反射式光电传感器QRE1113结构设计

　　做小型自动化设备的位置检测方案时，经常会碰到安装空间极度受限的场景，比如桌面级小型送料机构的物料到位检测、微型滑台的原点定位、手持检测设备的表面识别模块，这时候常规的圆柱型光电开关体积太大，根本塞不下，QRE1113这类贴片式反射光电传感器就成了首选。很多刚接触选型的工程师容易把它和对射式传感器搞混，实际上它是把红外发射管和接收管集成在同一个塑封壳体内，依靠检测物体表面反射回来的红外光强度来判断物体是否存在，不需要在检测位对面加装反光板或者对射接收端，单侧面安装就能完成检测，这对紧凑结构的布局来说省了非常多的安装空间。

　　从结构设计的角度看，这款传感器的塑封壳体采用黑色不透光环氧树脂材料，一方面是为了隔绝外界环境杂散光的干扰，避免车间照明、设备指示灯的光线串入接收管造成误触发，另一方面也能给内部的发射、接收芯片提供物理防护，抵御装配过程中的轻微磕碰，以及日常使用中的粉尘、潮气侵蚀。壳体上的隔光筋是很容易被忽略的设计细节，它在发射管和接收管之间形成了一道物理遮光屏障，避免发射管发出的红外光不经过检测物体直接串到接收端，导致传感器出现无检测物时的输出误动作，这个隔光筋的高度和宽度直接决定了传感器的检测距离阈值，建模的时候如果随意改动这个尺寸，会直接导致实际检测灵敏度和设计值出现偏差。

　　引脚部分采用的是SMD贴片式弯脚设计，两个引脚分别对应发射端和接收端的电路连接，引脚的弯折角度、伸出长度都严格对应标准SMT贴片的焊盘尺寸，做PCB封装设计的时候要注意，引脚的焊盘不能太靠近壳体根部，要留出足够的焊锡爬升空间，避免回流焊的时候出现虚焊、立碑的问题。另外引脚的材质是镀锡铜合金，既有足够的结构强度，在贴片装配时不会轻易弯折变形，也能保证良好的焊接可靠性，建模时要注意引脚和壳体之间的装配间隙，不能出现干涉，实际生产中引脚和塑封壳体是通过注塑嵌合固定的，结合位置要做密封处理，避免助焊剂顺着缝隙渗入壳体内部污染光学芯片。

　　实际选型应用的时候，要特别注意它的安装边界尺寸，这款传感器的本体厚度很小，适合贴装在PCB板的边缘位置，检测方向垂直于PCB板面的时候，要预留出检测方向的空间，不能有结构件遮挡在检测窗口前方。它的最佳检测距离是很短的，通常在1mm到3mm之间，适合近距离的位置检测，比如打印设备里的纸张到位检测、小型编码器的码盘读取、智能门锁的锁舌位置检测，这些场景的检测距离近，安装空间小，用这款传感器刚好匹配。如果检测距离超过5mm，它的接收信号强度会大幅衰减，容易出现检测不稳定的情况，这时候就不适合选用了。

　　做三维建模的时候，要准确还原壳体的倒角细节，尤其是检测窗口位置的斜角设计，这个角度是为了让发射管的红外光以合适的角度射出，同时让反射光能最大程度进入接收管的受光面，建模时如果把这个位置做成直角，会导致光线的出射和入射角度出现偏差，后续做光学仿真的时候结果就会和实际产品有出入。另外壳体底部的平面度也很重要，因为它是贴装在PCB板上的，如果底部平面度超差，贴片的时候会出现本体倾斜，导致检测方向偏移，实际检测位置和设计位置出现偏差，所以建模时壳体的安装基准面要和引脚的焊接基准面保持平行，公差要控制在SMT贴片允许的范围内。

　　在电路匹配设计上，这款传感器的发射端需要串联合适的限流电阻，避免发射管因为过流烧毁，接收端通常会搭配上拉电阻或者信号放大电路，把微弱的光电流信号转换成可以被MCU直接读取的电平信号。结构设计上要注意，传感器安装位置周围不要有高反光的金属结构件正对检测窗口，不然会造成反射光干扰，导致误检测，如果周围 unavoidably 有高反光部件，要做发黑处理或者加装遮光泡棉，把多余的反射光遮挡住。另外在有油污、粉尘的使用场景下，要在传感器检测窗口前方加装透明的防护镜片，避免油污附着在光学窗口上，导致透光率下降，检测灵敏度降低，防护镜片要选用红外光透过率高的亚克力或者玻璃材料，不能用普通的有色塑料，不然会衰减红外信号。

　　很多工程师在做装配验证的时候，容易忽略传感器的焊接温度曲线，因为它的塑封壳体是环氧树脂材料，回流焊的温度如果过高或者高温停留时间过长，会导致壳体变形，隔光筋移位，进而影响检测性能，所以建模的时候不需要体现焊接工艺，但在结构设计说明里要明确标注焊接的温度要求，和PCB布局时的散热考虑，比如传感器周围不要布置大功率发热元件，避免长期高温烘烤导致壳体老化。另外在做整机结构的跌落、振动仿真时，要考虑传感器引脚的焊接强度，因为贴片元件的引脚和PCB的连接是靠焊锡固定的，如果振动加速度过大，可能会出现焊锡开裂的情况，必要的时候可以在传感器壳体边缘点胶固定，提升抗振动性能，但点胶的时候要注意不能把胶弄到检测窗口上，不然会遮挡光路。