【摘要】随着电子信息技术的快速发展，光电传感器性能迅速提升，其运用领域也在不断扩大。光电传感器作为新的检测原件，其检测方式具有精度高、反应快、非接触、可测参数多等特点，近年光电传感器被广泛应用于检测和控制设备中。本文主要对光电传感器的工作原理和机制进行研究分析，并指出光电传感器在ATM机（自动柜员机）中的纸币处理模块上的具体应用，对于纸币处理设备中光电传感器运用技术发展具有重要意义。
【关键词】光电传感器；ATM机；纸币处理模块；元件
1 前言
金融行业快速的发展使得各种金融衍生产品大量出现，ATM机（自动柜员机）作为银行主要的现金处理设备，内部需要配置具备较高纸币处理能力的单元模块（纸币处理模块），此模块需对客户存取的纸币进行严格的识别及分类储存，并需对设备中纸币的位置进行精确定位及监控。而要想实现这些功能，必须在设备中配备相应的传感器以获取需要的信息。其中光电传感器由于其绝缘性好以及抗干扰能力强力等优良特性，在ATM机中得到广泛推广与应用，光电传感器的技术水平也直接影响了ATM机的安全性与稳定性。
2 光电传感器概述
2.1 光电效应
光电效应是光电传感器的理论基础，当光照射到某些物质上时，使该物质的电特性发生变化，这种现象就是光电效应。光电效应分为外光电效应和内光电效应，对于外光电效应而言，由于特定频率电磁波作用而产生的电流，导致光电子发射。内光电效应主要是由于光照射导致的，直接对物体的电导率产生影响，所以又被称作光电导效应。
2.2 光电传感器工作原理
图2-1 光电传感器原理图
光电传感器主要是实现能量转换，把传感器接收到的光信号转化为电信号，从而实现控制以及识别等目的。一般光电传感器由三部分组成，包括接受信号的接收器、发动电信号的发送器，另外还有检测电路。
如图2-1所示，光电传感器的发送器对准预定目标，利用半导体光源来发射光束，一般通过改变脉冲宽度实现光束的不间断发射。在接收器前面安装相应的透镜以及光圈（如图2-1所示），对于发射的信号进行接收，一般光电极管作为接收器使用。然后通过检测电路最终实现光信号和电信号的转换与传递。
3 光电传感器在纸币处理模块中的运用
纸币处理模块需对客户存取的纸币进行严格的识别及分类储存，并需对设备中纸币的位置进行精确定位及监控，而设备运行及对纸币的处理主要是通过光电传感器来获取相关信息，接下来就光电传感器在ATM中的具体应用进行分析。
3.1 U型传感器在纸币处理模块中的运用
3.1.1 转速检测 下图3-1是典型的检测码盘应用，码盘制作成栅格形状间断地遮挡传感器光路，传感器按照一定规律输出脉冲，从这些脉冲的数量获取转速、位移量等数据。在纸币处理模块中常见的应用是检测纸币在通道中的位移。
图3-1 检测码盘与输出
码盘的栅格数量是依据所检测的位移量精度确定的，以图32为例用栅格个数为n的码盘直径为D的通道轮，每个栅格对应的通道轮位移是：△S=πD/n。
图3-2 码盘示意图
栅格数量越多检测的精度就越高，但是栅格数量增加将导致栅格趋向细密，这将给加工带来困难，同时过于细小的栅格也可能引起传感器检测不可靠。栅格设计时需要综合考虑传感器遮挡范围和响应速度。
3.1.2 位置检测 位置检测是U型传感器最重要的应用之一，常见的形式是在必要的检测点处布置U形传感器，作为机构运动马达控制的信号来源。
图3-3 U型传感器遮挡方式
如图3-3所示，U形传感器用于运动物体的位置检测时，有2种方式遮挡传感器。方式1是遮挡物从传感器侧面向光轴中心运动，方式2是遮挡物从上面向光轴中心运动。设计时应优选方式1，如果受到空间限制无法采用方式1时才考虑选择方式2。按照方式2设计时，应考虑遮挡物停位的误差，确保遮挡物与传感器不会干涉。
3.2 对射传感器在纸币处理模块中的运用
3.2.1 通道对射传感器设计 对射传感器是纸币处理设备最重要的收集通道数据的电气元件，其通常安装于设备通道中实时检测纸币运行的数据，如纸币的斜度、宽度、间距、停留时间等数据。
图3-4 对射传感器
如图3-4在实际的设备通道设计中，检测点传感器设计通常有两种方式：
（1）发射管-接收管，这种方式主要用于需要检测斜度，检测光路较长的场合；
（2）发射管-棱镜-接收管，该方式在一般通道中较常用，一对传感器实现了两个检测点的效果，可以节约传感器，减少线缆，维护方便，节约成本，但棱镜的安装误差要求较高，光路不宜太长。
3.2.2 通道对射传感器布局
（1）纸币尺寸检测及控制
在纸币处理设备通道结构设计中，两段通道动力的衔接处必定存在间隙，宽度太窄的钞票经过通道衔接处时有可能出现动力不足而导致卡钞，所以对于宽度小于设定值的钞票，在分钞通道中需要有效检测并退出。实现这一方式需要在分钞通道中布置一对传感器，由于检测钞票的宽度，传感器的布置位置必须满足传感器距离分钞通道与传输通道连接点的距离必须大于要求的最小钞票宽度。如图35所示，假设结构设计中，允许进入通道最小的钞票宽度是W，则必须保证S＞W。
图3-5 传感器与传输通道位置示意图
（2）分支通道传感器布置
分支通道的通道选向一般由换向器进行切换控制，由于换向动作的稳定性问题，存在换向不成功的几率，也即存在钞票走错通道的几率，一般要求在分支通道靠近换向器的地方分别布置一对射传感器，用以检测钞票是否走错通道。如图36所示。
图3-6 分支通道传感器
（3）带启停模块的传感器布置
出于节能或资源利用率最大化的考虑，设备中的部分模块需要进行启停控制，如设备卷带暂存模块需要设计卷筒的启停控制，当钞票到达暂存模块时才启动卷筒转动，没钞票进入暂存模块时卷筒静止，目的是尽可能地利用卷带的有限长度暂存最多的钞票数量。实现这种控制需要在启停模块前布置一对射传感器，用于触发模块启动，这一对射传感器距离启停模块的距离有特殊的要求，最理想的状况是，钞票到达传感器时开始启动模块加速，钞票到达模块时模块通过加速刚好到达稳定的要求速度。如下图37所示：
图3-7 传感器及启停控制示意
传感器的布置必须考虑启停模块的启动加速距离，同时考虑到启停模块的负载稳定性，S应等于启动加速距离加上一适当余量。
（4）换向器配合的传感器布置
在距离换向器头部一定距离处必须布置一对射传感器，对射传感器离换向器的线距离是有严格要求的，假设通道线速度为v，换向器响应时间为t（t一般为换向器说明手册中的换向时间加上5ms的余量），钞票允许最大斜度为k，则对射传感器离换向器头部的最佳距离S为：S＝t×v+f（k），其中，f为以k为参数的几何函数，具体指钞票到达传感器触点与钞票头部尖点在通道方向上的投影距离。如图3-8所示：
图3-8 纸币与换向器的位置关系
4 结论
光电传感器作为传感器的典型代表，具有精度高、反应快、抗干扰性强等特点，在生活以及工业等各个领域得到了广泛应用。ATM机内的纸币处理模块作为高精密设备，在其中应用了大量的光电传感器来实现相应的功能，光电传感器对设备的运行稳定性具有重要的意义。
