漫 反 射 光 电 传 感 器 简 介

定义：漫反射式光电传感器主要分为：标准型和背景抑制型。是一种发射器和接收器集成在同一外壳内的光电传感器。它靠接收被测物体表面的漫反射光来检测物体，不需要专用的反光板或对射端，安装和接线都更简单。

一、标准型工作原理

漫反射光电传感器是一种红外传感器，它使用发送器将红外光发射到检测区域，接收器接收此红外光，如果检测到有前方物体，则这些红外光会发生漫反射，并返回接收器，接收器检测到漫反射光后将其转换为电信号，从而实现物体的检测。

工作方式

• 发射器发出经调制的光脉冲（通常是红光、红外光或激光），照射前方的检测区域。
• 如果没有物体，光线会射向远处或被背景吸收，接收器几乎收不到光，传感器维持“无物体”状态。
• 当被测物体进入光路，光线打到物体表面，因表面粗糙产生漫反射——光线向各个方向散射。
• 接收器捕捉到其中一部分散射回来的光，当接收到的光量超过设定的阈值时，传感器输出开关信号，指示“有物体”。

判断依据：接收到的漫反射光强度是否超过阈值。

二、标准型的关键特性与局限

​ 标准型漫反射传感器的检测能力强烈依赖被测表面的反射率（颜色、材质、光泽度）。
通常技术参数中会以**标准白纸（反射率约90%）**标定最大检测距离。当物体颜色变深、反射率下降时，实际可靠检测距离会大幅缩短。

主要缺点

• 深色物体会大幅缩短检测距离，甚至检测不到。
• 背景物体（如输送带、机械零件）若反光较强，容易引起误动作。
• 光亮的高反光表面（如镜面金属）会改变光路，造成检测不稳定

三、背景抑制型（BGS）漫反射传感器原理

​ 为解决标准型受颜色和背景干扰的问题，出现了背景抑制型（Background Suppression）传感器。其核心是基于三角测量原理，通过判断反射光斑的位置而非单纯的光强度来工作。

工作方式

1. 发射器发出一束光，经透镜聚焦照射到被测物表面。
2. 物体表面的漫反射光通过接收透镜，在内部的位置敏感探测器（PSD，Position Sensitive Detector）或双光电二极管上形成一个光斑。
3. 光斑在探测器上的位置会随物体距离不同而变化（三角测距原理）。
4. 电路根据光斑位置精确计算出物体距离，只对设定距离以内（或特定距离范围内）的物体进行响应，超出该范围的背景光斑位置不同，会被电路抑制掉。

优势

• 对颜色和光滑度不敏感：深色物体反射光弱但光斑位置不变，仍能正确识别距离。
• 可有效屏蔽背景：即使背景是强反光的白墙或金属，只要设定距离正确，也不会误触发。
• 可检测光亮或透明物体（部分特殊型号结合了偏振或波长选择）。

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四、漫反射光电传感器的应用

漫反射光电传感器常用于自动化控制，工业自动化，机器人，无人机等领域。它可以用于检测障碍物，监测物体的位置和运动，距离测量，并实现自动导航。例如，可以利用漫反射光电传感器实现机器人自动避障，实现无人机自动跟踪物体以及实现机器人自动跟踪物体等。

五、三角测量了解

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​ 三角测量来源：名称来源于测距的几何模型：发射光路、反射光路、以及它们与物体表面构成的三角形。已知发射光轴与接收光轴之间的夹角（基线长度和光轴夹角固定），再根据探测器上光斑的位置（相当于已知三角形的一个角），就可以通过三角函数或相似三角形的关系解算出物体距离。

​ 三角测量原理：

​ 光学三角测距的核心如下图所示：

1. 发射器发出一束已知角度的光（通常通过透镜准直为细光束），照射到被测物体表面。
2. 物体表面的漫反射光，通过另一个接收透镜，汇聚到一块位置敏感探测器（PSD） 或线阵光电二极管上，形成一个小光斑。
3. 物体远近不同 → 入射光点位置不同 → 反射光进入接收透镜的角度不同 → 光斑落在 PSD 上的位置也就不同。

（俯视几何关系示意）
        发射透镜
          |\
          | \  (发射光束)
          |  \
          |   \ 物体在“近处” ●
          |    \              \
          |     \              \ (漫反射光)
          |      \              \
     PSD ←|—接收透镜—————————————— 
    (光斑位置A)    
    物体距离近 → 反射光进入接收透镜的入射角较大 → 光斑落在 PSD 的一端（例如靠右）。
    
        发射透镜
          |\
          | \  (发射光束)
          |  \                物体在“远处” ●
          |   \                           \
          |    \                           \ (漫反射光)
          |     \                           \
     PSD ←|—接收透镜————————————————————————————— 
    (光斑位置B，跟 A 不同)
    物体距离远 → 入射角较小 → 光斑落在 PSD 的另一端（例如靠左）。

PSD 会根据光斑的位置输出不同的电信号，传感器内部的电路再根据这个信号，依据事先标定好的“位置-距离”对应关系，精确计算出物体距离，或者判断物体是否在设定的距离范围内。

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