CN205005324U

CN205005324U - 一种消除光电接收传感器背景光影响的电路

Info

Publication number: CN205005324U
Application number: CN201520826968.XU
Authority: CN
Inventors: 张振楠; 陈卫民; 张达; 蔡慧
Original assignee: China Jiliang University
Current assignee: China Jiliang University
Priority date: 2015-10-22
Filing date: 2015-10-22
Publication date: 2016-01-27
Anticipated expiration: 2025-10-22

Abstract

本实用新型公开了一种消除光电接收传感器背景光影响的电路，该电路能很好消除光电接收传感器背景光所产生的干扰信号电压。电阻R1的另一端、电子开关ME1的一端和电子开关ME2的一端分别与二号节点电连接；电子开关ME1的另一端、电阻R2的一端和电容C2的一端分别与三号节点电连接；电阻R2的另一端、电容C4的一端和电阻R4的一端分别与四号节点电连接；电阻R4的另一端、电容C6的一端、电阻R7的一端和运算放大器的同相输入端分别与五号节点电连接；电子开关ME2的另一端、电阻R3的一端和电容C1的一端分别与六号节点电连接；电阻R5的另一端、电容C5的一端、电阻R6的一端和运算放大器的反相输入端分别与八号节点电连接。

Description

一种消除光电接收传感器背景光影响的电路

技术领域

本实用新型涉及消除光电接收传感器件的背景光技术领域，具体是一种消除背景光通过光电接收传感器产生影响的电路。

背景技术

在过去为了保证光电接收电路可靠性，减小背景光的干扰，通常采用下面两种方法来消除。一是采用暗箱或发光亮度较高的光源，降低背景光所占的比例。设置暗箱对消除背景光的干扰虽然可靠性较好，但是设置过程比较繁琐，安装制造以及维修费用的成本较高。而选择发光亮度较高的光源时，需要较大的驱动功率，损耗升高，相应成本也会升高。激光作为定向性好，亮度高，颜色纯，能量大的光源，常常被选择为发光源。其缺点是对驱动电路的要求较高，就激光自身而言，成本也相对一般光源较高。并且激光的能量较大，具有热效应，其他器件特性易受影响。另外使用激光也具有一定的危险性。二是将背景光信号和检测光信号同时采集，通过使用恰当滤波的算法，将背景光带来的噪声信息过滤，保留有效信息进行运算处理。这种方法硬件简单，但是编程过程过于繁琐，另一方面通过数学运算只能近似消除背景光信息，且数学处理程度与程序运行效率相关，所以能否采用这种方法，取决于信号处理芯片的运行速度，开发成本相对要求较高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于简化传统的对背景光的复杂处理模式，提供一种电路结构简单，成本低廉，输出的有效信息可靠性高，能很好地消除背景光通过光电接收传感器所产生的干扰信号电压影响的一种消除光电接收传感器背景光影响的电路。

为达到上述目的，本实用新型采用下述技术方案：

一种消除光电接收传感器背景光影响的电路，包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电子开关ME1、电子开关ME2、运算放大器和公共点接地端，还包括一号节点、二号节点、三号节点、四号节点、五号节点、六号节点、七号节点、八号节点和九号节点；电阻R1的一端与一号节点电连接；电阻R1的另一端、电子开关ME1的一端和电子开关ME2的一端分别与二号节点电连接；电子开关ME1的另一端、电阻R2的一端和电容C2的一端分别与三号节点电连接；电阻R2的另一端、电容C4的一端和电阻R4的一端分别与四号节点电连接；电阻R4的另一端、电容C6的一端、电阻R7的一端和运算放大器的同相输入端分别与五号节点电连接；电容C6的另一端、电阻R7的另一端和运算放大器的输出端分别与九号节点电连接；电子开关ME2的另一端、电阻R3的一端和电容C1的一端分别与六号节点电连接；电阻R3的另一端、电容C3的一端和电阻R5的一端分别与七号节点电连接；电阻R5的另一端、电容C5的一端、电阻R6的一端和运算放大器的反相输入端分别与八号节点电连接；电容C1的另一端、电容C2的另一端、电容C3的另一端、电容C4的另一端、电容C5的另一端和电阻R6的另一端分别与公共点接地端电连接。

本方案的工作原理为：光电接收传感器接收到的电信号Ui输入到该电路中，并分为两路在该电路中传输，其中，电子开关ME1这一路的可控信号与调制光控制信号同相，电子开关ME2这一路的可控信号与调制光控制信号反相。当调制光控制信号为高电平时，即光照条件下，电子开关ME1的控制端施加导通信号，电子开关ME2的控制端施加关断信号，电容C2、电阻R2和电容C4组成采样保持电路，将接收的含背景光和光照的信号转换为稳定的电平并保持；即无光照条件下，向电子开关ME1的控制端施加关断信号，电子开关ME2的控制端施加导通信号，电容C1、电阻R3和电容C3也组成采样保持电路，将接收的背景光转换为稳定的电平并保持。通过电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C5和电容C6以及运算放大器组成的差动放大电路，对两个已保持的信号进行差减运算，从而得到消除了背景光影响的检测信号。本方案电路元器件少，电路结构简单，成本低廉，输出的有效信息可靠性高，便于后续对有效信息进行运算处理，能很好地消除光电接收传感器中背景光所产生的干扰信号电压的影响。

作为优选，所述电子开关ME1的一端为电子开关ME1的同相可控信号端，所述电子开关ME2的一端为电子开关ME2的反相可控信号端。

作为优选，电子开关ME1和电子开关ME2均为CMOS模拟开关。CMOS模拟开关低阻抗特性，较快开关速度。

本实用新型具有如下积极效果：

1、本实用新型的电路结构简单，成本低廉，输出的有效信息可靠性高，便于后续对有效信息进行运算处理，能很好地消除光电接收传感器中背景光所产生的干扰信号电压的影响。该电路不仅适用于与背景光线强度小于发光光源强度的情况，也适用于背景光线强度等于甚至大于发光光源强度的情况，同时还适用于背景光为稳定变换的光源的情况。

2、本实用新型的电路能有效的消除背景光引起的扰动，提升后级电路对检测光信号的灵敏度，电路元件少，网络的稳定性强，背景光消除效果好。

附图说明

图1为本实用新型的一种电路原理连接结构示意图。

图2为本实用新型使用时的一种电路原理连接结构示意图。

图3为本实用新型使用过程各个点的一种波形示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步的说明。

实施例，一种消除光电接收传感器背景光影响的电路，参见图1所示，包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电子开关ME1、电子开关ME2、运算放大器111和公共点接地端110，还包括一号节点101、二号节点102、三号节点103、四号节点104、五号节点105、六号节点106、七号节点107、八号节点108和九号节点109；电阻R1的一端与一号节点电连接；电阻R1的另一端、电子开关ME1的一端和电子开关ME2的一端分别与二号节点电连接；电子开关ME1的另一端、电阻R2的一端和电容C2的一端分别与三号节点电连接；电阻R2的另一端、电容C4的一端和电阻R4的一端分别与四号节点电连接；电阻R4的另一端、电容C6的一端、电阻R7的一端和运算放大器的同相输入端分别与五号节点电连接；电容C6的另一端、电阻R7的另一端和运算放大器的输出端分别与九号节点电连接；电子开关ME2的另一端、电阻R3的一端和电容C1的一端分别与六号节点电连接；电阻R3的另一端、电容C3的一端和电阻R5的一端分别与七号节点电连接；电阻R5的另一端、电容C5的一端、电阻R6的一端和运算放大器的反相输入端分别与八号节点电连接；电容C1的另一端、电容C2的另一端、电容C3的另一端、电容C4的另一端、电容C5的另一端和电阻R6的另一端分别与公共点接地端电连接。在本实例中，电子开关ME1的一端为电子开关ME1的同相可控信号端，电子开关ME2的一端为电子开关ME2的反相可控信号端。电子开关ME1和电子开关ME2均为CMOS模拟开关。

使用时，参见图2所示，把滤波器的输出端电连接在一号节点101上，光电接收传感器电连接在滤波器的输入端上。工作原理为：光电接收传感器接收到的电信号Ui输入到该电路中，并分为两路在该电路中传输，其中，电子开关ME1这一路的可控信号与调制光控制信号同相，电子开关ME2这一路的可控信号与调制光控制信号反相。当调制光控制信号为高电平时，即光照条件下，电子开关ME1的控制端施加导通信号，电子开关ME2的控制端施加关断信号，电容C2、电阻R2和电容C4组成采样保持电路，将接收的含背景光和光照的信号转换为稳定的电平并保持；即无光照条件下，向电子开关ME1的控制端施加关断信号，电子开关ME2的控制端施加导通信号，电容C1、电阻R3和电容C3也组成采样保持电路，将接收的背景光转换为稳定的电平并保持。通过电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C5和电容C6以及运算放大器组成的差动放大电路，对两个已保持的信号进行差减运算，从而得到消除了背景光影响的检测信号。

如图2、图3所示，将光电接收传感器接收到的经调制后的光信号通过滤波器后得到电信号为Ui，调制光的频率可根据光电接收传感器的特性来确定。设图3(a)为调制光控制信号波形，高电平表示发光管发出光，低电平表示发光管不发光，图3(b)为经光电接收传感器和滤波器后得到的电信号Ui的波形，从波形可以看出，当发光管发光时，接收器接收到的电压为Vmax，它包含了检测光的信号和背景光信号；而当发光管不发光时，接收器接到的信号电压为Vmin，这个电压为背景光等干扰源所引起的。

令电子开关ME1的可控信号与调制光控制信号同相，电子开关ME2的可控信号与调制光控制信号反相。

当调制光控制信号为高电平时，发光管发出光信号，即此时有检测光，电子开关ME1为高电平，电子开关ME2为低电平，电子开关ME1导通，电子开关ME2关闭，光电接收传感器的信号Ui通过电子开关ME1到达四号节点，此时四号节点的电压为Vmax，电子开关ME1导通期间，四号节点电压始终为Vmax，电子开关ME1关断期间，由于电容C2和电容C4的储能作用，电阻R2的高阻性使电容无法放电，四号节点仍保持电压为Vmax，其波形如图3(c)所示。

当调制光控制信号为低电平时，发光管未发光信号，即此时无检测光，电子开关ME1为低电平，电子开关ME2为高电平，电子开关ME1关闭，电子开关M2导通，光电接收传感器的信号Ui通过电子开关ME2到达七号节点，此时七号节点的电压为Vmin，电子开关ME2导通期间，七号节点电压始终为Vmin，电子开关ME2关断期间，由于电容C1和电容C3的储能作用，电阻R3的高阻性使电容无法放电，七号节点仍保持电压为Vmin，其波形如图3(d)所示。

当下一个周期来临，电子开关ME1导通，电子开关ME2关闭时，光电接收传感器的信号Ui通过电子开关ME1更新数据；而当电子开关ME2导通，电子开关ME1关闭时，光电接收传感器的信号Ui通过电子开关ME2更新数据。可见，经过上述电路的作用，实现了将有检测光和无检测光的电压信号进行了分解，且都转变为直流信号。

在图1中，电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C5和电容C6组成差动放大电路，当R4＝R5＝R¹，R6＝R7＝R¹¹时，U0的输出电压为：

U 0 = (V_{4} - V_{7}) {\frac{R}{R^{1}}}^{11}

为放大倍数，V₄和V₇分别为四号节点和七号节点这个两点处的电压，从上式可以看出，背景光所产生的干扰信号电压被消除了。

本实例电路结构简单，成本低廉，输出的有效信息可靠性高，便于后续对有效信息进行运算处理，能很好地消除光电接收传感器中背景光所产生的干扰信号电压的影响。

Claims

1.一种消除光电接收传感器背景光影响的电路，其特征在于，包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电子开关ME1、电子开关ME2、运算放大器和公共点接地端，还包括一号节点、二号节点、三号节点、四号节点、五号节点、六号节点、七号节点、八号节点和九号节点；电阻R1的一端与一号节点电连接；电阻R1的另一端、电子开关ME1的一端和电子开关ME2的一端分别与二号节点电连接；电子开关ME1的另一端、电阻R2的一端和电容C2的一端分别与三号节点电连接；电阻R2的另一端、电容C4的一端和电阻R4的一端分别与四号节点电连接；电阻R4的另一端、电容C6的一端、电阻R7的一端和运算放大器的同相输入端分别与五号节点电连接；电容C6的另一端、电阻R7的另一端和运算放大器的输出端分别与九号节点电连接；电子开关ME2的另一端、电阻R3的一端和电容C1的一端分别与六号节点电连接；电阻R3的另一端、电容C3的一端和电阻R5的一端分别与七号节点电连接；电阻R5的另一端、电容C5的一端、电阻R6的一端和运算放大器的反相输入端分别与八号节点电连接；电容C1的另一端、电容C2的另一端、电容C3的另一端、电容C4的另一端、电容C5的另一端和电阻R6的另一端分别与公共点接地端电连接。

2.根据权利要求1所述的一种消除光电接收传感器背景光影响的电路，其特征在于，所述电子开关ME1的一端为电子开关ME1的同相可控信号端，所述电子开关ME2的一端为电子开关ME2的反相可控信号端。

3.根据权利要求1所述的一种消除光电接收传感器背景光影响的电路，其特征在于，电子开关ME1和电子开关ME2均为CMOS模拟开关。