CN101387512A - 距离检测感应装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种距离检测感应装置，包括：壳体、聚焦用透镜、安装有若干电子元器件的电路板以及发射红外光线的发射装置和接收感应红外反射光线的接收装置。其中壳体包括主体部以及位于主体部顶面上的两圆形开孔。透镜包括设置于壳体开孔位置处的发射透镜和接收透镜。电路板安装于壳体主体部内，设有若干电子元器件，对信号进行处理；发射装置为红外发光二极管，发射红外光线到发射透镜。接收装置为距离检测感应模块，感应从接收透镜聚焦下来的反射光线。还包括与壳体配合固定的定位支架，该定位支架收容发射与接收装置，并将发射与接收装置准确定位，包括发射与接收定位支架。本发明具有较高的定位精度，提高整机感应性能。

Description

距离检测感应装置
【技术领域】
本发明有关一种红外感应装置，尤其是指应用于自动感应水龙头、自动冲水小便斗等卫浴自动化领域内的距离检测感应装置(PSD，PositionSensitive Detector)。
【背景技术】
红外感应器已经广泛应用于自动水龙头、自动冲水小便斗、抽水马桶冲洗设备、喷射热水的马桶坐圈、手干燥器和装有热风风扇的抽水马桶等卫生设备中。
传统的红外感应器大部分采用主动式红外感应方式，即红外发射器发射一定波长的红外线，经人体反射后，通过红外接收器接收后，判断该反射信号强度，来实现自动感应判断。然而，一些对红外线反射率低的物质(如黑色衣服、头发等)，就很难实现自动感应判断。红外发射器的红外光经过该些物质反射后，只有极少数的红外光线被红外接收器接收。由于反射信号的强度不够，而导致感应器无法判断是否有目标物存在，因而导致感应失灵。
为了解决上述传统红外感应洁具感应失灵的问题，将距离检测感应装置(PSD)引入卫浴自动化领域内。如图9所示，PSD传感器是一种对入射光位置敏感的光电器件。即当入射光照在器件感光面的不同位置时，PSD将输出不同的电信号。PSD传感器是利用三角测量原理，能够精确测量距离的特点来实现的自动感应判断。如图9所示，光源发出的光经透镜L1聚焦后投向待测体的表面。反射光由透镜L2聚焦到一维PSD上，形成一个光点。若透镜L1与L2间的中心距离为b，透镜L2到PSD表面之间的距离(即透镜L2的焦距)为f，聚焦在PSD表面的光点距离透镜L2中心的距离为x，则根据相似三角形PAB和BCD的性质，可得出待测距离DIS为：DIS＝bf/x。因此，只要测出PSD的光点位置坐标x的值，即可测出待测体的距离。
当检测到待测体的距离位于预先设定的范围内时，距离检测感应装置控制卫生洁具的进行出水、冲水等工作状态。由于距离检测感应装置判断目标物与距离检测感应装置的距离来实现自动感应的目的，而不是判断发射信号的强度，从而可有效解决传统红外感应所存在“因反射信号的强度不够而导致感应失灵”的缺陷。
然而，利用该距离检测感应装置需要各部件具有较高的定位精度，因此如何保证感应装置的定位精度需要解决。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种具有较高定位精度的距离检测感应装置。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的：一种距离检测感应装置，包括：壳体、聚焦用的透镜、电路板、红外线发射装置、感应反射光线的接收装置以及起屏蔽作用的遮蔽罩。其中壳体包括主体部以及位于主体部顶面上的两圆形开孔。透镜包括设置于壳体开孔位置处的发射透镜和接收透镜。电路板，安装于壳体主体部内，设有若干电子元器件，对信号进行处理。发射装置，为发光二极管，安装在电路板上，发射红外光线到发射透镜。接收装置，为距离检测感应模块，安装在电路板上，感应从接收透镜聚焦下来的反射光线；遮蔽罩，安装于发射装置与接收装置的周围，防止电磁干扰。该距离检测感应装置还包括与壳体配合固定的定位支架，该定位支架收容发射装置与接收装置，并将发射装置与接收装置准确定位，包括发射定位支架与接收定位支架。
进一步地，所述发射定位支架包括位于发射定位装置两侧的凸台，而所述壳体内设有与该发射定位支架凸台配合的定位槽。
进一步地，所述发射定位支架还包括位于该定位支架上端位于发射透镜位置处的圆孔以及位于该定位支架下端的收容发射装置的收容部。
进一步地，电路板上开设有通孔，所述定位支架的收容部穿过该电路板通孔而将发射装置收容定位在电路板的下侧面。
进一步地，所述收容部两侧设有缺口，以利于发射装置的焊接脚伸出而与电路板焊接。
进一步地，所述发射定位支架两侧还延伸设有将定位支架与电路板抵接的支撑柱。
进一步地，所述接收定位支架包括一定位横梁，而所述壳体上设有与该横梁自由端配合的定位凹槽。
进一步地，所述接收定位支架还包括自横梁水平延伸并将接收装置收容定位的收容部。
进一步地，所述接收装置安装在电路板的下侧面，电路板上开设有通孔，收容部上设有开口，所述接收透镜接收到光线通过电路板通孔以及收容部开口到达接收装置上。
进一步地，所述收容部两侧设有缺口，以利于发射装置的焊接脚伸出而与电路板焊接。
进一步地，距离检测感应装置还包括一安装于接收透镜与接收装置之间的密封件。
进一步地，距离检测感应装置还包括一通过螺钉固定在壳体上的排线整理装置。
进一步地，距离检测感应装置还包括显示工作状态或异常情况的指示灯，而所述发射定位支架上还设置有指示灯显示孔。
进一步地，遮蔽罩分为相互焊接的第一、第二遮蔽罩，其中第一遮蔽罩通过螺钉与壳体固定并与电路板接触而实现接地，而第二遮蔽罩通过卡扣结构与壳体固定的，所述发射和接收装置被安装于遮蔽罩与电路板之间。
进一步地，壳体为导电材料制成。
与现有技术相比，本发明距离检测感应装置具有较高的定位精度，提高整机感应性能。
【附图说明】
图1a是本发明距离检测感应装置的立体视图。
图1b是本发明距离检测感应装置另一角度立体视图。
图2是本发明距离检测感应装置的分解示意图。
图3是本发明距离检测感应装置另一角度的分解示意图。
图4a是本发明距离检测感应装置部分立体组装图。
图4b是图4a另一角度视图。
图4c是4b所示结构的分解示意图。
图5是本发明距离检测感应装置的壳体视图。
图6是本发明距离检测感应装置的发射定位支架视图。
图7a是本发明距离检测感应装置的接收装置及其定位支架分解视图。
图7b是图7a另一角度视图。
图8是图1a沿A-A线的剖面视图。
图9是现有技术距离检测感应装置工作原理图。
【具体实施方式】
下面参照附图具体介绍本发明的各种实施例，图中相同的结构或功能用相同的数字标出。应该指出的是，附图的目的只是便于对本发明具体实施例的说明，不是一种多余的叙述或是对本发明范围的限制，此外，附图没有必要按比例画出。
如图1至图7所示，本发明距离检测感应装置100，主要安装于各类自动化的卫浴设备中，如感应小便斗、感应便器以及感应水龙头等。
本发明距离检测感应装置100主要包括：壳体1、聚焦用透镜2、设置有若干电子元器件的电路板3、发射红外光线的发射装置4、接收反射光线并感应的接收装置5以及起到电磁屏蔽功能的遮蔽罩6。
其中，发射装置4与接收装置5安装于电路板3同一侧上。在本发明所示的实施方式中，发射装置4与接收装置5通过焊脚焊接到电路板3上。透镜2固定在壳体1上，包括将红外发射光线聚焦发射出去的发射透镜21和将反射光线聚焦照射到接收装置5的接收透镜22。
由于距离检测感应装置100对发射装置4和接收装置5之间的位置以及发射装置4与接收装置5与透镜2的位置需要具备一定的精度，因此，进一步，本发明距离检测感应装置100还包括固定发射装置4的定位支架7、固定接收装置5的定位支架8。所述发射和接收定位支架7、8收容发射装置4与接收装置5，并通过与壳体1配合定位，从而保证发射装置4与接收装置5的位置精度。
另外，遮蔽罩6遮蔽在安装有发射装置4和接收装置5的那一侧电路板外围，以防止周围环境对发射装置4和接收装置5的电磁干扰(EMI)。
其中，壳体1包括纵长型的主体部10以及设于主体部10顶面的第一、第二圆形开孔11、12。所述透镜2、设置有若干电子元器件的电路板3、发射装置4、接收装置5及遮蔽罩6都位于壳体1主体部10内。对应的，透镜2的发射透镜21与接收透镜22分别安装于所述第一、第二圆形开孔11、12内。所述壳体1由绝缘材料(如普通塑料等)制成，诚然在本发明另一优选的实施方式中，壳体1可以是导电材料(如金属或导电塑料等)制成，以达到理想的防电磁干扰效果。
在本发明优选的实施方式中，透镜2的发射透镜21以及接收透镜22通过注塑成型安装于壳体1的第一、第二圆形开孔11、12内。具体来讲，透镜2与壳体1的安装方式为两次注塑而成，即先将透镜2注塑成型，而后将注塑成型后的透镜2放入壳体1的模具中与壳体1一体注塑而成。采用注塑成型的方式，不但解决了透镜2与外壳1之间的密封问题，而且还可保证透镜2中心与外壳1上的相对位置精确。其中，所述发射与接收透镜21、22的下部做成两个圆柱形，以利于在与壳体1注塑成型的过程中保证定位精度。特别的，发射透镜21以及接收透镜22之间通过连接部23连接。以往的设计过程中，发射透镜21与接收透镜22是单独设置的，但是发射透镜21与接收透镜22之间，透镜2与发射装置4、接收装置5之间存在一定的精度要求，单独设置的设计不容易精确控制位置，显然较难满足精度的要求。因此，通过将发射透镜21与接收透镜22通过一连接部23连接，作为一个整体安装，可保证定位精度。更进一步的，该连接部23还具有至少一弯折部，可防止发射光线直接沿着连接部23从发射透镜21传导到接收透镜22，发生不必要的内部光反射和折射的现象，从而影响PSD的检测精度。在图2和图3所示的实施方式中，该连接部为经过多次弯折而成，大致呈Z形。从成本与效果综合考虑，这样设计，光线从发射透镜21要到达接收透镜22，需要经过两次反射，光路更加复杂，从而可以更加有效的防止发射光线直接从发射透镜21进入接收透镜22。诚然，该弯折部也可根据实际应用情况增加或减少。在本发明另一实施方式中，所述透镜2与壳体1之间也可采用装配组装的安装方式。
其中，电路板3集成有若干电子元器件，正对发射透镜21以及接收透镜22设有第一通孔31与第二通孔32。其中第一通孔31容许发射定位支架7穿过。电路板3对信号进行处理，并将处理后的数据传输给主控制器，从而进一步控制卫浴设备(未图示)。
其中，发射装置4为红外发光二极管(IR LED)，安装于电路板3上，且位于电路板3的下侧面(如图2、3所示，电路板3面向透镜2的一面为上侧面，另一面则为电路板3的下侧面)。发射装置4的一边还设有用以起指示作用的指示灯41，为反应距离检测感应装置100工作状态或如电池电量不足等异常情况的指示窗口。
其中，接收装置5为距离检测感应模块(PSD Sensing Module)，安装于电路板3上，且也位于电路板3的下侧面。
其中，遮蔽罩6通过螺钉101、102安装在壳体1底部，将发射装置4、接收装置5遮蔽起来，包括第一遮蔽罩61与第二遮蔽罩62。其中第一遮蔽罩61先与壳体1固定并通过螺钉101、102与电路板3的接地线路接触而实现接地。而第二遮蔽罩62则通过卡扣的形式固定在壳体1上，而与第一遮蔽罩61焊接接触并实现接地。这样设置，可以防止单独设置一整块遮蔽罩而不利于安装固定。
其中，发射定位支架7与壳体1安装，包括位于支架顶端且与发射透镜21配合的大圆孔71以及位于支架底端用以收容发射装置4的收容部72。该大圆孔71的直径与发射透镜21的发射面大致相当。所述发射定位支架7两侧还延伸设有支撑柱73，以将定位支架7抵接在电路板3上，使得电路板3给予定位支架7足够的支撑力，防止定位支架7在安装过程中掉出壳体1等问题的发生。特别的，发射定位支架7还包括位于支架两侧的方形凸台74，该方形凸台74与壳体1内部顶面上的定位槽13配合，以将发射定位支架7与壳体1定位。诚然，该方形凸台74也可以是安装在发射定位支架7其他位置上的其他形状，如圆柱形凸台。所述发射定位支架7的收容部72从电路板3的上方穿过电路板3的第一通孔31，在电路板3的下侧面将发射装置4收容定位。所述发射装置4的焊接脚通过收容部72两侧的缺口(未标号)伸出弯折后与电路板3焊接连接。该发射定位支架7为绝缘材料制成，当然也可以是导电材料制成。当其用导电材料制成时，可以作为防电磁干扰的遮蔽体。
如图6所示，发射定位支架7还包括靠近发射装置4收容部72的小圆孔75以及指示灯41的指示灯显示孔76。如图8所示，发射小圆孔75和大圆孔71形成锥形红外光发射通道，这样设置可使得光线从发射装置4的管芯通过小圆孔75射出、通过大圆孔71后经过发射透镜21聚焦后射出。从而可以保证发射光线不会射到壳体1内的其他区域，影响效率以及产生光干扰，更不会通过内部光的反射及折射到接收装置5上而影响检测效果。同时，由于发射装置的管芯较大导致发出的光有很大的光晕。这对于要求精确信号的接收装置来说是非常不利的一个因素，会影响检测感应的结果。在本实施方式中，收容在收容部72内的发射装置管芯发出的红外光线，只通过小圆孔75向外发射。小圆孔75比发射装置的发光面小，不需要的部分被挡住。这样设置，同样可有效减少光晕对检测信号的影响，可以使检测精度更高。此时的发射定位支架7充当发射光线导引装置。
结合如图7a、图7b所示，接收定位支架8包括安装到壳体上的横梁81以及与横梁81连接在一起收容接收装置5的收容部82。收容部82有容纳接收装置5的收容空间821。且收容部82的顶面设有长方形开口820与电路板第二通孔32对齐，以利于接收光线进入接收装置5的接收面上。收容部82为横梁81的中部水平延伸而成，可以让接收装置5的焊接脚很方便的从收容部82的两侧的缺口(未标号)伸出并利于焊接。同时，横梁81的两自由端与壳体1主体部10两侧壁上的定位凹槽14卡持配合，以起到有效定位的目的。
本发明距离检测感应装置100还包括一排线整理装置9，该装置9可将电路板3上的线(未图示)有效整理并通过螺钉103被固定在壳体1内。
本发明距离检测感应装置100还包括位于透镜2与电路板3之间，起密封作用的密封件104。该密封件104一方面可防止环氧进入接收装置5内，如通过第二通孔32进入到接收装置5内；另一方面也可防止干扰光线进入到壳体1或进入到接收装置5内。在本实施方式中，该密封件104为硅橡胶制成，当然也可以是其他密封材料制成。诚然，在条件允许的情况下，发射透镜21与发射装置4之间也可设置类似的密封件结构。
结合图8所示，由于电路板3上开设的第一、第二通孔31、32，发射装置4的红外发射光线通过第一通孔31射向发射透镜21。发射透镜21聚焦红外发射光线到目标区域，当有人体或移动目标物进入该目标区域内时，红外光线被反射。而接收透镜22则接收该反射红外光线，并聚焦后将接收到的反射光线通过第二通孔32照射到接收装置5上。而接收装置5则根据PSD的三角测量原理，测算出目标物的距离，最终控制卫浴设备。这样设置，使得发射装置4和接收装置5可以安装在电路板3的下侧面(即电路板3向着透镜2的一面为上侧面，而电路板3另外一面为下侧面)。由于本发明距离检测感应装置100透镜2需要的焦距一定，因此这样设置可以充分利用电路板3的厚度来作为焦距的一部分。同时，由于电路板3上需要设置其他电子元器件，将发射装置4与接收装置5安装在电子元器件之间，能充分利用壳体1内部以及电路板3上、下两侧面的空间.综上所述，这样设置可以降低整个距离检测感应装置100的高度、减小体积。
另外，发射装置4和接收装置5安装后位于电路板3(也可起到屏蔽效果)与遮蔽罩6之间，可以有效屏蔽外部的干扰。
本发明距离检测感应装置100的发射装置4和接收装置5通过定位支架7、8固定，确保发射装置4和接收装置5的位置精度。该定位支架7、8通过与壳体1配合固定而可保证发射装置4和接收装置5与壳体1的相对位置。将发射装置4和接收装置5安装至定位支架7、8相应的收容部后再进行焊接固定，而可保证其位置精度不受安装的影响，从而可以有效防止将发射装置4和接收装置5焊接在电路板3上，因为安装工艺等问题而导致安装精度不够，距离检测感应装置100效果不理想，甚至失效的缺点。
另外，本发明距离检测感应装置100生产成本较低，利于普及应用。
虽然上面已经揭示了本发明的具体实施方式，但是它们不是本发明范围的局限，熟知本技术领域的人员对以上所述具体实施的修改和变化也包含在本发明的范围之内。

Claims (15)

1.一种距离检测感应装置，包括：壳体、聚焦用的透镜、电路板、红外线发射装置、感应反射光线的接收装置以及起屏蔽作用的遮蔽罩，其中壳体包括主体部以及位于主体部顶面上的两圆形开孔；透镜包括设置于壳体开孔位置处的发射透镜和接收透镜；电路板，安装于壳体主体部内，设有若干电子元器件，对信号进行处理；发射装置，为发光二极管，安装在电路板上，发射红外光线到发射透镜；接收装置，为距离检测感应模块，安装在电路板上，感应从接收透镜聚焦下来的反射光线；遮蔽罩，安装于发射装置与接收装置的周围，防止电磁干扰；其特征在于：该距离检测感应装置还包括与壳体配合固定的定位支架，该定位支架收容发射装置与接收装置，并将发射装置与接收装置准确定位，包括发射定位支架与接收定位支架。
2.如权利要求1所述的距离检测感应装置，其特征在于：所述发射定位支架包括位于发射定位装置两侧的凸台，而所述壳体内设有与该发射定位支架凸台配合的定位槽。
3.如权利要求2所述的距离检测感应装置，其特征在于：所述发射定位支架还包括位于该定位支架上端位于发射透镜位置处的圆孔以及位于该定位支架下端的收容发射装置的收容部。
4.如权利要求3所述的距离检测感应装置，其特征在于：电路板上开设有通孔，所述定位支架的收容部穿过该电路板通孔而将发射装置收容定位在电路板的下侧面。
5.如权利要求4所述的距离检测感应装置，其特征在于：所述收容部两侧设有缺口，以利于发射装置的焊接脚伸出而与电路板焊接。
6.如权利要求1所述的距离检测感应装置，其特征在于：所述发射定位支架两侧还延伸设有将定位支架与电路板抵接的支撑柱。
7.如权利要求1所述的距离检测感应装置，其特征在于：所述接收定位支架包括一定位横梁，而所述壳体上设有与该横梁自由端配合的定位凹槽。
8.如权利要求7所述的距离检测感应装置，其特征在于：所述接收定位支架还包括自横梁水平延伸并将接收装置收容定位的收容部。
9.如权利要求8所述的距离检测感应装置，其特征在于：所述接收装置安装在电路板的下侧面，电路板上开设有通孔，收容部上设有开口，所述接收透镜接收到光线通过电路板通孔以及收容部开口到达接收装置上。
10.如权利要求9所述的距离检测感应装置，其特征在于：所述收容部两侧设有缺口，以利于发射装置的焊接脚伸出而与电路板焊接。
11.如权利要求1所述的距离检测感应装置，其特征在于：距离检测感应装置还包括一安装于接收透镜与接收装置之间的密封件。
12.如权利要求1所述的距离检测感应装置，其特征在于：距离检测感应装置还包括一通过螺钉固定在壳体上的排线整理装置。
13.如权利要求1所述的距离检测感应装置，其特征在于：距离检测感应装置还包括显示工作状态或异常情况的指示灯，而所述发射定位支架上还设置有指示灯显示孔。
14.如权利要求1所述的距离检测感应装置，其特征在于：遮蔽罩分为相互焊接的第一、第二遮蔽罩，其中第一遮蔽罩通过螺钉与壳体固定并与电路板接触而实现接地，而第二遮蔽罩通过卡扣结构与壳体固定的，所述发射和接收装置被安装于遮蔽罩与电路板之间。
15.如权利要求1所述的距离检测感应装置，其特征在于：壳体为导电材料制成。
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