光電感測器和光纖感測器差在哪:構造與接線、尺寸與安裝空間、使用環境、偵測距離與費用的 4 個比較面向
整體式光電感測器把發光、受光和輸出放在同一個本體,電子部分跟著感測點走;光纖感測器把電子部分放在放大器,感測點只留一條不含電子零件的光纖,光線經過光纖送到目標附近。 差別在「電子部分要不要跟到感測點」,要看的地方有四個:構造與接線、尺寸與安裝空間、使用環境、偵測距離與成本。本文的光電感測器指發光、受光與輸出在同一本體的整體式,有對射、回歸反射與漫反射等型式;光纖感測器指光纖頭加放大器;雷射位移、安全光柵與影像式不在範圍。分成 4 個比較面向:
- 面向 1|構造與接線: 電子部分在本體裡,還是在放大器裡。
- 面向 2|尺寸與安裝空間: 整個本體要裝得下,還是只有光纖頭進去。
- 面向 3|使用環境: 高溫、電氣雜訊、危險場所與髒汙怎麼看。
- 面向 4|偵測距離與成本: 光纖多一段,距離較短、多一個零件。
本文從「已經知道要用光做非接觸偵測」開始講,各家資料與依據在文末的備註。想先看光電感測器的選型,可以讀〈光電感測器怎麼選〉。此為一般情況,仍需視個案而定。
面向 1|構造與接線:電子部分在本體裡,還是在放大器裡
怎麼看:
- 先寫下:感測點放得下多大的東西、控制器要開關訊號還是要看受光強度、有幾個感測點。
- 整體式的電源與輸出線都接在本體上,偵測方式(對射、回歸反射、漫反射)要先選好。
- 光纖感測器要兩樣東西:光纖頭與放大器;電源與輸出線接在放大器上。
公開資料怎麼說: 一家感測器製造商的文章(頁面沒有作者與日期,製造商說法,來源 1)寫到:光纖是把光送進、送出的玻璃或塑膠纖維,本身沒有電路與活動零件。一篇技術網站文章(2023 年 9 月,作者署名,來源 2)寫到:光電感測器的輸出是一個開關訊號;光纖系統則把放大器(發光並顯示受光強度)和光纖頭分開,放大器可以集中放置,有些有現場匯流排連接,可減少分散的輸入輸出接線。另一家製造商的技術頁(頁面沒有發表日期,製造商說法,來源 4)寫到:光纖感測器有電子的放大器與機械的光纖兩部分;放大器處理受光、控制切換並提供診斷資料,常透過 IO-Link;光纖不含電子零件;對射是發射頭與接收頭面對面,漫反射是同一個頭發光並接收反射。前述製造商的另一篇文章(2018 年 2 月,製造商說法,來源 6)寫到:對射是兩個本體分在兩側,回歸反射是一個本體加一片反射板,漫反射是一個本體、沒有反射板,被形容為安裝很方便(備註表 1)。
面向 2|尺寸與安裝空間:整個本體,還是只有光纖頭
怎麼看:
- 先寫下:感測點周圍剩多少空間、目標多小、感測點會不會來回移動。
- 空間很窄、目標很小時,來源常把光纖列為理由;放大器可以離開現場。
- 光纖有彎曲半徑下限,反覆彎折也要看規格。
- 整體式要看本體裝不裝得下;有些製造商另有微型的整體式。
公開資料怎麼說: 前述製造商文章(來源 1)寫到:光纖組件小而可彎,能裝進很窄的地方;塑膠光纖可以走進很小的空間並承受反覆彎折,有預先捲曲的版本給來回運動的機構用。前述技術網站文章(來源 2)寫到:光纖頭小而且有固定的安裝結構,可以裝在一般回歸反射型放不進去的窄處;有些微型光纖頭的直徑不到 1 mm。第三家製造商的產品說明頁(頁面沒有發表日期,製造商說法,來源 3)寫到:光纖可彎,能放進機器之間的縫隙;感測頭很小,能偵測極小的目標。前述技術頁(來源 4)寫到:高彎折的光纖可以用很小的彎曲半徑;彎得太多,光會從包覆層漏出而減少傳光,所以要小心佈線。一家廠商的部落格(2024 年 3 月,來源 5;文章接著介紹自家產品,屬廠商說法)寫到:它自家的微型光電感測器沒有耦合損失、彎曲半徑下限與反覆彎折的應力,與一般光纖不同(廠商說法);在醫療與半導體設備裡,光纖有時太大、不夠柔軟。前述 2018 年文章(來源 6)寫到:回歸反射型不容易用在小物件,只有少數型號的有效光束小於 1 英吋(備註表 2)。
面向 3|使用環境:高溫、雜訊、危險場所與髒汙
怎麼看:
- 先寫下:溫度範圍、腐蝕或水氣、電氣雜訊、危險場所、震動、灰塵油霧。
- 光纖不含電子零件,所以高溫、雜訊與危險場所是來源提到光纖的主要理由;耐溫要看光纖的材質與規格。
- 灰塵油霧要先看偵測方式;對射在來源裡的過剩增益(來源用語,指受光比動作所需多出的餘量)較高。
- 兩者都要在實際位置試過。
公開資料怎麼說: 前述製造商文章(來源 1)寫到:光纖可以做成耐腐蝕與耐高濕的版本;因為沒有電路與活動零件,能把光帶進危險場所,也不受電氣雜訊影響;多數玻璃光纖在極端溫度下被形容為堅固可靠;質量小,能應付振動與衝擊。前述技術網站文章(來源 2)寫到:光纖把放大器移離感測點,減少放大器暴露在振動、電氣或爆炸危險與濕度中;光纖不含電子零件,耐高溫與高壓;文章另說高增益的對射光電感測器在多粉塵或有霧的環境表現良好,但沒有和光纖直接比較。前述產品說明頁(來源 3)寫到:光纖中沒有電流通過,所以不受電氣雜訊影響;耐熱的光纖單元可以在高溫環境偵測。前述技術頁(來源 4)寫到:漫反射要考慮目標與後方背景,過剩增益比對射低。前述 2018 年文章(來源 6)寫到:對射的過剩增益較高,能應付粉塵、霧、油與霧氣;回歸反射的過剩增益掉得是對射的兩倍快;漫反射隨髒汙與水氣掉得快,髒汙累積有時會讓感測器一直誤判有物(備註表 3)。
面向 4|偵測距離與成本:光纖多一段,距離較短
怎麼看:
- 先寫下:要偵測的距離、目標的大小、預算、感測點的數量。
- 距離要先看偵測方式:來源說對射較長,漫反射較短。
- 光纖在進出光纖時有光損失,來源說距離比整體式短。
- 成本:光纖是加在基本光電感測器之外的一個零件,來源沒有給價差。
公開資料怎麼說: 前述製造商文章(來源 1)寫到:光纖要多一個光纖組件,增加成本;光進出光纖時有損失、沿長度也有衰減,所以偵測距離比整體式短、過剩增益較低;文章沒有給數字。前述技術網站文章(來源 2)寫到:對射與回歸反射用在較長的距離,漫反射用在近距離;光纖在自動化中通常用在較短的距離;文章形容光纖在惡劣環境較優,條件是成本不是問題。前述 2018 年文章(來源 6)寫到:對射距離長、回歸反射相對長、漫反射較短,許多漫反射型號要求目標小於 1 公尺(備註表 4)。
比較表:一眼看四個面向
| 項目 | 光電感測器(整體式) | 光纖感測器 |
|---|---|---|
| 構造 | 發光、受光與輸出在一個本體 | 光纖頭加放大器,光纖不含電子零件 |
| 尺寸與安裝 | 要裝得下本體 | 光纖頭小、纖維可彎,進得了窄處 |
| 環境 | 電子零件跟著感測點 | 高溫、雜訊、危險場所是來源提到的理由 |
| 距離 | 對射較長,漫反射較短 | 來源說因光損失而較短,沒有給數字 |
| 價格(規格表列名) | 來源沒有給價格 | 多光纖組件與放大器,來源說增加成本 |
來源:備註表 1 到表 4(來源 1 到 6)。這是各來源的說法,來源之間並不一致,不是選型門檻。
怎麼選:什麼情況用整體式光電感測器,什麼情況用光纖感測器
依公開資料,兩者的選法可以這樣看(這是本文的整理):
- 用整體式光電感測器的情況: 感測點放得下本體、要偵測的距離較長,或不想多一個光纖組件與放大器(來源 1、2、6)。
- 用光纖感測器的情況: 感測點很窄、目標很小,或有高溫、電氣雜訊、危險場所、強烈震動,需要把電子部分移開(來源 1、2、3、4)。
- 在交界附近: 來源沒有給兩者的價差與改用界線;有一家廠商提到放大器分離的微型光電感測器可當另一種做法,這是廠商介紹自家產品的說法(來源 5);請以您的空間、環境與距離為準(來源 1、2、5)。
這幾項是公開資料裡的說法,不是替您的機台下結論;實際選哪一種,還是要看您的目標、環境與安裝位置。
嘉鴻能幫的: 下面只取商品頁的商品名稱,各款的感測距離、輸出、電源電壓、防護等級與回應時間請洽詢。多數頁面的選單與內文混有配件、連接線、控制器或安全光柵,下面逐頁寫明。
光電感測器這一側:
- 光電感測器系列:商品名稱寫光電感測器系列,並列有品牌;選單混有槽型、內建放大器型與安全光柵,請洽詢。
- 光電感測器系列:另一頁,商品名稱同為光電感測器系列;頁面混有配件、控制器、雷射感測頭與安全光柵,請洽詢。
- 光電感測器系列:另一頁,商品名稱同為光電感測器系列;選單混有連接線,另有一個雷射距離感測器,請洽詢。
- 光電感測器系列:另一頁,商品名稱同為光電感測器系列;選單混有兩條工業乙太網路連接線與一片反射片,請洽詢。
- 光電感測器:商品名稱寫光電感測器,並列有品牌;選單只有鏡片反射式與直接反射式兩款,請洽詢。
- 光電感測器系列:另一頁,商品名稱同為光電感測器系列,名稱裡另寫超薄型與槽型;選單混有一條連接線,請洽詢。
光纖感測器這一側:
常見問題
Q1:光電感測器和光纖感測器有什麼不同?
整體式光電感測器把發光、受光和輸出放在同一個本體,電子部分跟著感測點走;光纖感測器把電子部分放在放大器,感測點只留一條不含電子零件的光纖。差別在電子部分要不要跟到感測點。
Q2:什麼時候要用光纖感測器?
感測點空間很窄、目標很小,或環境有高溫、電氣雜訊、危險場所時。一家感測器製造商寫,光纖組件小而可彎、能裝進很窄的地方,因為沒有電路與活動零件,能把光帶進危險場所,也不受電氣雜訊影響;耐溫要看光纖的材質與規格。
Q3:光纖感測器的偵測距離比較短嗎?
通常比較短。製造商文章寫,光進出光纖時有損失、沿長度也有衰減,所以偵測距離比整體式短、過剩增益較低,但沒有給數字;兩種都要先看偵測方式,對射較長、漫反射較短。
Q4:光纖可以裝在會移動的機構上嗎?
可以,但要看規格。製造商文章寫,塑膠光纖可以走進很小的空間並承受反覆彎折,也有預先捲曲的版本給來回運動的機構用;光纖都有彎曲半徑下限,反覆彎折的次數也要看規格書。
備註:來源與例外
以下給需要核對的人看,不看也不影響上面的做法。您的感測器製造商的書面規格、現場規定與安全要求,和本文不同時,以它們為準。
各面向的出處
| 來源 | 用在哪裡與出處 |
|---|---|
| 來源 1 | 面向 1、2、3、4:光纖的定義、尺寸、環境與成本。出處:一家感測器製造商的文章(頁面沒有作者與日期;製造商說法) |
| 來源 2 | 面向 1、2、3、4:兩種構造、尺寸、環境與距離。出處:一個技術網站的文章(2023 年 9 月 21 日;作者署名;媒體文章) |
| 來源 3 | 面向 2、3:光纖的彈性、雜訊與高溫。出處:第三家感測器製造商的產品說明頁(頁面沒有發表日期;製造商說法) |
| 來源 4 | 面向 1、2、3:放大器與光纖、彎折、漫反射。出處:另一家感測器製造商的技術頁(頁面沒有發表日期;製造商說法) |
| 來源 5 | 面向 2:廠商對一般光纖的比較。出處:一家廠商的部落格(2024 年 3 月 4 日;文章後半介紹自家產品;廠商說法) |
| 來源 6 | 面向 1、2、3、4:三種偵測型式、髒汙與距離。出處:與來源 1 同一家製造商網站的另一篇文章(2018 年 2 月 19 日;頁面沒有作者;製造商說法) |
| 嘉鴻資料 | 「嘉鴻能幫的」。出處:嘉鴻商品頁(8 頁) |
表 1|構造與接線
| 項目 | 內容 |
|---|---|
| 光纖 | 把光送進、送出的玻璃或塑膠纖維,本身沒有電路與活動零件(來源 1(製造商文章)) |
| 光電感測器的構造 | 輸出是一個開關訊號(來源 2(媒體文章)) |
| 光纖系統的構造 | 把放大器(發光並顯示受光強度)和光纖頭分開;放大器可集中放置,有些有現場匯流排連接,可減少分散的輸入輸出接線(來源 2(媒體文章)) |
| 放大器與光纖 | 光纖感測器有電子的放大器與機械的光纖兩部分;放大器處理受光、控制切換並提供診斷資料,常透過 IO-Link;光纖不含電子零件;對射是發射頭與接收頭面對面,漫反射是同一個頭發光並接收反射(來源 4(製造商技術頁)) |
| 三種偵測型式 | 對射是兩個本體分在兩側;回歸反射是一個本體加一片反射板;漫反射是一個本體、沒有反射板,被形容為安裝很方便(來源 6(製造商文章)) |
來源:1、2、4、6
表 2|尺寸與安裝空間
| 項目 | 內容 |
|---|---|
| 光纖組件 | 小而可彎,能裝進很窄的地方;塑膠光纖可走進很小的空間並承受反覆彎折;有預先捲曲的版本給來回運動的機構用(來源 1(製造商文章)) |
| 光纖頭 | 小而且有固定的安裝結構,可裝在一般回歸反射型放不進去的窄處;有些微型光纖頭的直徑不到 1 mm(來源 2(媒體文章)) |
| 光纖的彈性 | 光纖可彎,能放進機器之間的縫隙;感測頭很小,能偵測極小的目標(來源 3(製造商產品說明頁)) |
| 彎折的限制 | 高彎折的光纖可以用很小的彎曲半徑;彎得太多,光會從包覆層漏出而減少傳光(來源 4(製造商技術頁)) |
| 廠商對光纖的比較 | 該廠商寫到它自家的微型光電感測器沒有耦合損失、彎曲半徑下限與反覆彎折的應力,與一般光纖不同;在醫療與半導體設備裡,光纖或微型光電感測器有時太大,光纖也不夠柔軟(本文只引用光纖太大、不夠柔軟)(來源 5(廠商部落格)) |
| 回歸反射與小物件 | 不容易用在小物件,只有少數型號的有效光束小於 1 英吋(來源 6(製造商文章)) |
來源:1 到 6
表 3|使用環境
| 項目 | 內容 |
|---|---|
| 光纖的環境能力 | 可做成耐腐蝕與耐高濕的版本;沒有電路與活動零件,能把光帶進危險場所,也不受電氣雜訊影響;多數玻璃光纖在極端溫度下被形容為堅固可靠;質量小,能應付高振動與機械衝擊(原文還列了外套材質與用途,本文沒有引用)(來源 1(製造商文章)) |
| 放大器離開感測點 | 減少放大器暴露在振動、電氣或爆炸危險與濕度中;光纖不含電子零件,耐高溫與高壓(原文還說可埋在塑膠或混凝土裡,本文沒有引用);高增益的對射光電感測器在多粉塵或有霧的環境表現良好,沒有與光纖直接比較(來源 2(媒體文章)) |
| 電氣雜訊與高溫 | 光纖中沒有電流通過,所以不受電氣雜訊影響;耐熱的光纖單元可以在高溫環境偵測(來源 3(製造商產品說明頁)) |
| 漫反射的限制 | 要考慮目標與後方背景,過剩增益比對射低(原文還寫了對射與目標的關係,本文沒有引用)(來源 4(製造商技術頁)) |
| 髒汙 | 對射的過剩增益較高,能應付粉塵、霧、油與霧氣;回歸反射的過剩增益掉得是對射的兩倍快;漫反射隨髒汙與水氣掉得快,髒汙累積有時會讓感測器一直誤判有物(來源 6(製造商文章)) |
來源:1、2、3、4、6
表 4|偵測距離與成本
| 項目 | 內容 |
|---|---|
| 距離與成本 | 光纖要多一個光纖組件,增加成本;光進出光纖時有損失、沿長度也有衰減,所以偵測距離比整體式短、過剩增益較低;文章沒有給數字(來源 1(製造商文章)) |
| 距離與成本的說明 | 對射與回歸反射用在較長的距離,漫反射用在近距離;光纖在自動化中通常用在較短的距離;文章形容光纖在惡劣環境較優,條件是成本不是問題(原文 If cost is not an option)(來源 2(媒體文章)) |
| 三種型式的距離 | 對射距離長、回歸反射相對長、漫反射較短,許多漫反射型號要求目標小於 1 公尺(來源 6(製造商文章)) |
來源:1、2、6
此為一般情況,仍需視個案而定。
例外與限制
- 看到什麼、沒看到什麼:本文看到的是 2 篇同一家製造商網站上的文章(來源 1 頁面沒有作者與日期;來源 6 為 2018 年 2 月,頁面沒有作者;製造商說法)、1 篇技術網站的文章(2023 年 9 月,作者署名,媒體文章)、1 個第三家製造商的產品說明頁(頁面沒有發表日期,製造商說法)、1 個另一家製造商的技術頁(頁面沒有發表日期,製造商說法)、1 篇廠商部落格(2024 年 3 月,文章後半介紹該廠自家的微型光電感測器,廠商說法)。6 份來源都是製造商、廠商或媒體寫的;沒有讀到標準本文,也沒有學術或中立機構的文件。沒有找到光纖與整體式的價差與改用界線;沒有任何一份來源給光纖感測器的偵測距離、耐溫或彎曲半徑的數字(來源 2 提到微型光纖頭直徑不到 1 mm、來源 6 提到 1 英吋與 1 公尺,是僅有的數字);來源 1 與來源 6 的頁面沒有顯示作者,正文以「製造商文章」稱呼。
- 數字是例子:正文引用的數字只有三處,都標了條件與出處:來源 2 的微型光纖頭直徑不到 1 mm(文章沒給標準光電感測器的對應尺寸);來源 6 的有效光束小於 1 英吋(少數回歸反射型號)、許多漫反射型號要求目標小於 1 公尺、回歸反射的過剩增益掉得是對射的兩倍快。這些都不是選型門檻。
- 用語:「過剩增益」是來源 6 與來源 4 的用語(excess gain);正文括號裡「指受光比動作所需多出的餘量」是本文加的白話說明,來源 1 到 6 都沒有給這個定義,要更精確請以感測器製造商的說明為準。
- 來源之間說法不同:來源 1 說光纖的偵測距離比整體式短、過剩增益較低;來源 2 說光纖通常用在較短的距離,也說高增益的對射光電感測器在粉塵與霧中表現良好,但沒有與光纖直接比較。來源裡談光纖缺點的只有來源 1(距離與成本)、來源 4(彎折與漫反射)、來源 5(以自家微型光電感測器對照光纖的耦合損失與彎曲半徑),其餘來源談的多是光纖的好處。
- 單一來源:玻璃光纖在極端溫度下的說法、低質量應付振動衝擊(來源 1);放大器可集中放置與現場匯流排、微型光纖頭小於 1 mm(來源 2);放大器處理受光與診斷、常透過 IO-Link、彎得太多光會漏出(來源 4);廠商說自家微型光電感測器沒有耦合損失與彎曲半徑下限、醫療與半導體設備裡光纖太大、不夠柔軟(來源 5);光電感測器三種型式的範圍、髒汙與目標說明(來源 6)。
- 有立場的資料:來源 1 與來源 6 是同一家製造商,來源 3 與來源 4 是賣光纖產品的另外兩家製造商,主要談光纖的好處(來源 4 也談彎折與漫反射的限制);來源 5 是廠商部落格,介紹自家微型光電感測器當光纖的替代,立場偏向自家產品;來源 2 是技術網站。沒有一份是標準本文或第三方的測試報告,說法只能當說明的例子。
- 來源的原文是英文:中文是本文的翻譯,單位照來源寫的。
- 本文的整理:「怎麼選」開頭已標「這是本文的整理」,各項說法都能在上面的來源找到對應。「怎麼選」一節是把各來源的說法分成「用整體式光電感測器」「用光纖感測器」「在交界附近」三種情況,是整理,不是來源的原句,並已寫明來源沒有給價差與改用界線。面向「怎麼看」的要點(先寫下的項目、光纖要看彎曲半徑、兩者都要在實際位置試過)是做法,不是來源的說法。比較表「環境」列整體式一欄寫「電子零件跟著感測點」,是由構造推出的整理。開頭與比較表把整體式說成「發光、受光與輸出在同一個本體」,是本文對範圍的說明;來源 2 只寫輸出是一個開關訊號,來源 6 寫對射分在兩個本體、回歸反射與漫反射是一個本體,沒有逐字寫這個定義。
- 範圍:本文的光電感測器指發光、受光與輸出在同一本體的整體式,光纖感測器指光纖頭加放大器;雷射位移、安全光柵與影像式不在範圍;不談各家型號對照、價格與交期;沒有讀標準全文,不寫「符合法規」或「這樣就安全」,涉及機台安全的部分,請依製造商的規格與現場規定。
- 設備與商品:「嘉鴻能幫的」只取商品頁的商品名稱字樣,沒有引用商品頁的型號、感測距離、輸出、電源電壓、防護等級與回應時間;各款的規格請洽詢,以業務確認的資料為準。
本文為一般情況的整理,不是標準條文的轉述,也不是對某一家供應商、設備廠或服務商的背書,更不構成對您的感測點、目標與現場環境的保證。請以您的感測器製造商的書面規格、現場規定與安全規定,以及您自己在實際位置的試驗為準;此為一般情況,仍需視個案而定。