CN110220541B - 红外检测装置及红外光电传感器 - Google Patents

红外检测装置及红外光电传感器 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种红外检测装置及红外光电传感器，该红外检测装置包括：第一电阻；红外线发射管；驱动管；第二电阻；红外线接收管；滤波电路，滤波电路与红外线接收管的第二极连接，滤波电路用于将输入的脉冲信号中的直流信号滤除；电压比较电路。本发明的红外检测装置及红外光电传感器，驱动管的控制极用于输入脉冲控制信号，驱动管导通时，红外发射管发射红外线，驱动管截止时，红外发射管停止发射红外线，从而使红外检测装置工作在低占空比的脉冲模式，可降低能耗，增加其在电池设备上的工作时间；滤波电路可将因环境光干扰产生的直流信号滤除，可避免环境光中红外线的干扰，使其在室外光线较强的情况下仍可正常工作。

Description

红外检测装置及红外光电传感器
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种红外检测装置及红外光电传感器。
背景技术
红外光电传感器可以用来检测地面明暗和颜色的变化，也可以用来探测有无接近物体。
相关技术中，红外光电传感器的电路通常为图1所示，红外对管的红外发射管发出红外光，经被测试物体反射被红外接收管接收到，根据接收光强的大小，红外接收管会产生相应的电流，此电流经过红外接收管上拉电阻后产生压降，当压降达到比较器LM393设置的阈值时(被测物体足够靠近)，比较器发生偏转，被测物体被检测到。
但上述技术至少存在如下技术问题：
(1)抗环境光干扰差，特别是自然光。因为太阳中含有大量的红外线，会造成检测距离发生变化甚至红外接收管完全饱和，在室外光线较强的情况下很难正常工作；
(2)红外线发射管持续工作，会消耗大量电能，在电池设备上使用时，电池消耗较快，工作时间短。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的第一个目的在于提出一种红外检测装置，驱动管的控制极用于输入脉冲控制信号，驱动管导通时，红外发射管发射红外线，驱动管截止时，红外发射管停止发射红外线，从而使红外检测装置工作在低占空比的脉冲模式，可降低能耗，增加其在电池设备上的工作时间；滤波电路可将因环境光干扰产生的直流信号滤除，可避免环境光中红外线的干扰，使其在室外光线较强的情况下仍可正常工作。
本发明的第二个目的在于提出一种红外光电传感器。
为达上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种红外检测装置，包括：
第一电阻；
红外线发射管，所述红外线发射管的阳极通过所述第一电阻与第一直流电源连接；
驱动管，所述驱动管的第一极与所述红外线发射管的阴极连接，所述驱动管的第二极接地，所述驱动管的控制极用于输入脉冲控制信号；
第二电阻；
红外线接收管，所述红外线接收管的第一极与所述第一直流电源连接，所述红外线接收管的第二极通过所述第二电阻接地；
滤波电路，所述滤波电路与所述红外线接收管的第二极连接，所述滤波电路用于将输入的脉冲信号中的直流信号滤除；
电压比较电路，所述电压比较电路分别与所述滤波电路和所述红外检测装置的信号输出端连接，所述电压比较电路用于当输入的脉冲信号的幅度达到设定幅度阈值时，输出相同频率的脉冲信号。
根据本发明实施例提出的红外检测装置，驱动管的控制极用于输入脉冲控制信号，驱动管导通时，红外发射管发射红外线，驱动管截止时，红外发射管停止发射红外线，从而使红外检测装置工作在低占空比的脉冲模式，可降低能耗，增加其在电池设备上的工作时间；滤波电路可将因环境光干扰产生的直流信号滤除，可避免环境光中红外线的干扰，使其在室外光线较强的情况下仍可正常工作。
根据本发明的一个实施例，所述滤波电路包括：第一电容，所述第一电容的第一端与所述红外线接收管的第二极连接，所述第一电容的第二端与所述电压比较电路连接；第三电阻，所述第三电阻的第一端与所述第一电容的第二端连接，所述第三电阻的第二端接地。
根据本发明的一个实施例，所述电压比较电路包括：比较器，所述比较器的输入正端与所述滤波电路连接，所述比较器的输入负端用于输入所述设定幅度阈值，所述比较器的输出端与所述红外检测装置的信号输出端连接。
根据本发明的一个实施例，该红外检测装置还包括：电压跟随电路，所述红外线接收管的第二极通过所述电压跟随电路与所述滤波电路连接，所述电压跟随电路用于对输入的脉冲信号进行缓冲。
根据本发明的一个实施例，所述电压跟随电路包括：第一运算放大器，所述第一运算放大器的输入正端与所述红外线接收管的第二极连接，所述第一运算放大器的输入负端分别与所述第一运算放大器的输出端和所述滤波电路连接。
根据本发明的一个实施例，该红外检测装置还包括：同相放大电路，所述滤波电路通过所述同相放大电路与所述电压比较电路连接，所述同相放大电路用于对输入的脉冲信号进行幅值放大处理。
根据本发明的一个实施例，所述同相放大电路包括：第四电阻；第五电阻；第六电阻；第二运算放大器，所述第二运算放大器的输入正端通过所述第四电阻与所述滤波电路连接，所述第二运算放大器的输入负端通过所述第五电阻接地，所述第二运算放大器的输入负端通过所述第六电阻与所述第二运算放大器的输出端连接，所述第二运算放大器的输出端与所述电压比较电路连接。
根据本发明的一个实施例，该红外检测装置还包括：稳压电路，所述电压比较电路通过所述稳压电路与所述红外检测装置的信号输出端连接，所述稳压电路用于对输入的脉冲信号进行稳压处理，消除抖动。
根据本发明的一个实施例，所述稳压电路包括：施密特触发器。
为达上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种红外检测装置，包括：控制器和本发明第一方面实施例所述的红外检测装置；所述控制器与所述红外检测装置的信号输出端连接，用于根据输入的脉冲信号确定是否检测到物体。
附图说明
图1是相关技术中红外光电传感器的检测装置的电路图；
图2是根据本发明一个实施例的红外检测装置的结构图；
图3是根据本发明一个实施例的红外检测装置的电路图；
图4是根据本发明一个实施例的红外光电传感器的结构图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面结合附图来描述本发明实施例的红外检测装置及红外光电传感器。
图2是根据本发明一个实施例的红外检测装置的结构图，如图2所示，该红外检测装置包括：
第一电阻R1；
红外线发射管D2，红外线发射管D2的阳极通过第一电阻R1与第一直流电源VCC连接；
驱动管Q1，驱动管Q1的第一极与红外线发射管D2的阴极连接，驱动管Q1的第二极接地，驱动管Q1的控制极用于输入脉冲控制信号；
第二电阻R2；
红外线接收管D1，红外线接收管D1的第一极与第一直流电源VCC连接，红外线接收管D1的第二极通过第二电阻R2接地；
滤波电路11，滤波电路11与红外线接收管D1的第二极连接，滤波电路11用于将输入的脉冲信号中的直流信号滤除；
电压比较电路12，电压比较电路12分别与滤波电路11和红外检测装置的信号输出端signal out连接，电压比较电路12用于当输入的脉冲信号的幅度达到设定幅度阈值时，输出相同频率的脉冲信号。
本发明实施例中，驱动管Q1具体可为如图2所示NPN三极管，其控制端具体可为三极管的基极。如图2所示，驱动管Q1的控制极用于输入脉冲控制信号Drive_signal，脉冲控制信号Drive_signal由控制器或其他外部装置产生。当Drive_signal为高电平时，驱动管Q1导通，从而红外线发射管D2回路导通，红外线发射管D2中有电流经过，发出红外线，当Drive_signal为低电平时，驱动管Q1截止，从而红外线发射管D2回路截止，红外线发射管D2中无电流经过，停止发出红外线，从而可使红外检测装置工作在低占空比的脉冲模式，可降低能耗，增加其在电池设备上的工作时间。
红外接收管D2根据接收到的光强产生相应的电流，电流经过第二电阻R2在第二电阻R2上产生相应的电压信号，由于红外发射管D2工作在脉冲模式下，且环境光干扰主要表现为一个较强的直流信号，因此，第二电阻R2上的电压信号为一个叠加在直流信号(环境光干扰信号)上的脉冲信号(有用信号)。滤波电路11与红外接收管D1的第二极连接，将输入的脉冲信号(即R2上的电压信号)中的直流信号(环境光干扰信号)滤除，从而可避免环境光中红外线的干扰。
滤波电路11将滤波后的脉冲信号输入至电压比较电路12，电压比较电路12当输入的脉冲信号的幅度达到设定幅度阈值时，输出相同频率的脉冲信号，从而根据输出的脉冲信号实现红外检测。
根据本发明实施例提出的红外检测装置，驱动管的控制极用于输入脉冲控制信号，驱动管导通时，红外发射管发射红外线，驱动管截止时，红外发射管停止发射红外线，从而使红外检测装置工作在低占空比的脉冲模式，可降低能耗，增加其在电池设备上的工作时间；滤波电路可将因环境光干扰产生的直流信号滤除，可避免环境光中红外线的干扰，使其在室外光线较强的情况下仍可正常工作。
进一步的，如图3所示，图3是根据本发明一个实施例的红外检测装置的电路图，图2所示实施例中滤波电路11具体可包括：
第一电容C5，第一电容C5的第一端与红外线接收管D1的第二极连接，第一电容C5的第二端与电压比较电路12连接；
第三电阻R8，第三电阻R8的第一端与第一电容C5的第二端连接，第三电阻R8的第二端接地。
本发明实施例中，滤波电路11具体可为第一电容C5、第三电阻R8构成的高通滤波器，用于滤除脉冲信号中的直流信号。
进一步的，如图3所示，图2所示实施例中电压比较电路12具体可包括：
比较器U1C，比较器U1C的输入正端与滤波电路12连接，比较器U1C的输入负端用于输入设定幅度阈值，比较器的输出端与红外检测装置的信号输出端signal out连接。
本发明实施例中，如图3所示，电压比较电路12还可包括电容C18、电阻R9、R12。
进一步的，如图3所示，图2所示实施例基础上，该红外检测装置还可包括：
电压跟随电路13，红外线接收管D1的第二极通过电压跟随电路13与滤波电路11连接，电压跟随电路13用于对输入的脉冲信号进行缓冲。
具体的，如图3所示，电压跟随电路13可包括：
第一运算放大器U1A，第一运算放大器U1A的输入正端与红外线接收管D1的第二极连接，第一运算放大器U1A的输入负端分别与第一运算放大器U1A的输出端和滤波电路11连接。
进一步的，如图3所示，图2所示实施例基础上，该红外检测装置还可包括：
同相放大电路14，滤波电路11通过同相放大电路14与电压比较电路12连接，同相放大电路14用于对输入的脉冲信号进行幅值放大处理。
具体的，如图3所示，同向放大电路14可包括：
第四电阻R7；
第五电阻R10；
第六电阻R11；
第二运算放大器U1B，第二运算放大器U1B的输入正端通过第四电阻R7与滤波电路11连接，第二运算放大器U1B的输入负端通过第五电阻R10接地，第二运算放大器U1B的输入负端通过第六电阻R11与第二运算放大器U1B的输出端连接，第二运算放大器U1B的输出端与电压比较电路12连接。
进一步的，如图3所示，图2所示实施例基础上，该红外检测装置还可包括：
稳压电路15，电压比较电路12通过稳压电路15与红外检测装置的信号输出端signal out连接，稳压电路15用于对输入的脉冲信号进行稳压处理，消除抖动。
具体的，如图3所示，稳压电路15可包括：施密特触发器。
本发明实施例中，当被测物体恰好在电压比较电路12中比较器U1C翻转阈值附近时，比较器U1C可能输出大量抖动信号，稳压电路15可消除抖动，防止误判。
本发明实施例的红外检测装置的工作原理如下：
驱动管Q1的控制极输入脉冲控制信号，从而在第二电阻R2上产生电压信号，电压信号为一个叠加在直流信号(环境光干扰信号)上的脉冲信号(有用信号)，电压跟随电路13对该信号进行缓冲，滤波电路11将缓冲后的信号中的直流信号滤除，同向放大电路14对滤除后的信号进行幅值放大处理，电压比较电路12当输入的放大后的脉冲信号的幅度达到设定幅度阈值时，输出相同频率的脉冲信号，经过稳压电路15消除抖动，输出至红外检测装置的信号输出端signal out，从而实现红外检测。
根据本发明实施例提出的红外检测装置，驱动管的控制极用于输入脉冲控制信号，驱动管导通时，红外发射管发射红外线，驱动管截止时，红外发射管停止发射红外线，从而使红外检测装置工作在低占空比的脉冲模式，可降低能耗，增加其在电池设备上的工作时间；滤波电路可将因环境光干扰产生的直流信号滤除，可避免环境光中红外线的干扰，使其在室外光线较强的情况下仍可正常工作。
为了实现上述实施例，本发明实施例还提出一种红外光电传感器20，如图4所示，包括如上述实施例所示的红外检测装置21；控制器与红外检测装置21的信号输出端signalout连接，用于根据输入的脉冲信号确定是否检测到物体。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种红外检测装置，其特征在于，包括：
第一电阻；
红外线发射管，所述红外线发射管的阳极通过所述第一电阻与第一直流电源连接；
驱动管，所述驱动管的第一极与所述红外线发射管的阴极连接，所述驱动管的第二极接地，所述驱动管的控制极用于输入脉冲控制信号；
第二电阻；
红外线接收管，所述红外线接收管的第一极与所述第一直流电源连接，所述红外线接收管的第二极通过所述第二电阻接地；
滤波电路，所述滤波电路与所述红外线接收管的第二极连接，所述滤波电路用于将输入的脉冲信号中的直流信号滤除；
电压比较电路，所述电压比较电路分别与所述滤波电路和所述红外检测装置的信号输出端连接，所述电压比较电路用于当输入的脉冲信号的幅度达到设定幅度阈值时，输出相同频率的脉冲信号；
所述滤波电路包括：
第一电容，所述第一电容的第一端与所述红外线接收管的第二极连接，所述第一电容的第二端与所述电压比较电路连接；
第三电阻，所述第三电阻的第一端与所述第一电容的第二端连接，所述第三电阻的第二端接地；
所述电压比较电路包括：
比较器，所述比较器的输入正端与所述滤波电路连接，所述比较器的输入负端用于输入所述设定幅度阈值，所述比较器的输出端与所述红外检测装置的信号输出端连接。
2.根据权利要求1所述的红外检测装置，其特征在于，还包括：
电压跟随电路，所述红外线接收管的第二极通过所述电压跟随电路与所述滤波电路连接，所述电压跟随电路用于对输入的脉冲信号进行缓冲。
3.根据权利要求2所述的红外检测装置，其特征在于，所述电压跟随电路包括：
第一运算放大器，所述第一运算放大器的输入正端与所述红外线接收管的第二极连接，所述第一运算放大器的输入负端分别与所述第一运算放大器的输出端和所述滤波电路连接。
4.根据权利要求1所述的红外检测装置，其特征在于，还包括：
同相放大电路，所述滤波电路通过所述同相放大电路与所述电压比较电路连接，所述同相放大电路用于对输入的脉冲信号进行幅值放大处理。
5.根据权利要求4所述的红外检测装置，其特征在于，所述同相放大电路包括：
第四电阻；
第五电阻；
第六电阻；
第二运算放大器，所述第二运算放大器的输入正端通过所述第四电阻与所述滤波电路连接，所述第二运算放大器的输入负端通过所述第五电阻接地，所述第二运算放大器的输入负端通过所述第六电阻与所述第二运算放大器的输出端连接，所述第二运算放大器的输出端与所述电压比较电路连接。
6.根据权利要求1所述的红外检测装置，其特征在于，还包括：
稳压电路，所述电压比较电路通过所述稳压电路与所述红外检测装置的信号输出端连接，所述稳压电路用于对输入的脉冲信号进行稳压处理，消除抖动。
7.根据权利要求6所述的红外检测装置，其特征在于，所述稳压电路包括：施密特触发器。
8.一种红外光电传感器，其特征在于，包括：控制器和如权利要求1-7任一项所述的红外检测装置；
所述控制器与所述红外检测装置的信号输出端连接，用于根据输入的脉冲信号确定是否检测到物体。
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