CN103411634A

CN103411634A - 智能型背景抑制光电传感器

Info

Publication number: CN103411634A
Application number: CN2012104907945A
Authority: CN
Inventors: 谢勇
Original assignee: SHANGHAI LANBAO SENSING TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHANGHAI LANBAO SENSING TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-11-28
Filing date: 2012-11-28
Publication date: 2013-11-27

Abstract

智能型背景抑制光电传感器，它涉及光电传感器技术领域，它的发射透镜的一侧设置有LED发射管，LED发射管的正极接电源，LED发射管的负极与第一相位及赋值可控电流源的一端连接，第一相位及赋值可控电流源的A相与时钟源的一端连接，时钟源的另一端与第二相位及赋值可控电流源的B相连接，第二相位及赋值可控电流源的IO端分别与信号调理电路、幅值比较器连接，第二相位及赋值可控电流源的一端与LED补偿发射管的负极连接，LED补偿发射管的正极与电源连接；它能抗强光干扰，在距离设定时可以根据目标物的远近，设定不同的发射电流强度，并减少了传感器在检测远处低反光率物体时的距离衰减。

Description

智能型背景抑制光电传感器

技术领域：

本发明涉及光电传感器技术领域，具体涉及智能型背景抑制光电传感器。

背景技术：

背景抑制型光电传感器，检测结果只与检测距离有关，而与物体表面颜色和反光率无关，可以适用于检测明亮颜色背景表面的暗色目标体，由于目标检测物的颜色和反光率不同，选用常规漫反射型传感器在很多场合无法可靠检测。

市场上现有的背景抑制光传感器，有以下两种设计方案：

第一种是采用机械式调节接收透镜，接收器件是双接收光敏二极管，其基本原理是：接收器分成远端区域和近端区域，不同远近目标体反射回光线在远近区域的强度将不同，当近端区域接收光强大于远端，为检测到目标体，通过调节接收透镜才能改变检测距离。此方案无法实现距离的自动设定，使用不便。

另外一种是电子式调节，采用位置传感器PSD实现，此方案理论上可以实现距离的自动调节，但是电路实现成本过高，无法应用在传感器领域，因此现有使用此方案的传感器距离调节依然是采用电位器方式。

如图1所示，现有背景抑制光电传感器由发射脉冲发生器1、发射器2、被检测物3、PSD位置传感器4将接收光点的位置信息转换成两路电流信号I1和I2，双路前置放大电路5实现电流转电压并进行信号放大，双通道同步模数转换电路6通过CH1和CH2的ADC通道实现信号的同步采集，将其转化为数字量，SPI串行数据采集接口7将数字量信号传送给MCU，MCU微处理芯片8对数据信号进行运算处理，开集电极输出电路9输出测量信号。

综上所述存在如下缺点：一、对安装使用环境要求较高。环境光的强弱会直接影响接收器灵敏度，环境光过强会影响传感器的检测结果，通常使用在5000Lux以下；当环境光发生变化时，传感器需校准；

二、距离调节需要使用电位器，信号放大前端放置电位器会引入噪声干扰，产品的为外壳防护等级下降，且无法满足智能化***的调节需求；

三、发射电流强度多为固定值，在检测远处物体时，由于被检测物体反射信号很微弱，使得传感器检测稳定性减弱，对低反光率的目标体，例如反光率为6％的黑色目标体检测检结果有一定的衰减，通常黑白色敏性衰减范围在10％到30％之间。

发明内容：

本发明的目的是提供智能型背景抑制光电传感器，它能抗强光干扰，在距离设定时可以根据目标物的远近，设定不同的发射电流强度，并减少了传感器在检测远处低反光率物体时的距离衰减，黑白色敏性衰减＜10％。

为了解决背景技术所存在的问题，本发明是采用如下技术方案：它包含发射透镜11、第一相位及赋值可控电流源12、时钟源13、第二相位及赋值可控电流源14、幅值比较器15、前置放大电路16、导光器17、PSD位置传感器18、接收透镜19、LED发射管S、LED补偿发射管C，发射透镜11的一侧设置有LED发射管S，LED发射管S的正极接电源，LED发射管S的负极与第一相位及赋值可控电流源1的一端连接，第一相位及赋值可控电流源1的A相与时钟源13的一端连接，时钟源13的另一端与第二相位及赋值可控电流源14的B相连接，第二相位及赋值可控电流源14的IO端分别与信号调理电路、幅值比较器15连接，第二相位及赋值可控电流源14的一端与LED补偿发射管C的负极连接，LED补偿发射管C的正极与电源连接，LED补偿发射管C与导光器17相配合，导光器17的一侧设置有PSD位置传感器18，PSD位置传感器18的一侧设置有接收透镜19，PSD位置传感器18的I1脚、I2脚分别与前置放大电路16连接。

本发明由于***自校正机理所补偿的动平衡态的破坏源来自环境中的一切影响，不仅包含了被测物体的位移信息，也包含了环境光、温度变化等所有破坏动平衡的因素的影响，因此，***具备极强的抗干扰性。

本发明实现了背景抑制光电传感器的智能化，除了上述的自设定、自校正等功能外，还具备通信功能，可以将检测数据通过通信接口传送给上位机***，使传感器可以适用于现场环境恶劣且需要调节的场合，并且智能型控制***，需要实时获取传感器信息，并且对传感器参数进行调节，另外信号调理电路成本仅为原方案的20％，市场情景巨大。

本发明有如下有益效果：一、抗强光干扰，使传感器可以使用在环境光强度为200000Lux的场合，彻底解决了现有背景抑制光电传感器无法适用与强光环境的缺点；(日光环境：户外夏日晴天强光下照度为200000Lux)；

二、改变了传统背景抑制光电传感器必须依靠电位器进行距离调节，具有智能化自设定、自校正功能；

三、传感器在距离设定时可以根据目标物的远近，设定不同的发射电流强度，弥补了现有传感器在此方面的设计缺陷，并减少了传感器在检测远处低反光率物体时的距离衰减，黑白色敏性衰减＜10％。

附图说明：

图1为背景技术的结构示意图，

图2为本发明的结构示意图，

图3为本具体实施方式中发射光路的光学三角测距原理图，

图4为本具体实施方式应用于PSD器件信号调理的示意图。

具体实施方式：

参看图2，本具体实施方式采用如下技术方案：它包含发射透镜11、第一相位及赋值可控电流源12、时钟源13、第二相位及赋值可控电流源14、幅值比较器15、前置放大电路16、导光器17、PSD位置传感器18、接收透镜19、LED发射管S、LED补偿发射管C，发射透镜11的一侧设置有LED发射管S，LED发射管S的正极接电源，LED发射管S的负极与第一相位及赋值可控电流源1的一端连接，第一相位及赋值可控电流源1的A相与时钟源13的一端连接，时钟源13的另一端与第二相位及赋值可控电流源14的B相连接，第二相位及赋值可控电流源14的IO端分别与信号调理电路、幅值比较器15连接，第二相位及赋值可控电流源14的一端与LED补偿发射管C的负极连接，LED补偿发射管C的正极与电源连接，LED补偿发射管C与导光器17相配合，导光器17的一侧设置有PSD位置传感器18，PSD位置传感器18的一侧设置有接收透镜19，PSD位置传感器18的I1脚、I2脚分别与前置放大电路16连接。

参看图3，发射光线如果被被测物体21遮挡，反射到PSD的远端位置，光线如果被被测物体22遮挡，反射到PSD的靠中心位置，光线如果被被测物体23遮挡，反射到PSD的近端位置，根据PSD器件对光斑位置的检测原理，传感器可以检测到被测物体的远近，且其检测结果与目标物的颜色形状等无关，可以实现背景抑制功能。

参看图4，本具体实施方式有如下特点：一、新增了补偿发射管，补偿发射管由电流源驱动导通，是一组与源发射管控制信号反相的脉冲，彼此相位相差180°，当LED发射管S导通时，PSD接收到由目标物反射的信号，当LED补偿发射管C导通时，PSD接收到的是经过导光器传导的补偿信号，信号经过接收前置放大后，比较两次幅值，HALIOS***设计关键是通过幅值信号的叠加，使叠加后的信号达到动平衡态。当来自外部的信号和干扰导致动平衡态破坏时，***自动校正，不断调节补偿发射电流，根据补偿量的多少判断PSD接到信号I1和I2的强弱；

二、实现过程需要对信号进行分时处理，使用两个或以上Loop，每个Loop是指对一个多脉冲检测周期，I1进入AN端，在Loop1中进行数据获取，I2进入KA端，在Loop2中进行数据获取。

本具体实施方式由于***自校正机理所补偿的动平衡态的破坏源来自环境中的一切影响，不仅包含了被测物体的位移信息，也包含了环境光、温度变化等所有破坏动平衡的因素的影响，因此，***具备极强的抗干扰性。

本具体实施方式实现了背景抑制光电传感器的智能化，除了上述的自设定、自校正等功能外，还具备通信功能，可以将检测数据通过通信接口传送给上位机***，使传感器可以适用于现场环境恶劣且需要调节的场合，并且智能型控制***，需要实时获取传感器信息，并且对传感器参数进行调节，另外信号调理电路成本仅为原方案的20％，市场情景巨大。

本具体实施方式有如下有益效果：一、抗强光干扰，使传感器可以使用在环境光强度为200000Lux的场合，彻底解决了现有背景抑制光电传感器无法适用与强光环境的缺点；(日光环境：户外夏日晴天强光下照度为200000Lux)；

Claims

1.智能型背景抑制光电传感器，其特征在于它包含发射透镜(11)、第一相位及赋值可控电流源(12)、时钟源(13)、第二相位及赋值可控电流源(14)、幅值比较器(15)、前置放大电路(16)、导光器(17)、PSD位置传感器(18)、接收透镜(19)、LED发射管(S)、LED补偿发射管(C)，发射透镜(11)的一侧设置有LED发射管(S)，LED发射管(S)的正极接电源，LED发射管(S)的负极与第一相位及赋值可控电流源(1)的一端连接，第一相位及赋值可控电流源(1)的A相与时钟源(13)的一端连接，时钟源(13)的另一端与第二相位及赋值可控电流源(14)的B相连接，第二相位及赋值可控电流源(14)的IO端分别与信号调理电路、幅值比较器(15)连接，第二相位及赋值可控电流源(14)的一端与LED补偿发射管(C)的负极连接，LED补偿发射管(C)的正极与电源连接，LED补偿发射管(C)与导光器(17)相配合，导光器(17)的一侧设置有PSD位置传感器(18)，PSD位置传感器(18)的一侧设置有接收透镜(19)，PSD位置传感器(18)的I1脚、I2脚分别与前置放大电路(16)连接。