技术干货丨深圳意普详解安全光栅工作原理，避开常见误区与安全风险

在工业自动化领域，安全光栅是保障人身安全的关键防护装置。正确理解其工作原理，对设备选型、安装调试及日常使用都至关重要。接下来，小编将围绕安全光栅的基本结构、工作原理及常见误解，进行简明解析。

PART 01工作原理

安全光栅由发射器和接收器两部分组成：（1）发射器：内部含有多个等间距排列的红外发射管，向接收器方向发射平行光束。（2）接收器：内部含有相同数量、同等间距排列的红外接收管，用于接收来自发射器的光束。

在常规的平行扫描模式下，发射管与接收管一一对应。当某一接收管在应有光信号的时间内未接收到光束时，安全光栅判断该光束被遮挡，并对外输出信号给PLC等控制器，或直接控制设备停止运行，从而实现安全防护。

PART 02常用术语

光轴间距：相邻两束光的光轴之间的距离。

分辨率：光栅可检测的物体最小尺寸，等于光轴间距加上透镜宽度。用直径等于分辨率的圆柱体，置于保护区域内任意位置时，光栅应保持检测到被挡光的状态。

保护高度：最远两束光的光轴之间的距离。

PART 03常见误解解析

误解1：光束是小直径的圆柱形。

实际：每束光都是有一定发射角的圆锥形扩大光束。

由于物料和组装过程中存在公差，实际光束的光轴方向与设计光轴之间往往会有一定的倾角。如果采用小直径的圆柱形光束，光轴稍有偏移，就可能无法准确照射到接收管的有效区域。以对射距离12米、接收透镜有效直径仅1厘米的情况为例，此时允许的光轴倾角偏差仅为：arctan(0.01/12)= 0.048°。

这个角度极小，远远超出了常规制造公差的可控范围，几乎不具备量产可行性。而当采用圆锥形扩大光束时，只要光轴的偏角小于光束的半发射角，就能确保光束覆盖接收管的有效区域，从而大幅降低了对装配精度的要求。

对射距离3m，高度0.3m，光轴间距10mm的光栅，实际对射状态是这样的：

误解2：所有光束同时发射与接收。

实际：光束轮流发射，同一时刻仅一颗发射管工作，对应接收管处于接收状态。

若同时发射，当遮挡物靠近发射器时，接收器可能被其他光束的光斑覆盖，无法准确判断遮挡状态。轮流发射可有效避免相邻光束的相互干扰。

对射距离3m，高度0.3m，光轴间距10mm的光栅，在靠近发射器的位置被一根手指挡住时：

而轮流发射时，就可以避免相邻光束的误检测问题。

PART 04圆锥形光束的副作用

对射距离越远，圆锥形光束的有效光斑越大。

正常工作时，可检测灯3被挡：

当光栅附近存在高反射率的物体表面时，反射光可能照射到对应接收管，导致无法正确检测遮挡状态。

与光轴平行方向，近距离范围内有反射面时，灯3会被反射回来的发射光照亮，无法检测是否被遮挡：

PART 05标准对发射角的要求

根据IEC 61496-2及GB/T 19436-2标准，对射距离3m以上的4级安全光栅，要求半发射角不超过2.5°。这一要求对结构设计、光学设计、物料精度及组装精度均提出极高要求。能否量产满足4级要求的安全光栅，是衡量供应商技术实力的重要标准。

不同对射距离允许的最大半发射角：

全光栅的工作原理并非“简单对射”那般直观，正确理解其真实工作状态，有助于避免使用中的误解与安全风险。

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