CN105021213A

CN105021213A - 一种射极耦合式高灵敏度光电传感器系统

Info

Publication number: CN105021213A
Application number: CN201510395464.1A
Authority: CN
Inventors: 刘霖; 刘永; 邱会中; 杨先明; 张晓奕; 罗颖
Original assignee: Ningbo Momi Innovation Works Electronic Technology Co Ltd
Current assignee: Ningbo Momi Innovation Works Electronic Technology Co Ltd
Priority date: 2015-07-02
Filing date: 2015-07-02
Publication date: 2015-11-04

Abstract

本发明公开了一种射极耦合式高灵敏度光电传感器系统，由输出端口(8)，光源(1)，与光源(1)相连接的光学元件(2)，与光学元件(2)相连接的接收器(3)，与接收器(3)相连接的比较单元(4)，与比较单元(4)相连接的光电转换单元(5)，以及与输出端口(8)相连接的判定单元(7)组成；其特征在于，在光电转换单元(5)与判定单元(7)之间还设置有射极耦合式放大单元(6)；本发明通过比较单元对检测信号进行不失真的放大，有利于射极耦合式放大单元对检测信号进行处理，提高了其检测精度。同时，本发明通过射极耦合式放大单元的作用，可以避免系统的磁场与检测到的信号相互干扰，使本发明信号检测更加稳定。

Description

一种射极耦合式高灵敏度光电传感器系统

技术领域

本发明涉及一种光电传感器，具体是指一种射极耦合式高灵敏度光电传感器系统。

背景技术

随着全球制造业自动化程度的提高，工业传感器成为提高生产能力和增强安全的关键所在。工业传感器有各种尺寸、形状和技术——最常见的是用电感、电容、光电、磁力、超声波技术设计的传感器。每一种技术各有其长短，因此要根据应用的要求来确定采用哪一种传感器。

光电式传感器因其灵敏度高，检测距离远，所以在现实的检测和控制中应用非常广泛。然而，目前所使用的光电传感器其检测精度并不高，并不能适应目前的生产所需。

发明内容

本发明的目的在于克服传统的光电传感器其检测精度不高的缺陷，提供一种射极耦合式高灵敏度光电传感器系统。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种射极耦合式高灵敏度光电传感器系统，由输出端口，光源，与光源相连接的光学元件，与光学元件相连接的接收器，与接收器相连接的比较单元，与比较单元相连接的光电转换单元，以及与输出端口相连接的判定单元，为了更好的实现本发明，本发明在光电转换单元与判定单元之间还设置有射极耦合式放大单元。

进一步的，所述射极耦合式放大单元由三极管VT5，三极管VT6，三极管VT7，与非门A1，第三滤波电路，第四滤波电路，N极顺次经电阻R10和电阻R11后与第三滤波电路相连接、P极则与三极管VT5的集电极相连接的二极管D6，一端与第三滤波电路相连接、另一端则形成该射极耦合式放大单元的输入端的电位器R9，正极与电位器R9的滑动端相连接、负极则与三极管VT5的基极相连接的电容C10，一端与二极管D6的N极相连接、另一端则经电阻R14后与第四滤波电路相连接的电阻R13，负极与三极管VT5的集电极相连接、正极则与三极管VT6的基极相连接的电容C11，以及N极与三极管VT7的基极相连接、P极则与三极管VT6的发射极相连接的二极管D7组成；所述三极管VT5的基极与电阻R10和电阻R11的连接点相连接、其发射极则与第三滤波电路相连接；所述三极管VT6的基极与电阻R13和电阻R14的连接点相连接、其集电极则与二极管D6的N极相连接、其发射极则与第四滤波电路相连接；所述与非门A1的正极和负极均与三极管VT6的集电极相连接、其输出端则与三极管VT6的发射极相连接；所述三极管VT7的发射极与第四滤波电路相连接、其集电极则形成该射极耦合式放大单元的输出端；所述第四滤波电路还与第三滤波电路相连接。

所述第三滤波电路包括电阻R12以及电容C12；该电容C12与电阻R12相并联，其一个共同端与三极管VT5的发射极相连接，其另一个共同端则经电阻R11后与三极管VT5的基极相连接；所述第四滤波电路则包括电阻R15和电容C13；电容C13的负极与三极管VT6的发射极相连接、其正极则经电阻R11后与三极管VT5的基极相连接；电阻R15则与电容C13相并联；所述三极管VT7的发射极则与电容C13的正极相连接。

所述比较单元由处理芯片U，变压器T，与处理芯片U相连接的第一RC滤波电路，串接在第一RC滤波电路与处理芯片U之间的筛选电路，一端与处理芯片U的EN管脚相连接、另一端则经电阻R3后与处理芯片U的VIN管脚相连接的电阻R1，正极与处理芯片U的VIN管脚相连接、负极接地的电容C3，与处理芯片U相连接的三极管触发电路和微处理电路，正极与处理芯片U的PVIN管脚相连接、负极则经二极管D4后与变压器T原边线圈的非同名端相连接的极性电容C6，正极与极性电容C6的正极相连接、负极接地的极性电容C5，以及与变压器T副边线圈相连接的输出电路组成；所述微处理电路还与输出电路相连接，变压器T原边线圈则与三极管触发电路的输出端相连接。

所述的第一RC滤波电路包括电容C1和电阻R2；所述电容C1与电阻R2相并联，其一个共同端与处理芯片U的EN管脚相连接，其另一个共同端则与筛选电路相连接。

所述的筛选电路由场效应管MOS1，三极管VT4，单向晶闸管D2，串接在处理芯片U的VCC管脚和场效应管MOS1的栅极之间的电容C2，串接在处理芯片U的RT管脚和场效应管MOS1的栅极之间的二极管D1，串接在处理芯片U的SS管脚和场效应管MOS1的栅极之间的电容C4，串接在场效应管MOS1的源极与三极管VT4的基极之间的电阻R4，以及串接在场效应管MOS1的栅极与三极管VT4的集电极之间的电阻R5组成；所述场效应管MOS1的漏极经电阻R2后与处理芯片U的EN管脚相连接，其栅极则与单向晶闸管D2的P极相连接；所述单向晶闸管D2的控制极与三极管VT4的集电极相连接，其N极则与三极管VT4的发射极相连接，其P极则与处理芯片U的AGND管脚相连接；所述处理芯片U的EN管脚形成该比较单元的输入端，其PVIN管脚则与电阻1和电阻R3的连接点相连接。

所述三极管触发电路由三极管VT1，三极管VT2以及二极管D3组成；所述二极管D3串接在三极管VT1的集电极和三极管VT2的集电极之间；所述三极管VT1的集电极与处理芯片U的HO管脚相连接，其基极则与处理芯片U的BST管脚相连接，其发射极则与三极管VT2的基极相连接；所述三极管VT2的基极与处理芯片U的LO管脚相连接，其发射极则与处理芯片U的PGND管脚相连接的同时接地；所述变压器T的原边线圈的同名端与处理芯片U的HO管脚相连接，其非同名端则与三极管VT2的发射极相连接。

所述输出电路则包括二极管D5，电容C8，电感L1以及极性电容C9；所述二极管D5的P极与变压器T副边线圈的非同名端相连接，其N极则经电感L1后形成该比较单元的输出端；电容C8的正极与二极管D5的N极相连接，其负极则与变压器T副边线圈的同名端相连接；极性电容C9的正极经电感L1后与二极管D5的N极相连接，其负极则与变压器T副边的非同名端相连接的同时接地。

所述的微处理电路由三极管VT3，一端与三极管VT3的发射极相连接的同时接地、另一端则经电阻R7后与极性电容C9的正极相连接的电阻R8，一端与处理芯片U的FB管脚相连接、另一端则与电阻R7和电阻R8的连接点相连接的电阻R6，以及与电阻R6相并联的电容C7组成；所述三极管VT3的基极与处理芯片U的COMP管脚相连接，其集电极则与处理芯片U的FB管脚相连接。

为了达到更好的实施效果，所述的处理芯片U优选为LM5015集成电路，而电容C10，电容C11，电容C12以及电容C13均优先采用贴片电容来实现。

本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)本发明的灵敏度比传统的光电传感器的灵敏度更高，并且体积更小，因此可以适用于安装环境小的工况，提高了其应用范围。

(2)本发明具有良好的抗电磁干扰能力，避免因磁场干扰而影响其检测精度。

(3)本发明通过比较单元对检测信号进行不失真的放大，有利于射极耦合式放大单元对检测信号进行处理，提高了其检测精度。

(4)本发明通过射极耦合式放大单元的作用，可以避免系统的磁场与检测到的信号相互干扰，使本发明信号检测更加稳定。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的比较单元电路结构示意图。

图3为本发明的射极耦合式放大单元电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，本发明由光源1，与光源1相连接的光学元件2，与光学元件2相连接的接收器3，与接收器3相连接的比较单元4，与比较单元4相连接的光电转换单元5，与光电转换单元5相连接的射极耦合式放大单元6，与射极耦合式放大单元6相连接的判定单元7，以及与判定单元7相连接的输出端口8组成。

其中，光源1用于不间断的给检测目标发射光束，其可以采用发光二极管或激光二极管来实现。而接收器3则用于接收被检测目标所反射回来的光束，并对光束进行分析，确认反射回来的光束是否为光源1所发出的光束，其可以采用光电二极管或光电三极管来实现。而光学元件2则可以使接收器3更好的接收目标反射回来的光束，其可以优选为透镜、反射镜或光圈来实现。在本实施例中，光源1和接收器3是不共地的，即二者之间无电的联系，这样则可以提高本发明的抗干扰性能。

该比较单元4则可以对检测目标所反射回来的光束进行放大处理，而光电转换单元则用于把反馈回来的光信号转变为电信号。射极耦合式放大单元6可以对检测信号进行处理，避免系统的磁场与检测信号相互干扰，使本发明信号检测更加稳定，判定单元7则用于对反射回来的信号进行判断，而输出端口则用于把判定结果输出给外部的控制器或外部设备。该光电转换单元5、判定单元7以及输出端口8均采用现有技术即可实现。

如图2所示，该比较单元4由处理芯片U，变压器T，第一RC滤波电路，筛选电路，电阻R1，电阻R3，电容C3，三极管触发电路，微处理电路，极性电容C6，二极管D4，极性电容C5以及输出电路几部组成。为了达到更好的实施效果，所述的处理芯片U优先采用LM5015集成电路来实现。

其中，所述的第一RC滤波电路可以对输入的信号进行滤波处理，其包括电容C1和电阻R2；所述电容C1与电阻R2相并联，其一个共同端与处理芯片U的EN管脚相连接，其另一个共同端则与筛选电路相连接。

同时，筛选电路则串接在电容C1和电阻R2的其中一个共同端与处理芯片U之间的，而电阻R1的一端与处理芯片U的EN管脚相连接、其另一端则经电阻R3后与处理芯片U的VIN管脚相连接，电容C3的正极与处理芯片U的VIN管脚相连接、其负极接地，三极管触发电路和微处理电路则分别与处理芯片U相连接，极性电容C6的正极与处理芯片U的PVIN管脚相连接、其负极则经二极管D4后与变压器T原边线圈的非同名端相连接，极性电容C5的正极与极性电容C6的正极相连接、其负极接地，输出电路则与变压器T副边线圈相连接。该微处理电路还与输出电路相连接，变压器T原边线圈则与三极管触发电路的输出端相连接。

该筛选电路由场效应管MOS1，三极管VT4，单向晶闸管D2，电容C2，电容C4，电阻R4以及电阻R5组成。连接时，电容C2串接在处理芯片U的VCC管脚和场效应管MOS1的栅极之间，二极管D1则串接在处理芯片U的RT管脚和场效应管MOS1的栅极之间，电容C4则串接在处理芯片U的SS管脚和场效应管MOS1的栅极之间，电阻R4则串接在场效应管MOS1的源极与三极管VT4的基极之间，电阻R5串接在场效应管MOS1的栅极与三极管VT4的集电极之间。

同时，该场效应管MOS1的漏极经电阻R2后与处理芯片U的EN管脚相连接，其栅极则与单向晶闸管D2的P极相连接。所述单向晶闸管D2的控制极与三极管VT4的集电极相连接，其N极则与三极管VT4的发射极相连接，其P极则与处理芯片U的AGND管脚相连接。所述处理芯片U的EN管脚形成该比较单元4的输入端，其PVIN管脚则与电阻1和电阻R3的连接点相连接。

所述三极管触发电路由三极管VT1，三极管VT2以及二极管D3组成。所述二极管D3串接在三极管VT1的集电极和三极管VT2的集电极之间。

三极管VT1和三极管VT2则构成一个触发器，其结构为：三极管VT1的集电极与处理芯片U的HO管脚相连接，其基极则与处理芯片U的BST管脚相连接，其发射极则与三极管VT2的基极相连接，由此则可以接收处理芯片U所输送的信号。而三极管VT2的基极与处理芯片U的LO管脚相连接，其发射极则与处理芯片U的PGND管脚相连接的同时接地。所述变压器T的原边线圈的同名端与处理芯片U的HO管脚相连接，其非同名端则与三极管VT2的发射极相连接。

所述的微处理电路可以对处理芯片U输出的信号进行微处理，从而使信号更加稳定，其由三极管VT3，电阻R7，电阻R8以及第二RC滤波电路组成。

电阻R8的一端与三极管VT3的发射极相连接的同时接地、其另一端则经电阻R7后与输出电路相连接。三极管VT3的基极与处理芯片U的COMP管脚相连接，其集电极则与处理芯片U的FB管脚相连接。第二RC滤波电路则串接在处理芯片U的FB管脚和电阻R7与电阻R8的连接点之间。

该第二RC滤波电路由一端与处理芯片U的FB管脚相连接、另一端则与电阻R7和电阻R8的连接点相连接的电阻R6，以及与电阻R6相并联的电容C7组成。

所述的输出电路则包括二极管D5，电容C8，电感L1以及极性电容C9。二极管D5的P极与变压器T副边线圈的非同名端相连接，其N极则经电感L1后形成该比较单元的输出端。电容C8的正极与二极管D5的N极相连接，其负极则与变压器T副边线圈的同名端相连接。极性电容C9的正极经电感L1后与二极管D5的N极相连接，其负极则与变压器T副边的非同名端相连接的同时接地；所述极性电容C9的正极还顺次经电阻R7和电阻R8后与三极管VT3的发射极相连接。

如图3所示，该射极耦合式放大单元6由三极管VT5，三极管VT6，三极管VT7，与非门A1，第三滤波电路，第四滤波电路，电位器R9，电阻R10，电阻R11，电阻R13，电阻R14，电容C10，电容C11，二极管D6以及二极管D7组成。

其中，第三滤波电路包括电阻R12以及电容C12。该电容C12与电阻R12相并联，其一个共同端与三极管VT5的发射极相连接，其另一个共同端则经电阻R11和电阻R10后与二极管D6的N极相连接。

所述第四滤波电路则包括电阻R15和电容C13。电容C13的负极与三极管VT6的发射极相连接、其正极则与电阻R11和第三滤波电路的连接点相连接。电阻R15则与电容C13相并联；所述三极管VT7的发射极则与电容C13的正极相连接。

同时，电位器R9的一端与第三滤波电路和电阻R11的连接点相连接、其另一端则形成该射极耦合式放大单元的输入端，电容C10的正极与电位器R9的滑动端相连接、其负极则与三极管VT5的基极相连接，电阻R13的一端与二极管D6的N极相连接、其另一端则经电阻R14后与电容C13的正极相连接，电容C11的负极与三极管VT5的集电极相连接、其正极则与三极管VT6的基极相连接，二极管D7的N极与三极管VT7的基极相连接、其P极则与三极管VT6的发射极相连接。

所述三极管VT5的基极与电阻R10和电阻R11的连接点相连接、其发射极则与电阻R12和电容C12的连接点相连接；由此结构由使电阻R10和电阻R11则构成三极管VT5的偏置电路，其确保三极管VT5可以对检测信号进行不失真的放大。

所述三极管VT6的基极与电阻R13和电阻R14的连接点相连接、其集电极则与二极管D6的N极相连接、其发射极则与电容C13的负极相连接；由此结构则使电阻R13和电阻R14形成三极管VT6的偏置电路，其确保三极管VT6可以对检测信号进行不失真的放大。通过对检测信号进行两级放大，可以使检测信号更加清晰。

所述与非门A1的正极和负极均与三极管VT6的集电极相连接、其输出端则与三极管VT6的发射极相连接。所述三极管VT7的集电极则形成该射极耦合式放大单元6的输出端；所述二极管D6的P极则与三极管VT5的集电极相连接。

为了达到更好的实施效果，所述的电容C10，电容C11，电容C12以及电容C13均优先采用贴片电容来实现。

如上所述，便可以很好的实现本发明。

Claims

1.一种射极耦合式高灵敏度光电传感器系统，由输出端口(8)，光源(1)，与光源(1)相连接的光学元件(2)，与光学元件(2)相连接的接收器(3)，与接收器(3)相连接的比较单元(4)，与比较单元(4)相连接的光电转换单元(5)，以及与输出端口(8)相连接的判定单元(7)组成；其特征在于，在光电转换单元(5)与判定单元(7)之间还设置有射极耦合式放大单元(6)；所述射极耦合式放大单元(6)由三极管VT5，三极管VT6，三极管VT7，与非门A1，第三滤波电路，第四滤波电路，N极顺次经电阻R10和电阻R11后与第三滤波电路相连接、P极则与三极管VT5的集电极相连接的二极管D6，一端与第三滤波电路相连接、另一端则形成该射极耦合式放大单元的输入端的电位器R9，正极与电位器R9的滑动端相连接、负极则与三极管VT5的基极相连接的电容C10，一端与二极管D6的N极相连接、另一端则经电阻R14后与第四滤波电路相连接的电阻R13，负极与三极管VT5的集电极相连接、正极则与三极管VT6的基极相连接的电容C11，以及N极与三极管VT7的基极相连接、P极则与三极管VT6的发射极相连接的二极管D7组成；所述三极管VT5的基极与电阻R10和电阻R11的连接点相连接、其发射极则与第三滤波电路相连接；所述三极管VT6的基极与电阻R13和电阻R14的连接点相连接、其集电极则与二极管D6的N极相连接、其发射极则与第四滤波电路相连接；所述与非门A1的正极和负极均与三极管VT6的集电极相连接、其输出端则与三极管VT6的发射极相连接；所述三极管VT7的发射极与第四滤波电路相连接、其集电极则形成该射极耦合式放大单元(6)的输出端；所述第四滤波电路还与第三滤波电路相连接。

2.根据权利要求1所述的一种射极耦合式高灵敏度光电传感器系统，其特征在于：所述第三滤波电路包括电阻R12以及电容C12；该电容C12与电阻R12相并联，其一个共同端与三极管VT5的发射极相连接，其另一个共同端则经电阻R11后与三极管VT5的基极相连接；所述第四滤波电路则包括电阻R15和电容C13；电容C13的负极与三极管VT6的发射极相连接、其正极则经电阻R11后与三极管VT5的基极相连接；电阻R15则与电容C13相并联；所述三极管VT7的发射极则与电容C13的正极相连接。

3.根据权利要求2所述的一种射极耦合式高灵敏度光电传感器系统，其特征在于：所述比较单元(4)由处理芯片U，变压器T，与处理芯片U相连接的第一RC滤波电路，串接在第一RC滤波电路与处理芯片U之间的筛选电路，一端与处理芯片U的EN管脚相连接、另一端则经电阻R3后与处理芯片U的VIN管脚相连接的电阻R1，正极与处理芯片U的VIN管脚相连接、负极接地的电容C3，与处理芯片U相连接的三极管触发电路和微处理电路，正极与处理芯片U的PVIN管脚相连接、负极则经二极管D4后与变压器T原边线圈的非同名端相连接的极性电容C6，正极与极性电容C6的正极相连接、负极接地的极性电容C5，以及与变压器T副边线圈相连接的输出电路组成；所述微处理电路还与输出电路相连接，变压器T原边线圈则与三极管触发电路的输出端相连接。

4.根据权利要求3所述的一种射极耦合式高灵敏度光电传感器系统，其特征在于：所述的第一RC滤波电路包括电容C1和电阻R2；所述电容C1与电阻R2相并联，其一个共同端与处理芯片U的EN管脚相连接，其另一个共同端则与筛选电路相连接。

5.根据权利要求4所述的一种射极耦合式高灵敏度光电传感器系统，其特征在于：所述的筛选电路由场效应管MOS1，三极管VT4，单向晶闸管D2，串接在处理芯片U的VCC管脚和场效应管MOS1的栅极之间的电容C2，串接在处理芯片U的RT管脚和场效应管MOS1的栅极之间的二极管D1，串接在处理芯片U的SS管脚和场效应管MOS1的栅极之间的电容C4，串接在场效应管MOS1的源极与三极管VT4的基极之间的电阻R4，以及串接在场效应管MOS1的栅极与三极管VT4的集电极之间的电阻R5组成；所述场效应管MOS1的漏极经电阻R2后与处理芯片U的EN管脚相连接，其栅极则与单向晶闸管D2的P极相连接；所述单向晶闸管D2的控制极与三极管VT4的集电极相连接，其N极则与三极管VT4的发射极相连接，其P极则与处理芯片U的AGND管脚相连接；所述处理芯片U的EN管脚形成该比较单元(4)的输入端，其PVIN管脚则与电阻1和电阻R3的连接点相连接。

6.根据权利要求5所述的一种射极耦合式高灵敏度光电传感器系统，其特征在于：所述三极管触发电路由三极管VT1，三极管VT2以及二极管D3组成；所述二极管D3串接在三极管VT1的集电极和三极管VT2的集电极之间；所述三极管VT1的集电极与处理芯片U的HO管脚相连接，其基极则与处理芯片U的BST管脚相连接，其发射极则与三极管VT2的基极相连接；所述三极管VT2的基极与处理芯片U的LO管脚相连接，其发射极则与处理芯片U的PGND管脚相连接的同时接地；所述变压器T的原边线圈的同名端与处理芯片U的HO管脚相连接，其非同名端则与三极管VT2的发射极相连接。

7.根据权利要求6所述的一种射极耦合式高灵敏度光电传感器系统，其特征在于：所述输出电路则包括二极管D5，电容C8，电感L1以及极性电容C9；所述二极管D5的P极与变压器T副边线圈的非同名端相连接，其N极则经电感L1后形成该比较单元的输出端；电容C8的正极与二极管D5的N极相连接，其负极则与变压器T副边线圈的同名端相连接；极性电容C9的正极经电感L1后与二极管D5的N极相连接，其负极则与变压器T副边的非同名端相连接的同时接地。

8.根据权利要求7所述的一种射极耦合式高灵敏度光电传感器系统，其特征在于：所述的微处理电路由三极管VT3，一端与三极管VT3的发射极相连接的同时接地、另一端则经电阻R7后与极性电容C9的正极相连接的电阻R8，一端与处理芯片U的FB管脚相连接、另一端则与电阻R7和电阻R8的连接点相连接的电阻R6，以及与电阻R6相并联的电容C7组成；所述三极管VT3的基极与处理芯片U的COMP管脚相连接，其集电极则与处理芯片U的FB管脚相连接。

9.根据权利要求8所述的一种射极耦合式高灵敏度光电传感器系统，其特征在于：所述的处理芯片U为LM5015集成电路。

10.根据权利要求8所述的一种射极耦合式高灵敏度光电传感器系统，其特征在于：所述电容C10，电容C11，电容C12以及电容C13均为贴片电容。