安全光幕:工业安全防护的关键组件与功能
安全光幕是一种用于工业安全防护的光电传感器,通过发射和接收红外光束形成保护区域,当光束被遮挡时触发安全信号,防止人员或物体进入危险区域。其内部构成可分为多个核心组件,各部分协同工作实现安全防护功能。
01
核心功能组件
安全光幕通常分为发射器和接收器两部分,两者成对使用,内部结构相似但功能不同。
1. 光源模块
• 组成:由多个红外发光二极管(LED)组成,通常采用波长 850nm-940nm 的红外光(人眼不可见,避免干扰作业)。
•功能:发射器中的 LED 阵列按一定间距(如 10mm、20mm、40mm 等)排列,发射平行或汇聚的红外光束,形成密集的光网。
•特点:LED 需经过调制(如特定频率的脉冲信号),减少外界光线(如阳光、灯光)的干扰。
2. 光学透镜 / 镜片组
• 组成:每个 LED(发射器)和光电接收元件(接收器)对应一个小型凸透镜或柱状透镜。
• 功能:
◦ 发射器:将 LED 发出的散射光聚焦为平行光束,确保光束在远距离(如 1m-30m)内仍保持集中,减少衰减。
◦ 接收器:将接收到的红外光束聚焦到光电接收元件上,提高感应灵敏度。
• 特点:透镜材质多为光学塑料或玻璃,需具备耐温、抗冲击性(适应工业环境)。
3. 光电接收模块
• 组成:接收器中对应发射器 LED 的位置,安装多个光电二极管(PD)或光电三极管,形成接收阵列。
• 功能:接收红外光束并将光信号转换为电信号(电流 / 电压变化),传递给信号处理电路。
• 特点:需与发射器的 LED 波长匹配,且具备较高的响应速度(适应快速遮挡检测)。
4. 信号处理电路
• 组成:包括放大电路、滤波电路、解调电路、逻辑判断电路等(多集成在专用芯片中)。
• 功能:
◦ 放大:将接收模块输出的微弱电信号放大,便于后续处理。
◦ 滤波 / 解调:过滤外界杂光干扰,提取与发射器调制频率一致的有效信号。
◦ 逻辑判断:检测是否有光束被遮挡(单个或多个),若符合触发条件(如遮挡超过预设时间),则输出安全信号。
5. 控制与输出模块
• 组成:包含继电器、晶体管(如 PNP/NPN)、安全继电器模块(符合安全标准,如 SIL3、PLe)等。
• 功能:
◦ 接收信号处理电路的判断结果,输出控制信号(如断开危险设备电源、触发报警)。
◦ 支持多种输出方式:如安全触点(常闭 / 常开)、模拟量输出(部分高端型号)、通讯接口(如 RS485,用于连接 PLC)。
• 特点:需满足安全认证要求(如 EN 61496 标准),确保输出信号的可靠性(如双回路设计,防止单点故障)。
6. 电源模块
• 组成:包括整流电路、稳压电路(如线性稳压器、开关电源芯片)。
• 功能:将外部输入电源(如 DC 24V 工业电源)转换为光幕内部各模块所需的稳定电压(如 5V、3.3V),确保电路稳定工作。
• 特点:具备过压、过流保护功能,适应工业电源的波动(如 18V-30V 宽电压输入)。
02
辅助结构组件
1. 外壳与防护结构
• 组成:金属(如铝合金)或高强度塑料外壳,表面可能覆盖防刮擦面板(如聚碳酸酯 PC 板)。
• 功能:保护内部电路和光学元件免受粉尘、油污、机械碰撞的影响,防护等级通常为 IP65/IP67(适应潮湿、多尘环境)。
2. 安装与校准部件
• 组成:外壳上的安装孔、定位槽,部分型号内置微调旋钮或 LED 指示灯(用于对齐校准)。
• 功能:确保发射器与接收器的光束精准对准(若错位会导致误触发),指示灯可显示工作状态(如电源、光束对齐、故障报警)。
3. 辅助功能模块(高端型号)
• 自诊断电路:检测内部元件(如 LED、PD、电源)是否故障,输出故障信号(符合安全完整性要求)。
• 盲区设置功能:通过软件或硬件设置,忽略特定区域的遮挡(如允许工具通过的小范围)。
• 温度补偿电路:在高低温环境(如 - 10℃-55℃)下,稳定 LED 发光强度和接收灵敏度。
安全光幕的核心是通过 “发射 - 接收” 光束阵列形成保护屏障,其内部构成围绕 “精准发光、稳定接收、抗干扰处理、可靠输出” 设计,各组件协同实现快速(响应时间通常<20ms)、安全(符合国际安全标准)的防护功能。不同型号(如小尺寸手掌防护、大尺寸身体防护)的差异主要体现在光束间距、防护高度、检测距离和附加功能上,但其基础构成保持一致。
关键词: 安全光幕:工业安全防护的关键组件与功能
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