CN116243328A - 传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及传感器技术领域，具体地涉及一种距离传感器。本发明中提供的传感器，包括：信号发射模块，用于发射光信号；信号接收模块，用于接收返回的光信号；示教显示模块，包括触发器与显示单元，显示单元构成为能够基于触发器的动作而在多种检测模式之间切换并显示，控制器，控制器与信号发射模块、信号接收模块以及示教显示模块通信连接，基于光信号以及显示单元所显示的检测模式确定输出信号并将输出信号显示于显示单元。传感器中设置了示教显示模块，能够通过与控制器连接的触发器直接进行传感器的工作模式切换，并且通过与控制器连接的显示单元，将传感器当前的工作模式直接以可视化的形式呈现，方便用户观察使用，提高了用户的使用体验。

Description

传感器
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，具体地涉及一种距离传感器。
背景技术
现有技术中，用于检测距离的通用传感器包括激光传感器、光纤传感器、光电传感器、红外传感器等。其中，常见的距离测量方法是利用信号遇到障碍物距离的不同则反射的强度也不同的原理进行障碍物远近的检测，即预设一个距离点的光信号强度阈值，将反射信号的光信号强度与该强度阈值进行比较，进而获得检测结果。
传感器在实际工作应用中，通常有L-ON和D-ON两种工作模式。L-ON模式即为光亮-接通模式，在传感器检测到指定目标时，发出接通信号；D-ON模式即为黑暗-接通模式，在传感器检测不到指定目标时，发出接通信号。用户可以根据检测要求、检测目标物体以及检测环境等具体情况，选择不同的检测模式。
但是，现有技术中，部分利用光强进行距离检测的传感器只支持其中一种模式，即分为L-ON传感器或D-ON传感器，若需要切换输出模式需要安装两个不同类型的传感器，既增加了制造成本和管理成本，也不便于用户使用。
如图1所示，现有技术中还提供了一种传感器，能够通过螺丝刀旋转切换开关来调节切换L-ON和D-ON两种工作模式。但这种传感器的工作模式调节需要借助螺丝刀辅助操作，便利性较低。而且，用户需要近距离对螺丝的转向进行观察，才能了解传感器当前的工作模式，用户的使用体验较差。
发明内容
针对以上问题，本发明提供了一种传感器。本发明中提供的传感器，通过发射/反射检测信号的时间进行对检测目标进行检测判断，且能够同时设置多个距离检测的阈值以实现同时检测不同高度的检测目标。
本发明的技术方案中，提供了一种传感器，包括：信号发射模块，用于发射光信号；信号接收模块，用于接收返回的光信号；示教显示模块，包括触发器与显示单元，显示单元构成为能够基于触发器的动作而在多种检测模式之间切换并显示，控制器，控制器与信号发射模块、信号接收模块以及示教显示模块通信连接，基于光信号以及显示单元所显示的检测模式确定输出信号并将输出信号显示于显示单元。
根据本发明的技术方案，传感器可以切换设置多种工作模式，相对于单一模式的传感器，原本需要多台传感器协同的进行的工作内容可通过单台传感器的模式切换实现，大大降低了生产制造的成本，并且用户在使用时购买成本降低但使用体验得到了提升。其中，传感器中设置了示教显示模块，能够通过与控制器连接的触发器直接进行传感器的工作模式切换，并且通过与控制器连接的显示单元，将传感器当前的工作模式直接以可视化的形式呈现，方便用户观察使用，进一步地提高了用户的使用体验。
优选地，本发明的技术方案中，传感器中的触发器为单个按钮。
根据本发明的技术方案，通过对触发器按钮的长按、短按及按键次数的变化，可以实现传感器的工作模式的切换、设置示教点等传感器调节控制动作，无需借助螺丝刀之类的外部工具，操作方便且成本低廉。
优选地，本发明的技术方案中，传感器中的示教显示模块针对各检测模式设定一个或多个示教点，每一示教点对应于特定距离的数值区间，控制器基于由信号发射模块发射的光信号与由信号接收模块接收到返回的光信号的时间差值而计算出检测值，比较检测值与数值区间而确定输出信号。
根据本发明的技术方案，传感器对检测目标进行检测时，通过信号发射模块向检测目标发射光信号，再通过信号接收模块接收检测目标反射回来的光信号，根据发射光信号和接收光信号的时间差结合光信号的传播速度能够准确计算出检测目标到传感器之间的距离；并且传感器的示教显示模块中可以预设多个示教点，每个示教点所示教的距离位置不同，通过将检测结果与多个示教点进行比较，传感器可以同时检测识别不同高度/距离的检测目标。
进一步地，本发明的技术方案中，传感器检测的检测值为光信号的发射时间和接收时间之间的时间差值或基于时间差值计算出的距离值，数值区间为时间区间或距离区间。
根据本发明的技术方案，由于光在环境中传播的速度十分稳定，通过光线往返的时间差值以及根据时间差值计算得到的距离值来进行示教的准确性较高，而且不会受到被检测物体的颜色材质或者检测环境中光线明暗等外部因素影响。
优选地，本发明的技术方案中，传感器中的显示单元包括检测模式显示元件以及输出信号显示元件。
根据本发明的技术方案，检测模式显示元件用于显示传感器当前的工作模式，以便用户直接观察，并能够根据待检测产品、检测要求、检测环境等因素直接对传感器的工作模式进行调节；输出信号显示元件用于显示传感器当前的检测结果，方便用户直接获悉传感器的检测结果，进而可以根据检测结果进行下一步的判断或调节。
进一步地，本发明的技术方案中，若为L-ON工作模式下，传感器的输出信号为ON时，输出信号显示元件为点亮状态；输出信号为OFF时，输出信号显示元件为熄灭状态。
根据本发明的技术方案，传感器能够通过LED灯等简单的输出信号显示元件即将检测结果以可视化的形式呈现出来，检测结果得到可清晰明确显示，同时能够进一步地降低传感器的生产制造成本。
优选地，本发明的技术方案中，传感器的检测模式包括L-ON模式以及D-ON模式，检测模式显示元件设置有一个且对应于L-ON与D-ON的切换显示。
根据本发明的技术方案，L-ON模式即为光亮-接通模式，在传感器检测到指定目标时，发出的输出信号为ON；D-ON模式即为黑暗-接通模式，在传感器检测不到指定目标时，发出的输出信号为ON；传感器通过一个检测模式显示元件即可将传感器两种工作模式直接以可视化的形式呈现，方便用户观察调节，并且能够结合输出信号显示元件的显示信号，综合获知传感器当前的工作模式和检测结果，从而能够直接判断出传感器当前是否检测到了检测目标。
进一步地，本发明的技术方案中，传感器的检测模式包括L-ON BGS模式、D-ON FGS模式、L-ON FGS模式以及D-ON BGS模式，检测模式显示元件设置有两个，分别对应于L-ON与D-ON的切换显示以及FGS与BGS的切换显示。
根据本发明的技术方案，传感器的工作模式不仅能够分为L-ON模式和D-ON模式，还能够根据对检测目标的检测误差要求分为FGS模式和BGS模式，从而衍生出4种工作模式，以便更好地满足传感器对不同物体和/或在不同检测环境下的不同检测要求。
附图说明
图1是现有技术中的一种传感器的示意图；
图2是本发明的实施方式中提供的一种传感器的内部结构框图；
图3是本发明的实施方式中提供的一种传感器的外部结构示意图；
图4是本发明的实施方式中提供的一种示教显示模块的示意图；
图5是本发明的实施方式中提供的传感器的一种示教情景的示意图。
附图标记说明：1-传感器，2-信号发射模块，3-信号接收模块，4-示教显示模块，41-触发器，42-显示单元，421-检测模式显示元件，422-输出信号显示元件，5-控制器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明的保护范围。
图2是本发明的实施方式中提供的一种传感器的内部结构框图。
如图2所示，在本发明的实施方式中，提供了一种传感器1，传感器1包括：信号发射模块2，用于发射光信号，与控制器5通信连接；信号接收模块3，用于接收返回的光信号，与控制器5通信连接；
图3是本发明的实施方式中提供的一种传感器的外部结构示意图。
如图3所示，在本发明的实施方式中，传感器1的示教显示模块4包括触发器41与显示单元42，显示单元42构成为能够基于触发器41的动作而在多种检测模式之间切换并显示；
在本发明的实施方式中，传感器1通常有L-ON和D-ON两种工作模式。L-ON模式即为光亮-接通模式，即在传感器1检测到指定目标时，对应的输出信号为ON状态；D-ON模式即为黑暗-接通模式，在传感器1检测不到指定目标时，对应的输出信号为ON状态，通过上述触发器41的动作能够直接使传感器1在两种工作模式之间进行切换。
图4是本发明的实施方式中提供的一种示教显示模块的示意图。
具体地，如图4所示，在本发明的实施方式中，传感器1中的显示单元42包括检测模式显示元件421以及输出信号显示元件422。
进一步地，在本发明的实施方式中，传感器1的检测模式包括L-ON BGS模式、D-ONFGS模式、L-ON FGS模式以及D-ON BGS模式，参考图4，对应于以上4种模式，检测模式显示元件421设置有两个，分别对应于L-ON与D-ON的切换显示以及FGS与BGS的切换显示。
其中，检测模式显示元件421用于显示传感器1当前的工作模式，例如，传感器1处于L-ON模式时，检测模式显示元件421a为点亮状态；传感器1处于D-ON模式时，检测模式显示元件421a为熄灭状态；传感器1处于BGS模式时，检测模式显示元件421b为点亮状态；传感器1处于FGS模式时，检测模式显示元件421b为熄灭状态。在图4中，显示单元42为空白填充时表示显示单元42为点亮状态，显示单元42为阴影填充时表示显示单元42为熄灭状态。
根据L-ON模式、D-ON模式以及FGS模式和BGS模式能够衍生出L-ON BGS模式、D-ONFGS模式、L-ON FGS模式以及D-ON BGS模式4种工作模式，以便更好地满足传感器1对不同物体和/或在不同检测环境下的不同检测要求。
传感器1的处于L-ON BGS模式时，421a、421b均为点亮状态；传感器1的处于D-ONFGS模式时，421a、421b均为熄灭状态；传感器1的处于L-ON FGS模式时，421a为点亮状态、421b为熄灭状态；传感器1的处于D-ON BGS模式时，421a为熄灭状态、421b为点亮状态；以便用户直接观察，并能够根据待检测产品、检测要求、检测环境等因素直接对传感器1的工作模式进行调节。
输出信号显示元件422用于显示根据传感器1当前的检测结果和工作模式得到的输出信号，方便用户直接获悉传感器1的输出结果，进而可以根据输出结果进行下一步的判断或调节。优选地，在本实施方式中，传感器1的输出信号为ON时，输出信号显示元件422为点亮状态；输出信号为OFF时，输出信号显示元件422为熄灭状态。
在本发明的实施方式中，传感器1中的显示单元42由LED灯构成，通过LED灯等构成显示单元42，将检测结果以可视化的形式呈现出来，检测结果可得到清晰明确显示，同时能够进一步地降低传感器1的生产制造成本。
优选地，在本发明的实施方式中，传感器1的示教显示模块4中触发器41为单个按钮。在进行传感器1的工作模式切换时，可以首先通过对触发器41进行一定时间(如8s)长按，使传感器1进入工作模式设定状态，然后短按第1次进入L-ON BGS模式，L-ON BGS模式下检测模式显示元件421a、检测模式显示元件421b和输出信号显示元件422进行同频闪烁→短按第2次进入D-ON FGS模式，D-ON FGS模式下仅输出信号显示元件422闪烁→短按第3次进入L-ON FGS模式，L-ON FGS模式下检测模式显示元件421a和输出信号显示元件422进行同频闪烁→短按第4次进入D-ON BGS模式，D-ON BGS模式下检测模式显示元件421b和输出信号显示元件422进行同频闪烁→短按第5次再次回到L-ON BGS模式，依次进行循环，选定一个模式后再对触发器41进行一定时间(如2s)长按，完成模式设定。再结合传感器1中分别对应于L-ON与D-ON的切换显示以及FGS与BGS的切换显示的检测模式显示元件421的显示信号，用户能够方便地完成传感器1的工作模式设定，且设定过程完全可视化方便观察，不易出错。4种检测模式设定完成后，传感器1自动进入对检测物体的测量模式，并且可随时通过各距离下示教设定距离，来更改示教点的ON/OFF检测。
在本发明的实施方式中，通过对触发器41即单个按钮的长按、短按及按键次数的变化，可以实现传感器1的工作模式的切换无需借助螺丝刀之类的外部工具，操作方便且成本低廉。
在上述传感器1的工作模式的切换功能的基础上，用户还可以通过触发器41进行示教，例如对多个示教点进行设置、校正、删除，从而使传感器1能够灵活方便地检测不同高度、不同类型的产品，以提高传感器1的适用性。
在本发明的实施方式中，触发器41还可以是旋钮、开关等简单的控制元件，以对传感器1进行发送工作模式设定、示教点示教、可视化指令等其他控制操作，使传感器1的外部控制单元实现成本低廉，操作方便。
在本发明的实施方式中，传感器1还包括控制器5，控制器5与信号发射模块2、信号接收模块3以及示教显示模块4通信连接，分别接收信号发射模块2、信号接收模块3的检测信号和示教显示模块4的示教显示信号，基于光信号的检测结果以及显示单元42所显示的检测模式即传感器1当前的工作模式确定输出信号并将输出信号显示于显示单元42。
优选地，在本发明的实施方式中，传感器1中的示教显示模块4针对各检测模式设定一个或多个示教点，每一示教点对应于特定的数值区间，控制器5基于由信号发射模块2发射的光信号与由信号接收模块3接收到返回的光信号的时间差值而计算出检测值，比较检测值与数值区间而确定输出信号。
具体地，本实施方式中的传感器1对检测目标进行检测时，通过信号发射模块2向检测目标发射光信号，再通过信号接收模块3接收检测目标反射回来的光信号，根据光信号的发射时间和接收时间之间的时间差值结合光信号的传播速度能够准确计算出检测目标到传感器1之间的距离值。
图5是本发明的实施方式中提供的传感器的一种示教情景的示意图。
如图5所示，在本发明的实施方式中，传感器1中的示教显示模块4在进行示教点示教时，可进行多次示教动作，即信号发射模块2向检测目标(待检产品)发射光信号，再通过信号接收模块3接收检测目标反射回来的光信号，并计算发射光信号和接收光信号的时间差，将根据光信号计算出的时间差值与预设数值区间进行比较，若两者均分别在预设的数值区间内，即示教点设定成功，将此时的时间差进行距离的buffer处理，作为当前示教点的距离阈值。若不在这个数值区间内，则为异常数据，需要重新示教。
在本发明的实施方式中，传感器1对检测目标进行检测时，通过在示教显示模块4中可以预设一个或多个示教点，每个示教点所示教的距离位置不同，通过将检测结果与多个示教点进行比较，传感器1可以同时检测识别不同高度/距离的检测目标。
传感器1完成示教点的示教动作后，即可基于预设的一个或多个示教点进行物体检测工作，并结合传感器1的工作模式输出检测结果。
每个示教点对应的一个距离阈值以及数值区间。通过传感器1进行物体检测时，根据信号发射模块2发射的光信号的时间和信号接收模块3接收到返回的光信号的时间之间的时间差值，计算得到被检测物体到传感器1之间的检测值。若根据计算得到的检测值在示教点对应的数值区间内，即传感器1在指定距离范围内检测到了目标物体，检测结果为OK状态；若根据计算得到的检测值不在示教点对应的数值区间内，即传感器1在指定距离范围内未检测到目标物体，检测结果为NG状态。
其中，示教点对应的数值区间是指基于预设的示教点对应的距离阈值选取的数值区间，若示教点对应的距离阈值为d1，数值区间即可为(0，d1]，或者[d1，∞)，或者与距离阈值d1之间的差值小于规定值等，在此不作限制。
若传感器1处于L-ON模式即光亮-接通模式，传感器1在指定距离范围内检测到目标物体时，即检测结果为OK状态，控制器5发出的输出信号为ON，输出信号显示元件422为点亮状态；传感器1在指定距离范围内未检测到目标物体时，即检测结果为NG状态；控制器5发出的输出信号为OFF，输出信号显示元件422为熄灭状态。
反之，若传感器1处于D-ON模式即黑暗-接通模式，传感器1在指定距离范围内检测到目标物体时，即检测结果为OK状态，控制器5发出的输出信号为OFF，输出信号显示元件422为熄灭状态；传感器1在指定距离范围内未检测到目标物体时，即检测结果为NG状态；控制器5发出的输出信号为ON，输出信号显示元件422为点亮状态。
进一步地，在本发明的实施方式中，传感器1中的检测值不仅可以是上述的基于时间差值计算出的距离值，还可以直接选取光信号的发射时间和接收时间之间的时间差值，相应的各个示教点对应的数值区间可以为距离区间或时间区间。由于光在环境中传播的速度十分稳定，通过光线往返的时间差值以及根据时间差值计算得到的距离值来进行示教的准确性较高，而且不会受到被检测物体的颜色材质或者检测环境中光线明暗等外部因素影响。
参考图5，在本发明的实施方式中，传感器1在实际应用时，可以在上述示教点的距离阈值的基础上设定一定的误差范围，即如图5中在距离阈值为d1的基础上设定±a％的误差范围。值得一提的是，示教点对应距离阈值d1的误差范围±a％的取值，可根据检测产品、环境及检测要求的不同自行调整设置，在此不作限制。
具体地，对检测目标的检测误差分为FGS模式和BGS模式，FGS模式即为前景抑制模式(Foreground suppression)，将误差范围的设定小于距离阈值如-a％，即可得距离阈值为d1-a％d1；BGS模式即为背景抑制模式(Background Suppression)，将误差范围的设定大于距离阈值如+a％，即可得距离阈值为d1+a％d1。
在本发明的实施方式中，传感器1可以切换设置多种工作模式，相对于单一模式的传感器原本需要多台传感器协同的进行的工作内容，可通过单台传感器的模式切换实现，大大降低了生产制造的成本，并且用户在使用时购买成本降低但使用体验得到了提升。其中，传感器1中设置了示教显示模块4，能够通过与控制器5连接的触发器41直接进行传感器1的工作模式切换，并且通过与控制器5连接的显示单元42，将传感器1当前的工作模式直接以可视化的形式呈现，方便用户观察使用，进一步地提高了用户的使用体验。
进一步地，结合示教显示模块4中多个示教点的设置，传感器1处于L-ON模式时，能够对在且仅在指定距离范围内的物体进行检测；而传感器1处于D-ON模式时，则能够实现对指定距离范围的排除，能够对不在指定距离范围内的物体进行检测。
至此，已经结合附图描述了本发明的技术方案。但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于上述具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种传感器，其特征在于，包括：
信号发射模块，用于发射光信号；
信号接收模块，用于接收返回的所述光信号；
示教显示模块，包括触发器与显示单元，所述显示单元构成为能够基于所述触发器的动作而在多种检测模式之间切换并显示，
控制器，所述控制器与所述信号发射模块、所述信号接收模块以及所述示教显示模块通信连接，基于所述光信号以及所述显示单元所显示的检测模式确定输出信号并将所述输出信号显示于所述显示单元。
2.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述触发器为单个按钮。
3.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述示教显示模块针对各检测模式设定一个或多个示教点，每一示教点对应于特定的数值区间，
所述控制器基于由所述信号发射模块发射的光信号与由所述信号接收模块接收到返回的所述光信号的时间差值而计算出检测值，比较所述检测值与所述数值区间而确定输出信号。
4.如权利要求3所述的传感器，其特征在于，所述检测值为所述光信号的发射时间和接收时间之间的时间差值或基于所述时间差值计算出的距离值，所述数值区间为时间区间或距离区间。
5.如权利要求1-4任一项所述的传感器，其特征在于，所述显示单元包括检测模式显示元件以及输出信号显示元件。
6.如权利要求5所述的传感器，其特征在于，所述输出信号为ON时，所述输出信号显示元件为点亮状态；所述输出信号为OFF时，所述输出信号显示元件为熄灭状态。
7.如权利要求5所述的传感器，其特征在于，所述检测模式包括L-ON模式以及D-ON模式，所述检测模式显示元件设置有一个且对应于L-ON与D-ON的切换显示。
8.如权利要求5所述的传感器，其特征在于，所述检测模式包括L-ON BGS模式、D-ONFGS模式、L-ON FGS模式以及D-ON BGS模式，所述检测模式显示元件设置有两个，分别对应于L-ON与D-ON的切换显示以及FGS与BGS的切换显示。
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