吳偉龍

（重慶電子工程職業(yè)學(xué)院，重慶401331）

1 YL-335B 自動(dòng)化生產(chǎn)線介紹

YL-335B 自動(dòng)化生產(chǎn)線是亞龍科技集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的一種實(shí)訓(xùn)操作設(shè)備。如圖1 所示，該設(shè)備共有5 個(gè)站組成，分別是供料站、加工站、裝配站、輸送站和分揀站。每個(gè)工作站都有一臺(tái)PLC 作為控制核心承擔(dān)其控制任務(wù)，5 臺(tái)PLC 通信后可以控制5 站協(xié)同工作，組成一臺(tái)完整的自動(dòng)化生產(chǎn)線。YL-335B自動(dòng)化生產(chǎn)線應(yīng)用到了多種不同類型的傳感器，分別用來(lái)分檢測(cè)物料的有無(wú)，機(jī)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(lái)區(qū)分不同顏色的物料。的，光纖不僅起到傳光的作用，當(dāng)在外界因素作用下，它的光強(qiáng)、相位、偏振態(tài)等光學(xué)特性會(huì)隨之發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)“傳”和“感”兩種功能，將“傳”和“感”合為一體。

圖1 YL-335B 自動(dòng)化生產(chǎn)線實(shí)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(duì)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(lái)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(shí)際應(yīng)用中容易實(shí)現(xiàn)，成本較低，但其靈敏度也較低，適用于對(duì)靈敏度要求不高的場(chǎng)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(cè)對(duì)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(jì)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(cè)對(duì)象的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y(cè)的光信號(hào)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(qiáng)度、波長(zhǎng)、頻率、相位等會(huì)發(fā)生變化，成為被調(diào)制的光信號(hào)，然后再經(jīng)過(guò)光纖送入光電器件，最后經(jīng)解調(diào)器后獲得被測(cè)參數(shù)。整個(gè)過(guò)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(duì)外界信息具有敏感能力和檢測(cè)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(diǎn)

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(cè)量精度高、安全可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

（1）靈敏度高。光纖本身就屬于靈敏元件，先進(jìn)的光纖傳感器的靈敏度比傳統(tǒng)的傳感器高幾個(gè)數(shù)量級(jí)，可以測(cè)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(lái)直接發(fā)光、收光，由于光的擴(kuò)散等因素，收光量的大小無(wú)法做到精確控制；而光纖傳感器則是通過(guò)光纖來(lái)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(qiáng)。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(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)；光纖傳感器傳輸?shù)氖枪庑盘?hào)，所以其抗電磁干擾能力強(qiáng)，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(jī)電、礦井等強(qiáng)電磁干擾和易燃易爆等惡劣環(huán)境中。

（4）適應(yīng)性強(qiáng)。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(cè)的需要，如醫(yī)療中，用來(lái)探測(cè)人體內(nèi)部病變部位時(shí)，要求使用的探測(cè)器一定要非常細(xì)小，光纖傳感器便可以滿足這種特殊場(chǎng)合的需求；同時(shí)由于光可以調(diào)制成含有各種不同的物理量的信號(hào)，如聲波、溫度、磁力等，所以光纖傳感器可以用來(lái)測(cè)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(dòng)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(fù)責(zé)對(duì)上一站運(yùn)輸來(lái)的已裝配的物料進(jìn)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(jī)構(gòu)，傳動(dòng)帶驅(qū)動(dòng)機(jī)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(dāng)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(huì)檢測(cè)到信號(hào)，并將信號(hào)輸入給PLC，PLC 運(yùn)行程序，通過(guò)變頻器驅(qū)動(dòng)三相異步交流電機(jī)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)傳送帶開始工作，把物料帶入分揀區(qū)，當(dāng)物料經(jīng)過(guò)光纖檢測(cè)頭的正下方時(shí)稍作停留，光纖傳感器會(huì)根據(jù)接收到的信號(hào)，來(lái)判定物料料芯的顏色，同時(shí)金屬傳感器負(fù)責(zé)判定物料外殼的材質(zhì)，進(jìn)而根據(jù)料芯顏色和料殼材質(zhì)的不同進(jìn)行分揀工序。

如果進(jìn)入分揀區(qū)物料為白色芯，傳送帶將物料傳送至1 號(hào)槽的入口處，對(duì)應(yīng)的1 號(hào)槽推料氣缸啟動(dòng)，將物料推入1 號(hào)槽；如果進(jìn)入分揀區(qū)的物料為黑色芯，則傳送帶會(huì)將物料傳送至2號(hào)槽的入口處，2 號(hào)槽推料氣缸啟動(dòng)，將物料推入2 號(hào)槽；如果金屬傳感器檢測(cè)到信號(hào)，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(hào)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(gè)E3Z-NA11 型光纖傳感器，該型光纖傳感器由光纖檢測(cè)頭和光纖放大器兩部分組成，兩部分是獨(dú)立的，使用時(shí)，要先將兩條光纖檢測(cè)頭插入到光纖放大器的兩個(gè)孔中，組成一個(gè)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(shí)要注意根據(jù)導(dǎo)線的顏色區(qū)分電源極性和信號(hào)輸出線，通常棕色線接電源正極，藍(lán)色線接電源負(fù)極，黑色線接負(fù)載，多采用12-24V 直流電進(jìn)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(guò)調(diào)節(jié)光纖放大器上的旋鈕來(lái)實(shí)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(shí)針旋轉(zhuǎn)增大靈敏度，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)減小靈敏度。調(diào)節(jié)過(guò)程中，入光量顯示燈會(huì)隨之發(fā)生變化，以此來(lái)指示靈敏度的高低，當(dāng)光纖檢測(cè)器檢測(cè)到物料時(shí)，動(dòng)作顯示燈會(huì)亮起，提示檢測(cè)到物料。光纖傳感器靈敏度調(diào)得較小時(shí)，光纖檢測(cè)器無(wú)法檢測(cè)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(cè)器則可以接收到反射信號(hào)；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(cè)器也可以接收到反射信號(hào)。YL-335B 自動(dòng)化生產(chǎn)線的分揀站正是通過(guò)調(diào)節(jié)光纖傳感器的靈敏度來(lái)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(diǎn)改進(jìn)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(gè)光纖傳感器，保證兩個(gè)光纖檢測(cè)頭的距離剛好等于料芯的中心點(diǎn)到料殼厚度中心點(diǎn)的距離。當(dāng)物料剛好停留在金屬架正下方時(shí)，兩個(gè)光纖傳感器可以同時(shí)檢測(cè)料芯和料殼的顏色，這樣便可以進(jìn)行更加細(xì)致的分揀操作。同時(shí)，在教學(xué)過(guò)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(guò)介紹光纖傳感器在YL-335B 自動(dòng)化生產(chǎn)線中的應(yīng)用情況，再次驗(yàn)證了光纖傳感器靈敏度高、測(cè)量速度快的優(yōu)點(diǎn)。人類社會(huì)即將進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)的時(shí)代，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展必然需要大量的傳感器來(lái)獲得各種各樣的信號(hào)，從而為物聯(lián)網(wǎng)提供及時(shí)、準(zhǔn)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(wú)限的潛力，小身材終將會(huì)有大作為。