā)生變化，以此來指示靈敏度的高低，當光纖檢測器檢測到物料時，動作顯示燈會亮起，提示檢測到物料。光纖傳感器靈敏度調(diào)得較小時，光纖檢測器無法檢測到反射性較差的黑色物體，而反射性較好的白色物體，光纖檢測器則可以接收到反射信號；若調(diào)高光纖傳感器靈敏度，即使反射性較差的黑色物料，光纖檢測器也可以接收到反射信號。YL-335B 自動化生產(chǎn)線的分揀站正是通過調(diào)節(jié)光纖傳感器的靈敏度來區(qū)分黑白兩種顏色的物料，從而完成分揀工序。

圖5 光纖放大器俯視圖

3.3 關(guān)于分揀站的一點改進建議

在分揀站現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中，可以利用原有的金屬架，在已安裝的光纖傳感器旁增設(shè)一個光纖傳感器，保證兩個光纖檢測頭的距離剛好等于料芯的中心點到料殼厚度中心點的距離。當物料剛好停留在金屬架正下方時，兩個光纖傳感器可以同時檢測料芯和料殼的顏色，這樣便可以進行更加細致的分揀操作。同時，在教學(xué)過程中也增加了PLC 編程的復(fù)雜性與多樣性，更好的鍛煉了學(xué)生們的邏輯分析及編程能力。

4 結(jié)論

通過介紹光纖傳感器在YL-335B 自動化生產(chǎn)線中的應(yīng)用情況，再次驗證了光纖傳感器靈敏度高、測量速度快的優(yōu)點。人類社會即將進入物聯(lián)網(wǎng)的時代，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展必然需要大量的傳感器來獲得各種各樣的信號，從而為物聯(lián)網(wǎng)提供及時、準確、可靠的數(shù)據(jù)信息。光纖傳感器也將在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域里發(fā)揮出無限的潛力，小身材終將會有大作為。