CN103411630A - 智能型偏振反射式光电传感器 - Google Patents
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Abstract
智能型偏振反射式光电传感器，它涉及传感器领域。它包含检测系统、控制系统，0°偏振片和90°偏振片的一侧设有反光板，补偿发射管与导光器相配合，导光器的一侧设有光敏二极管，HALIOS系统内设有HALIOS信号调理模块、发射参数调整模块和I\O模块，电源稳压电路与HALIOS系统连接，HALIOS系统与传感器输出电路连接，发射参数调整模块与发射及补偿发射电路连接，前置放大电路与HALIOS信号调理模块连接。它可以实现传感器的抗强光、智能化、尘污环境自适应补偿、高透明物体测量等特性。
Description
技术领域：
本发明涉及传感器领域，具体涉及智能型偏振反射式光电传感器。
背景技术：
目前，市场上偏振反射式光电传感器，把发射器和接收器装入同一个装置内，并加装偏振滤光系统，在其前方装一块棱镜反光板，以保证当光线遇偏振滤光片时，仅使偏振滤光片格栅平行方向上振动的光线能够通过，防止高反射率物体将光线反射回光电传感器的接收器造成传感器的误测，从而使高反射率物体进入检测区域时能够被可靠检测，但是由于偏振反射式传感器都是一组发射器件，随着环境光增强，接收器件的灵敏度会下降。并且偏振反射式传感器多为固定检测距离，而设计成智能型都需要使用高速高精度的AD采集，此方案在原理上可以实现，但其成本高昂，在产品设计时很少被使用，传感器使用过程中粉尘或污渍会在反光板或传感器表面积累，降低了发射光线的通过率，造成误测量，非智能型的偏振反射式传感器很难实现对高透明物体的检测。
如图1所示，现有偏振反射式光电传感器包含发射器1，发射脉冲发生器2，接收器3，信号调理电路4，逻辑输出电路5，被测物体6，发射部分偏光片7；它是把发射器1和接收器3装入同一个装置内，发射器发射脉冲2调整后的光信号，并加装偏振滤光系统，在其前方装一块偏光板7，偏光板7使用偏光三角棱镜，以保证当光线遇偏光板7时，仅使偏光三角棱镜格栅平行方向上振动的光线能够通过，接收器3接收其光信号，由信号调整电路4进行信号的放大，当有目标物进入光路，接收电路无法收到发射信号及认为有被测物体6。
现行技术方案的缺点：
1、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，通常使用与5000Lux以下；
2、传感器使用过程中粉尘或污渍会在反光板或传感器表面积累，可能造成传感器无法正常工作；
3、非智能型的偏振反射式传感器，无法进行反射电流的动态调整，很难实现对高透明物体的检测。
发明内容：
本发明的目的是提供智能型偏振反射式光电传感器，它可以实现传感器的抗强光、智能化、尘污环境自适应补偿、高透明物体测量等特性，与同类产品相比有较大的优势，具有应用价值。
为了解决背景技术所存在的问题，本发明是采用以下技术方案：它包含检测系统A1、控制系统A2，检测系统A1包含0°偏振片7、发射透镜8、源发射管9、第一相位和赋值可控电流源10、时钟源11、第二相位和赋值可控电流源12、补偿发射管13、导光器14、光敏二极管15、接受透镜16、90°偏振片17、信号调理电路18、幅值比较器19、前置放大电路20和反光板21；0°偏振片7和90°偏振片17的一侧设有反光板21，0°偏振片7与源发射管9之间设有发射透镜8，源发射管9的正极接通电源，源发射管9的负极与第一相位和赋值可控电流源10连接，第一相位和赋值可控电流源10的A相与时钟源11连接，时钟源11与第二相位和赋值可控电流源12的B相连接，第二相位和赋值可控电流源12的一端与补偿发射管13的负极连接，补偿发射管13的正极与电源连接，补偿发射管13与导光器14相配合，导光器14的一侧设有光敏二极管15，光敏二极管15与幅值比较器19之间设有前置放大电路20，幅值比较器19和信号调理电路18与第二相位和赋值可控电流源12连接，光敏二极管15与90°偏振片17之间设有接受透镜16；控制系统A2的硬件电路包含电源稳压电路22、HALIOS系统23、接受及前置放大电路24、发射及补偿发射电路25、设定与指数电路26和传感器输出电路27；HALIOS系统23内设有HALIOS信号调理模块28、发射参数调整模块29和I\O模块30，电源稳压电路22与HALIOS系统23连接，HALIOS系统23与传感器输出电路27连接，I\O模块30与设定与指数电路26相互连接，发射参数调整模块29与发射及补偿发射电路25连接，前置放大电路24与HALIOS信号调理模块28连接。
本发明的源发射管9和补偿发射管13交替导通，当源发射管9导通时，光线通过0°偏振片7，由反光板21反射到接收部分，在接收前端也加了90°偏振片17，光敏二极管15接收此信号，当补偿发射管13导通时，光敏二极管15接收到的是经过导光器14传导的补偿信号，信号前置放大电路20放大后，比较两次幅值，正常的HALIOS系统设计关键是让系统中的接收信号平衡相等，如果有目标物遮挡反光板21信号，系统将不再平衡，从而检测到物体。
所述的电源稳压电路22的范围是10～30VDC，E909.06的模拟部分电压是2.5V，数字工作电压是3.3V，发射LED供电电压是3.3V或5V，E909.07的供电电压是3.3V，因此在系统中设计了三组电源，以保证系统的供电需求和系统稳定性，为了消除模拟放大部分由电源带来的噪声，系统设计时将模拟地和数字地进行了分离。
所述的接受及前置放大电路24使用E909.07芯片做前置放大，此放大芯片是专为光电系统放大和配合E909.06而设计，它有很高的灵敏度，两个Gyrator可以消除强光环境造成的接收电流饱和，相位移动非常小，具有待机模式可减少电流消耗，信号带宽可以到达500KHz。
所述的传感器输出电路27输出回路串联取样电阻，设计反馈回路检测输出过流信号，另外，HALIOS系统集成了SPI和I2C接口，通过接口转换，传感器可以设计成RS232，USB等多种通信接口，实现上位机的信息传递。
本发明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，系统自动校正，环境中的一切影响：比如环境光，温度都将对测量值没有影响；接收到的发射信号和补偿发射信号都是经过同一前置放大电路，前置放大电路的漂移也将不再影响检测结果，使传感器具有很高的稳定性。系统始终调整维持动态平衡，使得微小的变化量都能被检查，有极高的检测灵敏度。实现了传感器的智能化，可以将检测数据通过通信接口传送给上位机系统，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，需要实时获取传感器信息，并且对传感器参数进行调节，只有智能型的传感器能满足这样的功能需求。传感器使用过程中粉尘或污渍在反光板或传感器表面积累时，传感器自动增强发射电流和接收灵敏度，可以补偿光路透射率的衰减；无需使用AD电路即可实现传感器的智能型，可以动态调节发射电流，使传感器能检测到高透明物体。
附图说明：
图1为现有技术的结构示意图；
图2为本发明的结构示意图；
图3为本发明中检测系统A1的结构示意图；
图4为本发明中控制系统A2的结构示意图；
图5为本发明中HALIOS系统23的原理图；
图6为本发明中传感器输出电路27的结构示意图。
具体实施方式：
参照图2至图6，本具体实施采用以下技术方案：它包含检测系统A1和控制系统A2；
所述的检测系统A1包含0°偏振片7、发射透镜8、源发射管9、第一相位和赋值可控电流源10、时钟源11、第二相位和赋值可控电流源12、补偿发射管13、导光器14、光敏二极管15、接受透镜16、90°偏振片17、信号调理电路18、幅值比较器19、前置放大电路20和反光板21；0°偏振片7和90°偏振片17的一侧设有反光板21，0°偏振片7与源发射管9之间设有发射透镜8，源发射管9的正极接通电源，源发射管9的负极与第一相位和赋值可控电流源10连接，第一相位和赋值可控电流源10的A相与时钟源11连接，时钟源11与第二相位和赋值可控电流源12的B相连接，第二相位和赋值可控电流源12的一端与补偿发射管13的负极连接，补偿发射管13的正极与电源连接，补偿发射管13与导光器14相配合，导光器14的一侧设有光敏二极管15，光敏二极管15与幅值比较器19之间设有前置放大电路20，幅值比较器19和信号调理电路18与第二相位和赋值可控电流源12连接，光敏二极管15与90°偏振片17之间设有接受透镜16。
所述的控制系统A2的硬件电路包含电源稳压电路22、HALIOS系统23、接受及前置放大电路24、发射及补偿发射电路25、设定与指数电路26和传感器输出电路27；HALIOS系统23内设有HALIOS信号调理模块28、发射参数调整模块29和I\O模块30，电源稳压电路22与HALIOS系统23连接，HALIOS系统23与传感器输出电路27连接，I\O模块30与设定与指数电路26相互连接，发射参数调整模块29与发射及补偿发射电路25连接，前置放大电路24与HALIOS信号调理模块28连接。
本发明的源发射管9和补偿发射管13交替导通，当源发射管9导通时，光线通过0°偏振片7，由反光板21反射到接收部分，在接收前端也加了90°偏振片17，光敏二极管15接收此信号，当补偿发射管13导通时，光敏二极管15接收到的是经过导光器14传导的补偿信号，信号前置放大电路20放大后，比较两次幅值，正常的HALIOS系统设计关键是让系统中的接收信号平衡相等，如果有目标物遮挡反光板21信号，系统将不再平衡，从而检测到物体。
所述的电源稳压电路22的范围是10～30VDC，E909.06的模拟部分电压是2.5V，数字工作电压是3.3V，发射LED供电电压是3.3V或5V，E909.07的供电电压是3.3V，因此在系统中设计了三组电源，以保证系统的供电需求和系统稳定性，为了消除模拟放大部分由电源带来的噪声，系统设计时将模拟地和数字地进行了分离。
所述的接受及前置放大电路24使用E909.07芯片做前置放大，此放大芯片是专为光电系统放大和配合E909.06而设计，它有很高的灵敏度，两个Gyrator可以消除强光环境造成的接收电流饱和，相位移动非常小，具有待机模式可减少电流消耗，信号带宽可以到达500KHz。
所述的传感器输出电路27输出回路串联取样电阻，设计反馈回路检测输出过流信号，另外，HALIOS系统集成了SPI和I2C接口，通过接口转换，传感器可以设计成RS232，USB等多种通信接口，实现上位机的信息传递。
本具体实施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，系统自动校正，环境中的一切影响：比如环境光，温度都将对测量值没有影响；接收到的发射信号和补偿发射信号都是经过同一前置放大电路，前置放大电路的漂移也将不再影响检测结果，使传感器具有很高的稳定性。系统始终调整维持动态平衡，使得微小的变化量都能被检查，有极高的检测灵敏度。实现了传感器的智能化，可以将检测数据通过通信接口传送给上位机系统，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，需要实时获取传感器信息，并且对传感器参数进行调节，只有智能型的传感器能满足这样的功能需求。传感器使用过程中粉尘或污渍在反光板或传感器表面积累时，传感器自动增强发射电流和接收灵敏度，可以补偿光路透射率的衰减；无需使用AD电路即可实现传感器的智能型，可以动态调节发射电流，使传感器能检测到高透明物体。
本具体实施可以实现传感器的抗强光、智能化、尘污环境自适应补偿、高透明物体测量等特性，与同类产品相比有较大的优势，具有应用价值。
Claims (1)
1.智能型偏振反射式光电传感器，其特征在于它包含检测系统(A1)和控制系统(A2)；检测系统(A1)包含0°偏振片(7)、发射透镜(8)、源发射管(9)第一相位和赋值可控电流源(10)、时钟源(11)、第二相位和赋值可控电流源(12)、补偿发射管(13)、导光器(14)、光敏二极管(15)、接受透镜(16)、90°偏振片(17)、信号调理电路(18)、幅值比较器(19)、前置放大电路(20和反光板(21)；0°偏振片(7)和90°偏振片(17)的一侧设有反光板(21)，0°偏振片(7)与源发射管(9)之间设有发射透镜(8)，源发射管(9)的正极接通电源，源发射管(9)的负极与第一相位和赋值可控电流源(10)连接，第一相位和赋值可控电流源(10)的A相与时钟源(11)连接，时钟源(11)与第二相位和赋值可控电流源(12)的B相连接，第二相位和赋值可控电流源(12)的一端与补偿发射管(13)的负极连接，补偿发射管(13)的正极与电源连接，补偿发射管(13)与导光器(14)相配合，导光器(14)的一侧设有光敏二极管(15)，光敏二极管(15)与幅值比较器(19)之间设有前置放大电路(20)，幅值比较器(19)和信号调理电路(18)与第二相位和赋值可控电流源(12)连接，光敏二极管(15)与90°偏振片(17)之间设有接受透镜(16)；控制系统(A2)的硬件电路包含电源稳压电路(22)、HALIOS系统(23)、接受及前置放大电路(24)、发射及补偿发射电路(25)、设定与指数电路(26)和传感器输出电路(27)；HALIOS系统(23)内设有HALIOS信号调理模块(28)、发射参数调整模块(29)和I\O模块(30)，电源稳压电路(22)与HALIOS系统(23)连接，HALIOS系统(23)与传感器输出电路(27)连接，I\O模块(30)与设定与指数电路(26)相互连接，发射参数调整模块(29)与发射及补偿发射电路(25)连接，前置放大电路(24)与HALIOS信号调理模块(28)连接。
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