光电开关测速指南，工业场景下的高效速度测量利器

• 时间：2025-07-25 03:37:28
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生产线上物体飞速移动，如何精确捕捉其速度？旋转设备高速运转，怎样实时监控其转速？光电开关，正是解决这类问题的关键传感器。它凭借非接触、响应快、精度高的特性，成为工业自动化领域测量线性速度和旋转速度的得力工具。

一、 核心原理：光路通断即信号

光电开关测速的本质是将物体的位移变化转化为时间间隔的测量。其核心原理是光电效应：

1. 发射与接收：开关的发射端发出调制红外光或可见光光束。
2. 遮挡/反射：当被测物体运动至光路中，会遮挡光束（对射型）或反射足够强的光束（反射型，包括漫反射和镜面反射/三角反射型）。
3. 信号转换：接收端检测到光强的显著变化（从有光到无光，或从无光到有光），内部的电路会产生一个高低电平跃变的电信号（通常是脉冲信号）。
4. 时间测量：连续检测物体通过产生的脉冲信号，计算相邻脉冲之间的时间间隔或单位时间内的脉冲数量，即可推导出速度。

二、 关键前提：正确安装与标记物体

成功测量速度，安装与目标物体准备至关重要：

1. 模式选择：

• 对射型: 精度最高，抗干扰能力最强。发射器与接收器严格对正安装，距离需在额定检测距离内。适用于测量规则物体边缘（如传送带上的箱子边缘）或有高精度要求的场合。
• 反射型（常用镜面反射/三角反射）：只需单侧安装。调整好开关与反光板的角度和距离，或确保物体表面反射性良好。安装方便，适用于空间受限或不易安装对射开关的场景。
• 漫反射型：依赖物体自身反射率。稳定性相对较低，一般用于检测物体存在性而非高精度测速。

1. 标记物体/轮辐：

• 线性速度测量：若被测物体表面均匀（如光滑传送带），需在被测物体上设置等间距的标记（如反光条、凹槽、凸块）。
• 旋转速度测量：
• 在旋转轴或轮盘上安装一个或多个反光片（反射型用）。
• 在旋转轴或轮盘上开一个或多个通孔或凹槽（对射型用）。
• 利用转轴/轮盘上固有的、均匀分布的齿或槽（如齿轮、链轮）直接作为遮挡物。

三、 速度计算：核心公式与应用

速度计算的核心在于 测量时间 (T) 和 已知距离 (S)：

1. 线性速度 (V)：

• 原理：测量相邻两个标记（或物体边缘）通过光电开关的时间间隔 T（秒），或单位时间 t（秒）内通过的标记数量 N。
• 公式 (单个标记间隔)： V = S / T （V: 线速度，单位 m/s 或 mm/s；S: 相邻两标记间的实际距离，单位 m 或 mm；T: 测得的两脉冲上升沿/下降沿之间的时间间隔，单位 s）。
• 公式 (单位时间计数)： V = (S * N) / t （V: 线速度；S: 一个标记间距；N: 在时间 t 内计数的脉冲数；t: 采样时间）。
• 示例：传送带上每两个箱子间隔固定为 0.5 米 (S=0.5m)。光电开关检测到连续两个箱子边缘通过的时间差为 1 秒 (T=1s)。则传送带速度 V = S / T = 0.5 m / 1 s = 0.5 m/s。

1. 旋转速度 (n - 转速)：

• 原理：测量旋转体每转一圈产生的脉冲数量 K（即标记数量，如几个反光片、几个齿）和相邻脉冲的时间间隔 T（秒），或单位时间 t（秒）内产生的总脉冲数 N。
• 公式 (单位时间计数)： n = (N / K) * (60 / t) （n: 转速，单位 RPM - 转/分钟；N: 在时间 t（秒）内计数的总脉冲数；K: 旋转体每转一圈产生的脉冲数（标记数量）；t: 采样时间，单位秒）。乘以 60 是为了将秒转换为分钟。
• 公式 (单个脉冲间隔)： n = 60 / (T * K) （n: 转速 RPM；T: 测得的两相邻脉冲上升沿/下降沿之间的时间间隔（秒）；K: 每转脉冲数）。
• 示例：一个转盘边缘均匀贴有 4 个反光片 (K=4)。光电开关在 5 秒 (t=5s) 内共检测到 100 个脉冲 (N=100)。则转速 n = (100 / 4) * (60 / 5) = 25 * 12 = 300 RPM。

四、 精度提升：关键技巧与实践经验

想要获得稳定可靠的速度数据，还需注意以下优化方向：

1. 提高时间分辨率：使用高速计数器或具备高时间分辨率的 PLC/专用测速模块。T 测量得越精确，速度计算误差越小。
2. 优化采样周期/时间：对于变化的速度，需根据实际波动情况选择合适的计算周期或采样时间 (t)。过短可能波动剧烈，过长则响应迟钝。
3. 稳定信号质量：

• 确保光路稳定可靠，避免震动导致错位。
• 设置合适的响应时间，既能跟上速度变化，又能滤除高频干扰抖动。
• 必要时在光电开关输出端或 PLC 输入端增加信号滤波电路或软件滤波算法（如移动平均、低通滤波）。
• 对于反射型，保证反光板和标记清洁；对于对射型，防止灰尘遮挡透镜。

1. 精确测量 S 和确定 K：标记间距离 S（线性速度）或每转脉冲数 K（旋转速度）是基础物理量，必须准确测量和设定。
2. 选择高速响应光电开关：被测速度越高，要求光电开关的响应时间 (如 0.1ms, 1ms) 越短，否则无法分辨快速变化或高速物体的脉冲。

掌握光电开关测速的关键在于理解其 “光通断 = 脉冲信号” 的本质，精确测量时间间隔或脉冲频率，并结合已知的标记间距或每转脉冲数进行换算。 正确选型、精心安装、优化信号处理是获得可靠速度数据的基础。从传送带上的包裹到高速旋转的电机主轴，这项技术为现代工业自动化提供了核心的速度感知能力，驱动着效率与