CN107576994A - 用于基于脉冲的接收器光传感器的系统和方法 - Google Patents

用于基于脉冲的接收器光传感器的系统和方法 Download PDF

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Abstract

公开了一种光电传感器、操作光电传感器的方法以及非暂态计算机可读介质。光电传感器使用选择性脉冲检测技术和相关联的同步技术，以改进脉冲检测的质量、传感器的操作范围和传感器的抗噪音能力。这些改进还产生了更快的传感器响应时间并且减少了设计周期时间。由传感器的发射器发射的经调制的光束包括多个脉冲周期，每个周期内发送一个脉冲。脉冲被定位在它们相应的周期内的相对于周期开始的定义的偏移时间处，该偏移时间可以根据定义的模式而在周期间变化。接收器可以基于同步信息选择性地对信号进行采样，以确定接收到的信号是否包括发射的脉冲模式。直通光束式传感器可基于对与经调制的信号相对应的模拟信号的分析来在内部生成同步信息。

Description

用于基于脉冲的接收器光传感器的系统和方法
技术领域
本文公开的主题总体上涉及光电传感器，更具体地涉及在传感器的接收器处对经调制的脉冲信号的检测。
背景技术
许多工业应用利用光电传感器来检测在受控过程或机器周围的某些位置处对象或人的存在。例如，这样的传感器可以安装在选定的输送机位置以检测在那些位置处组件的存在。这样的光电传感器还可以安装在工业系统的潜在危险的移动部件附近，以检测这些位置处人的存在。这些传感器通常基于在接收器处对发射光束的检测来控制对控制系统(例如，工业控制器，安全继电器等)的离散输出。
对于使用光脉冲调制的光电传感器，接收器通常仅基于检测到的脉冲数和信号电平来检测由光束携带的经调制的脉冲。然而，在没有适当的同步的情况下，这种技术使传感器的接收器对具有与经调制的脉冲的能量水平类似的能量水平的任何重复噪声敏感。
此外，在直通光束式(through-beam)传感器的情况下，接收器和发射器之间的同步是困难的，因为这样的直通光束式传感器的接收器和发射器驻留在物理上分开的壳体中，因此不能容易地交换同步数据。
目前的光电传感器的上述缺陷仅旨在提供对常规系统的一些问题的概述，而并非是无遗漏的。在阅读以下描述时，常规系统的其他问题和本文描述的各种非限制性实施方式的相应优点会变得更明显。
发明内容
以下给出简化的概述，以提供对本文所描述的一些方面的基本理解。本概述不是全面的评述，也不旨在标识关键/重要元素或者描述本文所描述的各个方面的范围。其唯一目的是以简化的形式给出一些概念，作为稍后介绍的更详细描述的序言。
在一个或更多个实施方式中，提供一种光电传感器，该光电传感器包括：光传感器部件，该光传感器部件被配置成接收光信息并且将光信息转换成模拟信号，光信息包括具有经调制的信号的光束，该经调制的信号包括脉冲；数字采样部件，该数字采样部件被配置成在由同步信息定义的采样定时处对模拟信号进行数字采样，以产生数字样本信息；脉冲识别部件，该脉冲识别部件被配置成基于数字样本信息而识别模拟信号中的脉冲的存在和脉冲的定时；定时分析部件，该定时分析部件被配置成确定脉冲的定时是否与由同步信息定义的预期定时相对应；以及输出控制部件，该输出控制部件被配置成基于由定时分析部件生成的结果而控制输出。
还描述了一种用于操作光电传感器的方法，其中，该方法包括：通过包括至少一个处理器的光电传感器接收光信息，光信息包括使用包括脉冲的信号进行调制的光束；通过光电传感器将光信息转换成模拟信号；通过光电传感器，根据基于同步信息确定的采样定时来对模拟信号进行数字采样，以产生数字样本信息；通过光电传感器，基于数字样本信息来确定幅度和定时信息；通过光电传感器确定幅度和定时信息是否与由同步信息指定的预期幅度和定时相对应；以及通过光电传感器，基于确定的结果而控制输出信号。
此外，在一个或更多个实施方式中，提供了一种存储有可执行部件的非暂态计算机可读介质，可执行部件响应于执行而使处理器执行操作，所述操作包括：接收包括使用包括脉冲的信号调制的光束的光信息；将光信息转换成模拟信号；根据基于同步信息确定的采样定时对模拟信号进行数字采样，以产生数字样本信息；基于数字样本信息而确定幅度和定时信息；确定幅度和定时信息是否与由同步信息指示的预期幅度和定时相对应；以及基于确定的结果而控制输出信号。
为了实现前述和相关目的，本文结合以下描述和附图来描述某些说明性方面。这些方面指示可以实施的各种方式，本文旨在涵盖所有这些方式。根据结合附图考虑的以下详细描述，其他优点和新颖特征会变得明显。
附图说明
图1是使用光脉冲调制的示例性直通光束式光电传感器的框图。
图2是使用光脉冲调制的示例性漫反射式(diffuse)光电传感器的框图。
图3是光电传感器的示例性发射器的框图。
图4是光电传感器的示例性接收器的框图。
图5是示例性直通光束式光电接收器的框图。
图6是示出由发射器生成并且被光电传感器的接收器检测到的脉冲定时的曲线图。
图7是示出使用本文所述的采样技术将环境光噪声从经调制的脉冲中分离的曲线图。
图8是示出由接收器接收到的示例性发射脉冲序列和期间获取接收到的脉冲序列的样本的两个连续采样窗口的时序图。
图9是在包括四个脉冲周期的采样窗口内的示例性脉冲模式的曲线图。
图10是示出可以由接收器执行以促进针对直通光束式光电传感器的接收器和发射器之间的同步的同步算法的框图。
图11是示出由接收器维持的计时器响应于接收到的脉冲的行为的时序图。
图12是示出可以由接收器执行以估计接收到的信号的相位的同步算法的框图。
图13是如下示例性方法的流程图：该示例性方法用于处理由光电传感器的接收器接收到的光并且基于对由传感器的发射器发射的脉冲调制的光束的检测来控制传感器的输出。
图14是用于学习如下同步信息的示例性方法的流程图：该同步信息可以用于通过直通光束式光电接收器、根据由相对应的光电发射器所发射的脉冲模式来使对脉冲调制的光束的数字采样同步。
图15是用于学习如下同步信息的示例性方法的流程图：该同步信息可以用于在使用脉冲之间具有可变定时的脉冲模式对光束进行调制的情形下通过直通光束式光电接收器使对脉冲调制光束的数字采样同步。
图16是示例性计算环境。
图17是示例性联网环境。
具体实施方式
现参照附图来描述本公开内容，其中，自始至终使用相同的附图标记指代相同的元素。在以下描述中，出于说明的目的，阐述了许多具体细节以提供对本公开内容的透彻理解。然而，显然的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本公开内容。在其他实例中，以框图形式示出了公知的结构和装置，以方便对本公开内容进行描述。
如在本申请中所使用的，术语“部件”、“系统”、“平台”、“层”、“控制器”、“终端”、“站”、“节点”、“接口”旨在指代计算机相关实体，或者与具有一个或更多个特定功能的操作设备有关的实体或作为该操作设备的部分的实体，其中，这样的实体可以是硬件、硬件与软件的组合、软件或执行中的软件。例如，部件可以是但不限于：在处理器上运行的进程、处理器、硬盘驱动器、包括固定的(例如，螺纹连接或螺栓连接)固态存储驱动器或可拆卸地固定的固态存储驱动器的(光学或磁存储介质的)多个存储驱动器、对象、可执行文件(executable)、执行线程、计算机可执行程序和/或计算机。作为说明，在服务器上运行的应用和服务器二者均可以是部件。一个或更多个部件可以驻留在进程和/或执行线程内，并且部件可以位于一个计算机上以及/或者分布在两个或更多个计算机之间。此外，本文所描述的部件可以从存储有各种数据结构的各种计算机可读存储介质执行。部件可以经由本地和/或远程进程、例如根据具有一个或更多个数据包(例如，来自经由信号与本地系统、分布式系统中的另一部件以及/或者跨网络如因特网与其他系统进行交互的一个部件的数据)的信号进行通信。作为另一示例，部件可以是具有由下述电气或电子电路操作的机械零件提供的特定功能的设备，所述电气或电子电路由处理器执行的软件或固件应用来操作，其中，处理器可以位于该装置的内部或外部，并且执行软件或固件应用的至少一部分。作为又一示例，部件可以是通过电子部件而不是机械零件提供特定功能的装置，该电子部件中可以包括处理器，以执行至少部分地提供电子部件的功能的软件或固件。作为又一示例，(一个或更多个)接口可以包括输入/输出(I/O)部件及其相关联的处理器、应用或应用编程接口(API)部件。尽管前述示例涉及部件的各方面，但例示方面或特征也适用于系统、平台、接口、层、控制器、终端等。
如本文所使用的，术语“推断”和“推论”通常是指根据经由事件和/或数据所捕获的一组观察结果而推理或推断系统、环境和/或用户的状态的过程。例如，可以采用推论来识别特定背景或动作，或者可以生成关于状态的概率分布。推论可以是概率性的，就是说，基于事件和数据的考虑来计算关于所关注状态的概率分布。推论还可以指用于从一组事件和/或数据组成较高级别的事件的技术。这样的推论引起从一组观察到的事件和/或所存储的事件数据构造出新事件或动作，无论该事件是否以紧密的时间接近度相关，以及事件和数据是否来自一个或若干个事件和数据源。
另外，术语“或”旨在表示包含性的“或”而非排他性的“或”。就是说，除非另外指定或根据上下文清楚可见，否则短语“X采用A或B”旨在表示本质包含性的排列中的任何排列。就是说，以下实例中的任何实例满足短语“X采用A或B”：X采用A；X采用B；或者X采用A和B二者。另外，除非另有指定或根据上下文清楚可见地涉及单数形式，否则在本申请和所附权利要求中所使用的冠词“一”和“一个”通常应当被解释为表示“一个或更多个”。
此外，本文中所使用的术语“集合”不包括空集，例如，其中没有元素的集合。因此，本公开内容中的“集合”包括一个或更多个元素或实体。作为说明，控制器集合包括一个或更多个控制器；数据资源集合包括一个或更多个数据资源，等等。同样地，本文所使用的术语“组”是指一个或更多个实体的集合，例如，节点组是指一个或更多个节点。
将根据可以包括许多装置、部件、模块等的系统来呈现各个方面或特征。要理解和认识到的是，各个系统可以包括另外的装置、部件、模块等，以及/或者各个系统可以不包括结合附图所讨论的全部装置、部件、模块等。还可以使用这些方法的组合。
许多工业应用利用光电传感器来检测在受控过程或机器周围的某些位置处对象或人的存在。例如，这样的传感器可以安装在选定的输送机位置处，以检测在那些位置处组件的存在。这样的光电传感器还可以安装在工业系统的潜在危险的移动部件附近，以检测这些位置处人的存在。这些传感器通常基于在接收器处对发射光束的检测来控制对控制系统(例如工业控制器、安全继电器等)的离散输出。
通常，开关(on-off)型光电传感器使用光脉冲调制来投射(project)光束。对应于不同的操作类型，不同类型的光电传感器是可用的。例如，图1示出使用光脉冲调制的示例性直通光束式光电传感器。直通光束式光电传感器包括发送器或发射器102，该发送器或发射器102将光束投射到与发射器的视线对准的分开的接收器110。直通光束式光电传感器通常是基于在发射器102与接收器110之间存在还是不存在对象而生成离散输出的开关型传感器。发射器102包括脉冲发生器104(也称为振荡器)，该脉冲发生器104将光束调制成指向接收器110的高频光脉冲流108。经由发射器102上的发光二极管(LED)106、激光器或其他电流驱动光源来投射光脉冲108。通过接收器110来检测经调制的脉冲的存在，使得接收器能够将光束与环境(非脉冲)光区分开。接收器110经由光学部件112(例如透镜、窗口等)来接收脉冲光束。光束被转换成电信号，该电信号通过放大器114，并且幅度水平比较器116确定经放大的信号的幅度是否超过阈值，该阈值指示在光学部件112处接收到光束。传感器基于对最小数量的有效脉冲的检测而生成输出118。对于常开型传感器，当接收器110检测到由发射器102发送的光束时，输出保持接通，而当接收器没有检测到光束时输出关闭，指示障碍物已阻挡光束。对于常闭型传感器，当光束被阻挡时，输出接通，而当接收器检测到光束时，输出保持关闭。
图2示出示例性漫反射式光电传感器。漫反射式传感器以与直通光束式传感器的原理类似的原理工作；然而，漫反射式光电传感器包括容置发射器部件和接收器部件两者的单个元件，而不是包括物理上分开的发射器元件和接收器元件。类似于上述直通光束式传感器，光电传感器202包括经由LED 210投射脉冲光束214的脉冲发生器204。当对象216被放置在传感器的在光束214的工作范围内的线路(line-of-site)中时，光束被对象216反射，并且反射光的一部分在窗口212处被接收。反射光束被转换成电信号且被放大器208放大，并且幅度水平比较器206基于经放大的信号的幅值与阈值的比较而确认对反射光束的检测。基于比较的结果来生成输出218。以这种方式，放置在传感器前方的对象将经调制的光反射回接收器，使传感器指示存在对象。
第三种类型的光电传感器，即回归反射式(retro reflective)传感器，发射被与传感器的发射器的感测轴线对准的反射器反射的偏振光束。只要传感器的接收器检测到适当偏振的反射光，传感器就认为在传感器和反射器之间未放置对象。
对于使用光脉冲调制的光电传感器，接收器通常仅基于检测到的脉冲数和信号电平来检测由光束携带的经调制的脉冲。然而，在没有适当的同步的情况下，这种技术使传感器的接收器对具有与经调制的脉冲的能量水平类似的能量水平的任何重复噪声敏感。例如，来自附近光源的电快速瞬变(EFT)噪声或其他光噪声可能被传感器误认为是有效的脉冲集合，导致传感器生成错误触发。克服这种敏感性需要仔细设计传感器的电磁屏蔽和印刷电路板(PCB)布局，其需要对设计实现方式进行多次迭代(iteration)，并且会限制传感器可以实现的性能水平。此外，在直通光束式传感器的情况下，接收器和发射器之间的同步是困难的，因为这样的直通光束式传感器的接收器和发射器驻留在物理上分开的壳体中，并且因此不能容易地交换同步数据。
为了解决这个问题和其他问题，特别是在直通光束式传感器的情况下，本文所述的一个或更多个实施方式提供传感器设计，该传感器设计使用更具选择性的脉冲检测技术和相关联的同步技术来提高脉冲检测质量、传感器的工作范围以及传感器的抗噪声能力。这些改进还可以产生更快的传感器响应时间。虽然这些技术并不旨在用作有效的EMI屏蔽和PCB布局设计的替代物，但是本文描述的技术可以减少设计周期并提高所得到的光电传感器的性能。
图3是根据本公开内容的一个或更多个实施方式的光电传感器的示例性发射器302的框图。发射器302可以实现在任何合适类型的光电传感器中，这种光电传感器包括但不限于：漫反射式传感器、回归反射式传感器或直通光束式传感器。在本公开内容中说明的系统、设备或处理的各方面可以构成在(一个或更多个)机器内实现(例如，在与一个或更多个机器相关联的一个或更多个计算机可读介质中实现)的机器可执行部件。这样的部件在被一个或更多个机器(例如，(一个或更多个)计算机、(一个或更多个)计算装置、(一个或更多个)自动化装置、(一个或更多个)虚拟机等)执行时，可以使(一个或更多个机器)执行所描述的操作。
发射器302可以包括脉冲发生器304、发光二极管(LED)308。可选地，发射器302还可以包括一个或更多个处理器310和存储器312。在各种实施方式中，脉冲发生器304、功率控制部件306、LED 308、一个或更多个处理器310和存储器312中的一个或更多个可以彼此电耦接和/或通信耦接，以执行发射器302的一个或更多个功能。在一些实施方式中，部件304或308中的一个或更多个部件可以包括存储在存储器312上并由(一个或更多个)处理器310执行的软件指令。发射器302还可以与图3中未示出的其他硬件和/或软件部件交互。例如，(一个或更多个)处理器310可以与一个或更多个外部用户接口装置、诸如键盘、鼠标、显示监视器、触摸屏或其他这样的接口装置交互。此外，光电传感器可以包括LED指示器或其他类型的指示器，以将状态信息传送给用户。光电传感器还可以包括用于传送如下信息的通信链路(有线或无线)：诸如，对象存在指示、传感器的状况和/或状态信息或者其他这样的信息。
脉冲发生器304可以被配置成生成表示用于调制发射光束的一系列开-关脉冲的脉冲数据。在一些实施方式中，脉冲发生器304可以生成脉冲之间具有固定定时的脉冲。可替选地，脉冲发生器304的一些实施方式可以被配置成生成脉冲之间具有可变时间的脉冲模式。这样的可变脉冲模式可以根据包含有限数量的脉冲N的模式循环(cycle)来定义，其中，该模式循环内的连续脉冲之间具有可变定时。这样的模式循环将使用相同集合的每个模式循环的脉冲之间的定时而每N个脉冲进行重复。发光二极管(LED)308可以被配置成根据由脉冲发生器生成的脉冲数据来调制光束，并发射光束。在一些实施方式中，LED还可以被配置成调制光束的强度。
一个或更多个处理器310可以执行本文参照所公开的系统和/或方法所描述的一个或更多个功能。在一些实施方式中，(一个或更多个)处理器310可以是通信装置(例如IO链路或其他类型的通信装置)的一部分，以促进诸如传感器配置、诊断数据检索、状态监视等的功能。存储器312可以是存储用于执行本文参照所公开的系统和/或方法所描述的功能的计算机可执行指令和/或信息的计算机可读存储介质。
图4是根据本公开内容的一个或更多个实施方式的光电传感器的示例性接收器402的框图。与发射器302一样，接收器402可以实现在任何类型的光电传感器、诸如漫反射式传感器、回归反射式传感器、直通光束式传感器等中，然而，在直通光束式传感器的情况下，接收器会驻留在与发射器302分开的物理壳体或封装中，并且将需要从外部与发射器302对准。接收器402的一些部件(例如同步部件412)可以被设计和配置成取决于传感器是漫反射式、回归反射式还是直通光束式而进行不同操作。例如，本文要描述的同步技术将特别针对直通光束式传感器实施方式。
接收器402可以包括光检测器部件404、抗混叠(anti-aliasing)部件406、数字采样部件408、脉冲识别部件410、同步部件412、定时分析部件414、输出控制部件416、一个或更多个处理器418以及存储器420。对于其中发射器302和接收器402驻留在同一壳体中的传感器(例如，回归反射式传感器或漫反射式传感器)，一个或更多个处理器418和存储器420可以与处理器310和存储器312相同。在各种实施方式中，光检测器部件404、抗混叠部件406、数字采样部件408、脉冲识别部件410、同步部件412、定时分析部件414、输出控制部件416、一个或更多个处理器418以及存储器420中的一个或更多个可以彼此电耦接和/或通信耦接，以执行接收器402的一个或更多个功能。在一些实施方式中，部件404、408、410、412、414和416中的一个或更多个部件可以包括存储在存储器420上并由(一个或更多个)处理器418执行的软件指令。接收器402还可以与图4中未示出的其他硬件和/或软件部件交互。例如，(一个或更多个)处理器418可以与一个或更多个外部用户接口装置、诸如键盘、鼠标、显示监视器、触摸屏或其他这样的接口装置交互。处理器418还可以用于促进与系统的数字通信，以用于例如诊断数据检索、传感器配置等目的。
光检测器部件404可以被配置成将入射到光传感器部件表面上的接收光转换成可与入射光的强度比拟(例如，与该强度成比例)的电输出。抗混叠部件406可以被配置成例如通过滤除高频噪声以使所得到的信号平滑来对由光检测器部件404生成的电输出执行抗混叠。数字采样部件408可以被配置成对由抗混叠部件406输出的经滤波的信号执行数字采样。
脉冲识别部件410可以被配置成识别由抗混叠部件406生成的经滤波的信号中存在的有效脉冲，以使由数字采样部件408执行的采样与由发射器302发送的脉冲模式同步。同步部件412可以被配置成分析由脉冲识别部件410检测到的脉冲的模式，并且基于该模式而生成同步信息以供数字采样部件408使用。
定时分析部件414可以被配置成分析通过数字采样部件408获得的数字样本，并且确定数字样本是否指示由光检测器部件404接收到的脉冲调制的光束中存在有效的脉冲定时或模式。输出控制部件416可以被配置成基于如由定时分析部件414确定的有效脉冲模式的存在或不存在来控制由传感器402生成的输出信号。一个或更多个处理器418可以执行本文参照所公开的系统和/或方法所描述的一个或更多个功能。存储器420可以是存储用于执行本文参照所公开的系统和/或方法所描述的功能的计算机可执行指令和/或信息的计算机可读存储介质。
图5是更详细地示出接收器的部件的示例性直通光束式光电接收器402的框图。尽管本文所描述的一些同步特征特定于直通光束式传感器实施方式，但是接收器402也可以是漫反射式光电传感器或直通光束式光电传感器的一部分。接收器402的光检测器部件404可以包括经由接收器的光传感器接收光并将光转换成与入射光的强度成比例的电流的光电二极管504(例如，光检测器部件404的元件)。当在光传感器处接收到来自传感器的发射器302的脉冲调制的光束(或光束的一部分)时，在直通光束式传感器的情况下直接接收到来自发射器的脉冲调制的光束时或在漫反射式传感器的情况下接收到作为发射光束的反射部分的脉冲调制的光束时，由光电二极管504生成的电流波形将包括与环境光对应的分量(IAMB，与来自太阳、来自白炽光源的光或其它这样的环境光对应)和与接收到的光束的脉冲对应的添加分量(Ipulse)。光电二极管504交流(AC)耦接到跨阻放大器(TIA)506。在一些实施方式中，可以对TIA 506的输出进行滤波以进行抗混叠(例如，使用抗混叠部件406，图5中未示出)，然后通过集成为传感器的微控制器(MCU)510的部分的模数转换器(ADC)512将其转换成数字样本(其中，ADC 512和相关联的控制固件是数字采样部件408的元件)。
脉冲识别部件410和同步部件412根据由发射器302生成和发送的脉冲模式来使ADC 512获得的数字样本的定时同步。通常，ADC 512与发射器同步地对模拟信号(TIA 506的输出)进行采样。使接收器402与发射器302同步使得接收器402能够对接收到的脉冲进行检测和采样，并使得能够识别由发射器302生成的预期脉冲模式。根据本文所描述的一个或更多个实施方式，同步还使得ADC 512能够选择对模拟信号进行采样的适当时间，以确定是否已接收到预期脉冲模式。在漫反射式传感器(或某些其他类型的传感器，例如Pretro)的情况下，对发射器和接收器的同步相对简单，因为发射器和接收器驻留在同一传感器壳体中，并且因此可以容易地交换同步信息，而在直通光束式传感器中，由于发射器和接收器被容置在分开的单元中的事实，因而对发射器和接收器的同步会更具挑战性。因此，脉冲识别部件410和同步部件412被配置成基于TIA的模拟输出而在周期、脉冲位置和/或幅度方面学习、检测和识别发射的传输模式。下面将更详细地描述该同步技术。
MCU 510处理样本，执行用于抵抗噪声和检测的数字信号处理任务，并且定时分析部件414基于对检测到的脉冲模式在脉冲之间的定时和/或相对幅度方面是否与预期脉冲模式匹配的确定来确定是否切换传感器的输出。
图5所示的部件可以以固件、硬件或固件和硬件两者的组合来实现。
图6示出由发射器302(例如由发射器的信号发生器304)生成的脉冲定时，其由接收器402检测。发射曲线图602表示由发射器302生成的脉冲的定时，并且接收曲线图604表示在接收器402处接收到的脉冲的定时。由发射器302生成的脉冲序列的平均周期为T0。在脉冲序列的每个周期中，持续时间为tp的脉冲位于周期中的、在周期开始后的时间tx1处(其中，tr1是由定时分析部件414测量的、在接收器侧测量到的脉冲的相应位置)。在一些实施方式中，对于所有周期，持续时间tx1可以是固定的，使得脉冲被放置在每个周期内的相同位置处；即，产生固定的脉冲之间的时间。可替选地，tx1可以根据由发射器的脉冲发生器304生成的预定序列而因周期而变化。当在彼此非常接近的情况下使用多个传感器时，这样的变化的序列可以有助于区分传感器，因为接收器402将与其对应的发射器302同步，使得接收器仅识别由其对应的发射器生成的脉冲序列。
接收到的脉冲信号(绘制在曲线图604中)被接收器的ADC 512同步采样并转换成数字值。在示例性采样和转换技术中，ADC 512可以在给定的时间段内获得三个样本，即，在脉冲之前的第一样本(Sa)、在脉冲期间的第二样本(Sp)以及在脉冲之后的第三样本(Su)，如样本曲线图612所示的那样。该采样序列可以将较低频率的噪声(例如经调制的环境光)与脉冲本身分离。图7是示出使用上述采样技术将环境光噪声与经调制的脉冲分离的曲线图。曲线图702描绘由TIA 506输出的信号波形。曲线图702的虚线表示在接收器的光电传感器处接收到的环境光和/或其他光噪声，而实线表示添加到较低频率的环境光波形的、接收到的来自发射器的脉冲。对应于样本Sa、Sp和Su的三个采样位置被标记在曲线图702上。在漫反射式光电传感器的情况下，因为由发射器发送的脉冲信号的定时对于接收器是已知的，所以相应的接收信号的定时也是已知的(在漫反射情况下由于行程时间而引起的延迟被认为是极小的)，使得接收器能够为Sa、Sp和Su选择适当的采样时间。将在下面更详细地讨论在直通光束式传感器的情况下的同步和恢复样本定时。
一旦获得对应于这些样本中的每个样本的波形幅值，则定时分析部件414可以根据下式来确定脉冲幅度Ap：
如果定时分析部件414确定通过采样值Sa、Sp和Su和式(1)获得的幅度在与脉冲的预期幅度相对应的范围内，则确认脉冲的定时。曲线图704绘制从采样数据获得的幅度信息(Ap)，有效地去除波形的大部分环境光部分。定时分析部件414可以将该脉冲序列与由发射器302生成的预期脉冲序列进行比较，以确定是否已接收到脉冲调制的光束。应当理解的是，尽管在该描述的示例中采用三个数字样本，但是为了确定脉冲的存在和幅度，一些实施方式可以获得每个脉冲周期三个以上的样本。
在脉冲信号包括固定幅度的脉冲(在连续脉冲之间具有固定的定时或在脉冲之间具有根据定义的模式变化的定时)的情况下，可能仅需要确认以这种方式识别的脉冲之间的定时符合预期定时。对于脉冲之间具有固定时间的脉冲序列，这可能仅需要使用上述采样技术来测量识别的连续脉冲之间的时间，并且确认这些时间是在预期脉冲周期的合理容限内。对于其中连续脉冲之间的定时根据N个脉冲周期的重复模式而变化的序列，同样可以相对于脉冲之间的预期的一系列时间延迟来验证所识别的脉冲之间的定时。在一些实施方式中，由发射器发送的信号还可以包括具有根据定义的重复幅度模式而在脉冲之间变化的幅度的脉冲。在这样的实施方式中，也可以在脉冲周期的一定范围(例如，在重复的N脉冲模式的情况下的N个脉冲周期)中分析使用上述采样技术得到的各个脉冲幅度，以确定接收到的信号中是否存在有效幅度模式。这可能涉及例如确定在N个脉冲周期的范围内的脉冲的相对计算幅度，确定跨N个脉冲周期的脉冲对之间的幅度比，或者确定在N个脉冲周期的范围内的N个脉冲的平均计算幅度。该幅度验证可以与先前描述的定时验证结合，以确定是否接收到有效的发射信号，并相应地控制传感器的输出。
尽管在一些实施方式中，光脉冲可以由发射器302连续发射，但在其他实施方式中，发射器可以串(burst)的形式发射光脉冲。在这样的实施方式中，当将恢复的脉冲序列与预期的脉冲序列进行比较时，定时分析部件414可以考虑串的长度和串之间的时间。
在一些实施方式中，接收器402可以实现其中在多个脉冲的窗口上获得样本测量值的恢复序列。图8是示出由接收器402接收到的示例性发射脉冲序列802和期间获得接收到的脉冲序列的样本的两个连续采样窗口804和806的时序图。尽管图8描绘了脉冲之间具有固定时间的脉冲序列，但是所描述的基于窗口的采样技术也适用于具有可根据预定模式变化的定时(即，变化的tx1的值)的脉冲的情况。这样的模式可以按照绝对时间或相对时间来定义，从而允许合理的公差。此外，尽管图8将脉冲描绘为具有恒定幅度，但是一些实施方式可以根据另一预定模式来而改变脉冲的幅度，其中这样的模式可以根据连续脉冲之间的相对变化来定义。
如图8所示，采样窗口可以被配置成包含N个脉冲周期(其中脉冲周期具有T0的持续时间)，其中每个采样窗口的开始之间的距离被设置为K个脉冲周期，总时间为K*T0。对于以串的形式发射光脉冲的光电传感器而言，串可以是P个样本长(总持续时间为P*T0)，其中P大于N。尽管图8将采样窗口804和806描绘为非邻接(non-contiguous)的，但是在一些实施方式中，采样窗口804和806可以是邻接的或交叠的。
在一些实施方式中(特别是在一些漫反射式或回归反射式实施方式中)，发射器的脉冲发生器304可以生成采样窗口内的不同脉冲模式(即，tx1的值可以在窗口内的脉冲周期之间变化)和/或生成因窗口而异的脉冲模式。通常，给定窗口内的脉冲模式由对于窗口内的每个脉冲而言脉冲在周期T0内的位置(例如，采样窗口内的各个周期T0的tx1的值)来定义。图9是包括四个脉冲周期902a至902d的采样窗口908内的示例性脉冲模式910的曲线图。在该示例性模式中，周期T0被划分为十一个区段904，每个段904对应于tx1的值。在每个周期内，脉冲906可以被放置在周期内的八个可能位置中之一，周期的前两个区段和最后两个区段被保留以使得每个脉冲之间存在充足的间隔。图9所示的示例假设具有根据定义的序列或伪随机序列而在脉冲周期之间变化的tx1的值的模式。在这样的实施方式中，采样窗口内各个周期的脉冲位置tx1的组合定义了该采样窗口的模式。然而，应当理解，在脉冲之间具有固定时间的模式的情况下，可以使用类似的基于窗口的采样技术。
发射器302和接收器402将被同步，使得定时分析部件414意识到由发射器302发射的模式，并且在定时分析部件414在给定采样窗口内检测到最小数量的预期脉冲位置(即，tx1的预期值)的情况下，仅识别对光束的接收。区分不同传感器之间的脉冲模式可以防止彼此接近的传感器之间的串扰，因为将训练给定的接收器402以识别由其对应的发射器302发射的脉冲模式(例如，经由在单元中配置的预设设置，或通过经由IO-Link通信或硬件控制来教导接收器识别模式)。
在采样窗口对应于十二个脉冲的示例性情形下，脉冲的持续时间为一微秒，其中，脉冲之间为80微秒，并且假设定时分析部件414必须识别最少八个有效脉冲(即，采样窗口内的、位于其相应的周期内的由相应的周期的tx1的值定义的其预期位置的八个脉冲)，以确认接收到脉冲调制的光束，则脉冲必须在十二个脉冲中对准八次。
如上所述，接收器402必须与发射器302同步，使得接收器将在适当的时间对由TIA506生成的模拟信号进行采样，以确认对由发射器生成的模式的接收。在漫反射式光电传感器的情况下，发射器302和接收器402位于同一传感器壳体内，因此可以容易地交换同步信息。这样，容易使漫反射式光电传感器的发射器302和接收器402同步。例如，发射器可以向接收器通知由发射器302发射的模式，从而训练接收器以确认是否接收到正确的模式。就是说，接收器402具有由发射器302发送的、脉冲被定位到的脉冲周期T0(以及在可变tx1的实施方式的情况下，在周期内的位置tx1)的先验知识。
在接收器被容置在与其对应的发射器分开的单元中的直通光束式传感器的情况下，发射器302可能不能直接将同步数据传送到发射器以提供该信息。因此，在直通光束式传感器的情况下，可以通过脉冲识别部件410和同步部件412执行其他技术，以促进发射器和接收器之间的同步。为此，为了基于由发射器302发射的模式向接收器402提供时间参考，脉冲识别部件410可以被配置成从接收到的来自发射器302的脉冲信号中学习。在一些实施方式中，该同步处理可以在接收器上连续执行，但可以基于确定的同步质量来调整其估计和调节频率。接收器402可以在传感器的对准处理期间学习发射器302的特性，发射器302的特性被教导或预设(取决于可用的信息和与接收器通信的方式)并用作用于同步处理的初始化的基准。
图10是示出如下同步算法的框图，该同步算法可以被接收器的脉冲识别部件410执行，以促进针对直通光束式光电传感器的接收器402和发射器302之间的同步。针对直通光束式传感器的这种通用同步技术适用于在连续脉冲之间具有固定时间(即，不变化的tx1的值)的发射脉冲模式，或者在适当修改的情况下，适用于其中tx1根据在多个脉冲周期之后重复的定义模式而在脉冲周期之间变化的脉冲模式。在一个示例性情形下，直通光束式发射器302可以被配置成发射具有相对较大宽度(例如，2微秒至2.5微秒)的脉冲。发射器302根据上面结合图6至图9所描述的通用脉冲模式生成技术，连续发送具有固定周期和占空比的脉冲。由于最初脉冲之间的准确时间和脉冲的位置对于接收器是未知的，所以定时分析部件414被配置成使用计时器1004来测量和学习脉冲定时，该计时器1004由比较器1002的脉冲沿检测器触发。
在这种情况下，可以使用在教导阶段期间的快速采样和对比较器1002的使用的组合来检测上升的脉冲沿并测量上升沿之间的时间来执行同步。比较器1002接收TIA 506(参见图5)的输出，并且被配置成基于从TIA 506接收到的信号的幅值与阈值的比较来检测脉冲前沿。在一些实施方式中，可以通过数模转换器(DAC)1006将阈值转换成模拟参考信号，以供比较器1002参考。当比较器1002确定从TIA 506接收到的信号超过阈值(即，在增大方向上越过阈值)时，脉冲识别部件410认为已经接收到发射脉冲。如将在下面更详细地描述的，可以通过接收器402自动调整阈值，以提高该脉冲检测的精度。
计时器1004被配置成运行预定时段，即，默认值(例如，在先前未使发射器同步的情况下)或先前计算的值。当比较器1002检测到接收到的脉冲的前沿时(即，当从TIA 506接收到的信号的上升沿与由阈值DAC 1006输出的阈值相交时)，计时器1004激活并开始运行。比较器1002可以具有用于去除高频噪声的滤波功能，从而防止计时器响应于信号中的伪尖峰而激活。
图11是示出计时器1004响应于接收到的脉冲的行为的时序图。在接收到第一脉冲之前，比较器1002和计时器1004完全禁用。当在1102处检测到脉冲的前沿时，计时器启动并开始运行。如果在由计时器值定义的预期窗口内(例如，在1104处)接收到第二脉冲，则计时器重新起动并重复该过程。如果在计时器达到预定持续时间之前没有接收到脉冲，则计时器自动重新加载，并且系统等待要被比较器1002检测的另一个脉冲。在一些实施方式中，发射器可以仅在定义的脉冲窗口1106期间启用计时器和/或比较器。脉冲窗口1106表示期间预期下一输入脉冲的时间窗口，并且可以由发射器基于当前的脉冲模式估计来设置。在一些实施方式中，计时器1104或比较器1102中的一者或两者可以选择性地仅在这些定义的脉冲窗口1106期间启用，并且在其它时间禁用。就是说，在接收到第一脉冲并且计时器第一次开始运行之后，将禁用比较器1002或计时器1004的重启能力中的一者或两者，直到下一个脉冲窗口1106开始为止。在禁用计时器1004的情况下，在脉冲窗口1106之外仅禁用计时器的重置/重启能力；即使在针对给定脉冲的脉冲窗口1106已经终止之后，在接收到脉冲之后且在接收到后一个脉冲之前计时器值将继续增加。就是说，计时器会继续增加，而仅仅在定义的脉冲窗口1106期间接收到脉冲的情况下会被重置和重启。
通常，基于T0的当前估计值而将脉冲窗口1106定义为窄时间范围，在该窄时间范围内，预期要接收到下一脉冲。例如，可以将脉冲窗口定义为在相对于接收到先前脉冲的时间的时间(T0–x)处开始，并且在相对于接收到先前脉冲的时间的时间(T0+x)处结束，其中x是容差值。然而，用于定义脉冲窗口的其它技术也属于本公开内容的范围。
当在预期脉冲窗口1106内接收到第二脉冲(其中可以相对于第一脉冲的开始而定义脉冲窗口1106的开始时间和结束时间)时，在接收到第二脉冲时的计时器值Te表示脉冲之间的时间或对脉冲周期的估计。该脉冲周期估计Te可以用于确定计时器周期T0与脉冲之间的实际时间Te之间的差异(差异功能1008)。基于该差异，环路滤波器和调整块1010可以调整学习到的脉冲周期T0。在一些实施方式中，脉冲识别部件410可以被配置成响应于接收到新的脉冲而连续更新学习到的脉冲周期T0。在其他实施方式中，脉冲识别部件410可以被配置成基于多个连续的接收到的脉冲的平均值来更新T0。
在使用在脉冲之间具有固定时间的信号的直通光束式传感器的情况下，由于该脉冲周期T0是发射器为了预测脉冲将何时到达所需的主要因子，所以该学习到的脉冲周期T0可能足以使发射器和接收器同步。因此，同步功能块518可以向ADC 512(例如，经由传感器的固件520)提供该同步信息(学习到的脉冲周期T0)，并且可以基于该同步数据来执行上面结合图6至图9所描述的信号检测技术。就是说，ADC 512将基于通过脉冲识别部件的算法所获得的脉冲之间的学习时间T0来确定与预期的脉冲位置对应的适当样本点Sa、Sp和Su。
对于采用在模式周期内的脉冲之间具有可变时间的脉冲的重复模式的直通光束式传感器，对接收器进行同步将需要模式循环内的平均脉冲周期T0以及各个脉冲的位置(例如，针对重复模式内的每个脉冲的tr1的值)两者。因此，在这样的实施方式中，脉冲识别部件410可以使用计时器1004来测量模式周期内的脉冲之间的时间，并且基于脉冲之间的平均时间(平均脉冲周期T0)以及连续脉冲之间的各个时间延迟来生成同步信息。例如，对于包括具有在给定模式循环内的脉冲之间变化的时间的四个脉冲的模式(例如，类似于图9所示的示例性信号)，并且其中该模式使用相同的脉冲之间的时间延迟而每四个脉冲模式循环进行重复，计时器1004可以测量并且记录四个连续脉冲中的每一个之间的时间以及最后一个脉冲与下一个模式循环的第一脉冲的开始之间的时间，产生计时器值T1、T2、T3和T4(一些模式可以包括每个模式循环更多或更少的脉冲)。然后，脉冲识别部件410将平均脉冲周期T0计算作为四个测量时间的平均值，并且相应地调整T0的学习值。
脉冲T1至T4之间的各个时间指示每个脉冲在给定脉冲周期T0内的位置，并且该时间是tx1的值的函数，其中，发射器使用tx1的值来使模式的每个脉冲相对于脉冲周期的开始偏移。在已知模式循环内的脉冲之间的平均周期T0和脉冲沿的位置T1至T4的情况下，同步部件412可以向ADC 512(例如，经由传感器的固件520)提供该同步信息，并且可以执行上面结合图6至9所描述的信号检测技术，由此可以基于同步信息来选择样本点Sa、Sp和Su的定时。定时分析部件414可以验证由数字样本指示的脉冲位置与预定的预期模式(如通过由脉冲识别部件410生成的同步信息而确定的)相匹配，以确定脉冲调制的信号是否有效，其中，基于模式的定时和位置来使计时器、比较器和ADC同步。然后，输出控制部件416可以基于定时分析部件414是否检测到有效信号来控制传感器的输出。
计算和调整阈值块1012还可以使用测量值Te或学习到的脉冲周期T0中的一个或两个来调整由比较器1002使用以识别输入脉冲的阈值。例如，可以针对周期估计Te的值配置下限和上限(分别为T1和T2)。如果Te(或在使用平均窗口的情况下，多个脉冲之间的平均时间)高于上限T2，则认为由于DAC的阈值设置得太高而没有检测到足够的有效脉冲。因此，如果发现周期估计Te超过T2，则DAC 1006将向下调整阈值，直到Te的值落到T1和T2之间的范围内为止。替选地，如果Te低于下限T1，则认为比较器和计时器由于阈值太低而过于频繁地被噪声触发。因此，如果发现周期估计Te低于T1，则DAC将向上调整阈值，直到Te的值落到T1和T2之间的范围内为止。在实现同步之后，由ADC 512测量的脉冲幅度也可用于调整比较器阈值。
一些实施方式可以使用其他技术来测量和锁定输入的脉冲信号。例如，在一些实施方式中，比较器输出还可以用于估计相位以及周期，并且直接生成用于触发输入脉冲采样(ADC转换)的同步信号。图12是示出可以由接收器的脉冲识别部件410执行以估计相位的同步算法的框图。由接收器的MCU 510的脉冲识别部件410执行的整个同步算法可以等效于包括硬件块(例如，计时器1004、比较器1002等)和固件520(见图5)的混合的锁相环(PLL)实现方式。
图13至图15示出根据本申请的一个或更多个实施方式的各种方法。虽然为了简化说明，将本文所示的一种或更多种方法显示和描述为一系列动作，但是应当理解和意识到，本发明不受动作顺序的限制，因为一些动作可以据此以与本文所示和描述的顺序不同的顺序出现和/或与其他动作同时出现。例如，本领域技术人员将理解和意识到，方法可以替选地被表示为例如在状态图中的一系列相互关联的状态或事件。此外，实现根据本发明的方法可能并不需要所有说明的动作。此外，当不同实体实施方法的不同部分时，(一个或更多个)交互图可以表示根据本公开内容的方法或方式。此外，所公开的示例性方法中的两个或更多个可以彼此组合地实现，以实现本文所述的一个或更多个特征或优点。
图13示出用于处理由光电传感器的接收器接收到的光并且基于对由传感器的发射器发送的脉冲调制的光束的检测来控制传感器的输出的示例性方法1300。最初，在1302处，从光电传感器的发射器接收脉冲调制的光信号。该信号可以包括多个具有定义的持续时间的脉冲周期，其中，每个脉冲周期内的定义位置处放置一个脉冲。在一些实施方式中，连续脉冲之间的时间可以跨所有脉冲周期是固定的。替选地，在其他实施方式中，各个脉冲周期内的脉冲的位置可以根据定义的可识别模式(例如，每N个周期进行重复的、包括N个脉冲周期的模式)在周期之间变化。
在1304处，可以在包括多个脉冲周期的采样窗口之上对光信号进行数字采样，以产生数字样本。采样时间可以基于在发射器和接收器之间的同步操作期间由接收器获得的同步信息。例如，对于每个脉冲周期，可以获得对应于预期脉冲之前的时间、预期脉冲期间的时间和预期脉冲之后的时间的三个数字样本。
在1306处，基于对在1304处获得的数字样本的分析，来确定在其各个脉冲周期内、在脉冲周期内的定义位置处是否存在定义的最小数量的在采样窗口内的脉冲。可以例如通过基于针对每个周期采集的三个数字样本而计算幅度值，以及确定所计算出的幅度是否在指示存在脉冲的范围内，来确定每个周期内的脉冲的存在。一旦已经识别到脉冲，则可以进一步确定每个脉冲是否在其脉冲周期内的其预期的位置。在脉冲之间具有固定定时的信号的情况下，这可以包括确认检测到的脉冲之间的时间对应于固定定时。对于其中连续周期中的脉冲之间的时间根据定义的模式而变化的实施方式，分析可以确认脉冲在幅度和脉冲之间的定时方面符合所定义的模式。在1308处，基于在1306处对如下事件的确定而设置传感器输出：在其各个脉冲周期内的预期位置处，已识别到定义的最小数量的脉冲。对于常开传感器，只要针对每个采样窗口检测到最小数量的脉冲，就可以设置输出，而当检测到小于所定义的最小数量的脉冲时，关闭该输出。对于常关传感器，当检测到最小数量的脉冲时，输出会保持关闭，而在未检测到最小数量的脉冲时，使该输出接通。
图14示出用于学习如下同步信息的示例性方法1400，直通光束光电接收器可以使用该同步信息来使对脉冲调制的光束的数字采样同步。初始地，在1402处，设置脉冲周期T0的值，表示脉冲之间的估计平均周期。在1404处，从发射器接收脉冲调制的光信号，其中，该信号包括在连续脉冲之间具有固定的持续时间(在容差内)的脉冲。在1406处，将光信号转换成模拟电信号。
在1408处，确定在模拟电信号内是否检测到脉冲边缘。如果没有检测到脉冲边缘(步骤1408为“否”)，则方法返回到步骤1404，并继续接收光信号。替选地，如果检测到脉冲边缘(步骤1408为“是”)，则方法进行到步骤1410，在步骤1410处启动计时器。在一些实施方式中，只有在脉冲窗口期间检测到脉冲才在1410处启动计时器，该脉冲窗口被定义为在脉冲前沿的预期时间之前的短暂时间开始并且在该预期时间之后的短暂时间结束的窗口。就是说，基于T0的值将脉冲窗口定义为预期要接收到下一个脉冲的窄时间范围。例如，可以将脉冲窗口定义为在检测到前一脉冲之后的时间(T0-x)处开始并且在检测到前一脉冲之后的时间(T0+x)处结束，其中，x是容差值。如果在该脉冲窗口内没有检测到脉冲，则在步骤1410计时器不启动。
在1412处，确定在随后的脉冲窗口内是否检测到另一脉冲边缘。如果没有检测到随后的脉冲沿(步骤1412为“否”)，则该方法继续等待，直到检测到脉冲为止。如果检测到随后的脉冲(步骤1412为“是”)，则方法进行到步骤1414，在步骤1414处，记录在接收到随后的脉冲时的计时器的值，并重启计时器(以记录接收到下一个脉冲的相对时间)。在1416处，基于在步骤1414记录的计时器值来调整脉冲周期值T0。在1418处，使用调整后的脉冲周期值来设置对光信号的数字采样定时；例如，在方法1300的1304处执行的数字采样。在固定时间的脉冲持续的情况下，该同步信息还可用于在方法1300的步骤1306处确认有效脉冲信号的存在。
图15示出用于学习如下同步信息的示例性方法1500：在使用在脉冲之间具有可变定时的脉冲模式对光束进行调制的情形下，直通光束式光电接收器可以使用该同步信息来使对脉冲调制的光束的数字采样同步。最初，在1502处，设置平均脉冲周期T0的值，表示脉冲之间的估计平均周期。在1504处，从发射器接收脉冲调制的光信号，其中，该信号包括在连续脉冲之间具有可变时间的脉冲，其中，可变时间符合包括有限数量的脉冲的预定的重复模式。例如，模式循环可以包括N个脉冲(其中N是有限整数)，其中模式循环内的连续脉冲之间的定时在该循环内变化，并且对连续的循环重复相同的定时。在1506处，将光信号转换成模拟电信号。
在1508处，测量模拟电信号的(N+1)个连续脉冲之间的N个持续时间(例如，使用方法1400中描述的基于计时器的方法)。在1510处，计算N个持续时间的平均值。在1512处，基于在步骤1510计算出的平均值来调整估计的平均脉冲周期值T0。在1514处，将基于在步骤1508处测量的N个持续时间而确定的脉冲边缘的位置和脉冲周期值T0用作同步信息，以设置对光信号的数字采样定时。该同步信息还可以被接收器使用，以识别由发射器发射的模式，因而确认是否已接收到发射器的脉冲调制的光束。在1516处，确定根据在步骤1514处的定时而采集的数字样本是否与基于估计的脉冲周期T0和N个持续时间而确定的定义的模式相匹配。
本文描述的实施方式、系统和部件以及其中可以执行本说明书中阐述的各个方面的工业自动化环境和工业控制系统可以包括：能够跨网络进行交互的计算机或网络部件，例如服务器、客户端、可编程逻辑控制器(PLC)、自动化控制器、通信模块、移动计算机、无线部件、控制部件等。计算机和服务器包括一个或更多个处理器(采用电信号执行逻辑运算的电子集成电路)，一个或更多个处理器被配置成执行存储在如下介质中的指令：诸如，随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、硬盘驱动器以及可以包括记忆棒、存储卡、闪存驱动器、外部硬盘驱动器等的可移除存储器装置。
类似地，本文所用的术语PLC或自动化控制器可以包括可以跨多个部件、系统和/或网络共享的功能。作为示例，一个或更多个PLC或自动化控制器可以跨网络与各种网络装置进行通信和协作。这基本上可以包括通过网络进行通信的任何类型的控件、通信模块、计算机、输入/输出(I/O)装置、传感器、致动器和人机接口(HMI)，该网络包括控制网络、自动化网络和/或公共网络。PLC或自动化控制器还可以与各种其他装置通信并且控制各种其他装置，例如包括模拟、数字、编程/智能I/O模块的标准或安全级I/O模块、其他可编程控制器、通信模块、传感器、致动器、输出装置等。
网络可以包括诸如互联网、内部网络的公共网络和诸如控制和信息协议(CIP)网络的自动化网络，控制和信息协议(CIP)网络包括DeviceNet、ControlNet和Ethernet/IP。其他网络包括以太网、DH/DH+、远程I/O、现场总线、Modbus、Profibus、CAN、无线网络、串行协议等。此外，网络装置可以包括各种可能性(硬件和/或软件部件)。其包括如下部件：诸如，具有虚拟局域网(VLAN)能力的交换机、LAN、WAN、代理、网关、路由器、防火墙、虚拟专用网(VPN)装置、服务器、客户端、计算机、配置工具、监视工具和/或其他装置。
为了提供针对所公开主题的各个方面的上下文，图16和图17以及下面的讨论旨在提供对可以实现所公开主题的各个方面的合适环境的简要概述。
参照图16，用于实现上述主题的各个方面的示例性环境1610包括计算机1612。计算机1612包括处理单元1614、系统存储器1616和系统总线1618。系统总线1618将系统部件耦接至处理单元1614，系统部件包括但不限于系统存储器1616。处理单元1614可以是各种可用处理器中的任何一种。多核微处理器和其他多处理器架构也可以用作处理单元1614。
系统总线1618可以是若干类型的总线结构中的任何一种，包括存储器总线或存储器控制器、外围总线或外部总线以及/或者使用任何种类的可用总线架构的本地总线，可用总线架构包括但不限于8位总线、工业标准架构(ISA)、微通道架构(MSA)、扩展ISA(EISA)、智能驱动电子器件(IDE)、VESA本地总线(VLB)、外围部件互连(PCI)、通用串行总线(USB)、高级图形端口(AGP)、个人计算机存储卡国际协会总线(PCMCIA)和小型计算机系统接口(SCSI)。
系统存储器1616包括易失性存储器1620和非易失性存储器1622。将包含用于例如在启动期间在计算机1612内的元件之间传送信息的基本例程的基本输入/输出系统(BIOS)存储在非易失性存储器1622中。作为示例而非限制，非易失性存储器1622可以包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除PROM(EEPROM)或闪速存储器。易失性存储器1620包括用作外部高速缓冲存储器的随机存取存储器(RAM)。作为说明而非限制，RAM具有许多可用形式，例如同步RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双倍数据速率SDRAM(DDR SDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路DRAM(SLDRAM)和直接总线式随机存储器(direct Rambus RAM)(DRRAM)。
计算机1612还包括可移除/不可移除的易失性/非易失性计算机存储介质。例如，图16示出磁盘存储装置1624。磁盘存储装置1624包括但不限于如下装置：例如，磁盘驱动器、软盘驱动器、磁带驱动器、Jaz驱动器、Zip驱动器、LS-100驱动器、闪存卡或记忆棒。此外，磁盘存储装置1624可以单独地包括存储介质或者与其他存储介质组合，其他存储介质包括但不限于光盘驱动器，例如致密性盘ROM装置(CD-ROM)、CD可记录驱动器(CD-R驱动器)、CD可重写驱动器(CD-RW驱动器)或数字通用盘ROM驱动器(DVD-ROM)。为了便于将磁盘存储装置1624连接到系统总线1618，通常使用可移除接口或不可移除接口，例如接口1626。
应当理解，图16描述在合适的操作环境1610中描述的、充当用户与基本计算机资源之间的中介的软件。这样的软件包括操作系统1628。可以存储在磁盘存储装置1624上的操作系统1628用于控制和分配计算机1612的资源。系统应用1630经由操作系统1628、通过存储在系统存储器1616中或磁盘存储装置1624上的程序模块1632和程序数据1634来利用对资源的管理。应当理解，本公开内容的一个或更多个实施方式可以用各种操作系统或操作系统的组合来实现。
用户通过(一个或更多个)输入装置1636将命令或信息输入计算机1612中。输入装置1636包括但不限于诸如鼠标、轨迹球、触控笔的指向装置、触摸板、键盘、麦克风、操纵杆、游戏垫、卫星天线、扫描仪、电视调谐卡、数码相机、数码摄像装置、网络摄像装置等。这些输入装置和其他输入装置经由(一个或更多个)接口端口1638、通过系统总线1618连接到处理单元1614。(一个或更多个)接口端口1638包括例如串行端口、并行端口、游戏端口和通用串行总线(USB)。(一个或更多个)输出装置1640使用一些与(一个或更多个)输入装置1636相同类型的端口。因此，例如，可以使用USB端口来向计算机1612提供输入，并将来自计算机1612的信息输出到输出装置1640。提供输出适配器1642以说明在其他输出装置1640中存在一些需要特殊适配器的输出装置1640，诸如监视器、扬声器和打印机。作为说明而非限制，输出适配器1642包括显卡和声卡，其提供输出装置1640和系统总线1618之间的连接手段。应当注意的是，其他装置和/或装置的系统提供输入和输出能力两者，例如(一个或更多个)远程计算机1644。
计算机1612可以使用到一个或更多个远程计算机(例如(一个或更多个)远程计算机1644)的逻辑连接而在联网的环境中操作。(一个或更多个)远程计算机1644可以是个人计算机、服务器、路由器、网络PC、工作站、基于微处理器的装置、对等装置或其他公共网络节点等，并且通常包括关于计算机1612描述的元件中的许多或全部元件。为了简洁起见，仅将一个存储器存储装置1646与(一个或更多个)远程计算机1644一起示出。(一个或更多个)远程计算机1644通过网络接口1648逻辑地连接到计算机1612，然后经由通信连接1650物理连接。网络接口1648包括通信网络，例如局域网(LAN)和广域网(WAN)。LAN技术包括光纤分布式数据接口(FDDI)、铜质分布式数据接口(CDDI)、以太网/IEEE802.3、令牌环/IEEE802.5等。WAN技术包括但不限于点到点链路，例如综合业务数字网(ISDN)及其变型的电路交换网络、分组交换网络和数字用户线路(DSL)。
(一个或更多个)通信连接1650指的是用于将网络接口1648连接到系统总线1618的硬件/软件。虽然为了清楚图示，通信连接1650示出在计算机1612的内部，但是通信连接1650也可以位于计算机1612的外部。仅出于示例性目的，连接到网络接口1648所需的硬件/软件包括内部和外部技术，例如，包括常规电话级调制解调器、电缆调制解调器和DSL调制解调器的调制解调器、ISDN适配器和以太网卡。
图17是所公开的主题可以与之进行交互的样本计算环境1700的示意性框图。样本计算环境1700包括(一个或更多个)客户端1702。(一个或更多个)客户端1702可以是硬件和/或软件(例如线程、进程、计算装置)。样本计算环境1700还包括(一个或更多个)服务器1704。(一个或更多个)服务器1704也可以是硬件和/或软件(例如线程、进程、计算装置)。例如，服务器1704可以容置线程，以通过采用本文所述的一个或更多个实施方式来执行变换。客户端1702和服务器1704之间的一种可能的通信可以是适于在两个或更多个计算机进程之间传送的数据包的形式。样本计算环境1700包括：可以用于促进(一个或更多个)服务器1704和(一个或更多个)客户端1702之间的通信的通信框架1706。(一个或更多个)客户端1702可操作地连接到一个或更多个客户端数据存储装置1708，一个或更多个客户端数据存储装置1708可以用于存储(一个或更多个)客户端1702的本地信息。类似地，(一个或更多个)服务器1704可操作地连接到一个或更多个服务器数据存储装置1710，一个或更多个服务器数据存储装置1710可以用于存储服务器1704的本地信息。
上述内容包括主题发明的示例。当然不可能为了描述所公开的主题而描述部件或方法的每个可想到的组合，但是本领域普通技术人员可以认识到，主题发明的许多另外的组合和置换是可能的。因此，所公开的主题旨在包含落入所附权利要求的精神和范围内的所有这样的改变、修改和变化。
特别地，关于由上述部件、装置、电路、系统等执行的各种功能，除非另有说明，否则用于描述这些部件的术语(包括对“手段”的引用)旨在对应于执行所描述的部件的指定功能的任何部件(例如功能等同物)，即使在结构上不等同于执行本文示出的、所公开的主题的示例性方面中的功能的所公开的结构。在这方面，还将认识到，所公开的主题包括系统以及具有用于执行所公开主题的各种方法的动作和/或事件的计算机可执行指令的计算机可读介质。
此外，虽然所公开的主题的特定特征可能仅已针对若干实现方式中之一而公开，但是这样的特征可以与对于任何给定的或特定的应用是期望且有利的其他实现方式的一个或更多个其他特征结合。此外，对于在具体实施方式或权利要求书中所使用的术语“包含”和“包括”及其变体而言，这些术语旨在以与术语“包括”类似的方式表示包括的。
在本申请中，词语“示例性”用于表示用作示例、实例或说明。本文描述为“示例性”的任何方面或设计不一定被解释为优于或胜过其他方面或设计。相反，使用词语“示例性”旨在以具体方式呈现概念。
本文描述的各个方面或特征可以实现为方法、设备或使用标准编程和/或工程技术的制品。本文所用的术语“制品”旨在包括可从任何计算机可读装置、载体或介质访问的计算机程序。例如，计算机可读介质可以包括但不限于磁存储装置(例如硬盘、软盘、磁条等)、光盘(例如致密性盘(CD)、数字通用盘(DVD)等)、智能卡和闪存装置(例如卡、棒、钥匙驱动器等)。

Claims (20)

1.一种光电传感器，包括：
光检测器部件，所述光检测器部件被配置成接收光信息并且将所述光信息转换成模拟信号，所述光信息包括具有经调制的信号的光束，所述经调制的信号包括以每脉冲周期一个脉冲的速率发射的一系列脉冲；
同步部件，所述同步部件被配置成基于对所述模拟信号的分析，来生成用于所述光电传感器的接收器的同步信息。
2.根据权利要求1所述的光电传感器，其中，
所述一系列脉冲在所述脉冲之间具有固定定时，以及
所述同步部件被配置成：
识别所述模拟信号中的脉冲的存在，
确定所述模拟信号中的一系列脉冲中的连续脉冲之间的相应持续时间，作为所述同步信息的至少第一部分，以及
部分地基于所述相应持续时间的平均值来计算估计的平均脉冲周期，作为所述同步信息的至少第二部分。
3.根据权利要求1所述的光电传感器，其中，所述一系列脉冲中的连续脉冲之间的时间根据定义的模式跨越N个脉冲周期改变，以及其中，所述定义的模式每N个脉冲周期进行重复，其中，N是整数。
4.根据权利要求3所述的光电传感器，其中，所述同步部件被配置成：
识别所述模拟信号中的脉冲的存在，
确定所述模拟信号中的一系列脉冲中的(N+1)个连续脉冲之间的相应的持续时间，作为所述同步信息的至少第一部分，以及
基于所述相应持续时间的平均值来计算估计的平均脉冲周期，作为所述同步信息的至少第二部分。
5.根据权利要求1所述的光电传感器，还包括：
数字采样部件，所述数字采样部件被配置成在由所述同步信息定义的采样定时处对所述模拟信号进行数字采样，以产生数字样本信息；以及
脉冲识别部件，所述脉冲识别部件被配置成基于所述数字样本信息来识别所述模拟信号中的脉冲的存在和脉冲的定时。
6.根据权利要求5所述的光电传感器，还包括：
定时分析部件，所述定时分析部件被配置成确定所述脉冲的定时是否与由所述同步信息定义的预期定时对应；以及
输出控制部件，所述输出控制部件被配置成基于由所述定时分析部件生成的结果来控制输出。
7.根据权利要求5所述的光电传感器，其中，
所述数字采样部件被配置成收集在脉冲周期内的脉冲的预期位置之前的第一时间处的第一样本、与在所述脉冲周期内的所述脉冲的预期位置对应的第二时间处的第二样本、以及在所述脉冲周期内的所述脉冲的预期位置之后的第三时间处的第三样本，作为针对所述脉冲周期的数字样本信息，以及
其中，所述数字采样部件基于所述同步信息来确定所述预期位置。
8.根据权利要求7所述的光电传感器，其中，所述脉冲识别部件被配置成至少基于所述第一样本的值、所述第二样本的值和所述第三样本的值来确定幅度值，并且响应于确定所述幅度值满足指示存在脉冲的标准来识别所述脉冲周期内的脉冲的存在。
9.根据权利要求8所述的光电传感器，其中，
所述脉冲识别部件进一步被配置成确定所述幅度值与针对至少一个另外的脉冲周期所计算出的至少一个另外的幅度值的相对大小，以及
所述输出控制部件进一步被配置成进一步基于确定所述相对大小是否与指示定义的幅度模式的预期相对大小对应，来控制所述输出。
10.根据权利要求6所述的光电传感器，其中，所述定时分析部件被配置成针对包括多个脉冲周期的采样窗口、确定在由所述同步信息指示的相应的位置处是否识别到在所述采样窗口内的定义的最小数量的脉冲。
11.根据权利要求6所述的光电传感器，其中，所述定时分析部件被配置成对包括所述采样窗口的多个采样窗口执行定时分析，以及其中，所述多个采样窗口包括非邻接的采样窗口或时间上交叠的采样窗口中至少之一。
12.一种操作光电传感器的方法，包括：
通过包括至少一个处理器的光电传感器接收光信息，所述光信息包括用包含脉冲的信号调制的光束，所述脉冲是以每脉冲周期一个脉冲的速率接收的，其中，所述脉冲中的连续脉冲之间的定时是固定的定时或根据定义的模式而改变的定时中之一；
通过所述光电传感器将所述光信息转换成模拟信号；以及
通过所述光电传感器，基于对所述模拟信号的分析来生成用于所述光电传感器的接收器的同步信息。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，生成步骤包括：
识别所述模拟信号中的脉冲的存在；
测量所述模拟信号中的脉冲中的连续脉冲之间的相应持续时间，
基于所述相应持续时间的平均值来计算平均脉冲周期；以及
生成所述相应持续时间或所述平均脉冲周期中至少之一，作为所述同步信息的至少一部分。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，
识别所述脉冲的存在的步骤包括：识别所述模拟信号的幅度在增大方向上越过定义的阈值，
测量步骤包括：随后响应于确定所述幅度在所述增大方向上越过所述定义的阈值而记录计时器的值，以及
所述方法还包括：
响应于确定所述平均脉冲周期小于定义的最小持续时间而增大所述定义的阈值；以及
响应于确定所述平均脉冲周期大于定义的最大持续时间而减小所述定义的阈值。
15.根据权利要求12所述的方法，还包括：
通过所述光电传感器，根据基于同步信息而确定的采样定时来对所述模拟信号进行数字采样，以产生数字样本信息；以及
通过所述光电传感器，基于所述数字样本信息来确定脉冲幅度和定时信息。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括：
通过所述光电传感器来确定所述脉冲幅度和定时信息是否与由所述同步信息指定的预期幅度和定时对应；以及
通过所述光电传感器，基于确定的结果来控制输出信号。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述同步信息指定包括N个脉冲周期的模式中的连续脉冲之间的相应时间或脉冲周期的平均持续时间中至少之一，以及数字采样步骤包括：
收集在脉冲周期内的脉冲的预期位置之前的第一时间处的至少第一样本，其中，所述预期位置是基于所述同步信息而确定的；
收集与在所述脉冲周期内的所述脉冲的预期位置对应的第二时间处的至少第二样本；以及
收集在所述预期位置之后的第三时间处的至少第三样本。
18.根据权利要求15所述的方法，其中，确定所述脉冲幅度和定时信息的步骤包括：
基于所述第一样本的值、所述第二样本的值和所述第三样本的值来确定幅度值，
确认所述幅度值满足指示存在脉冲的标准，以及
测量被确认为存在于连续的脉冲周期中的连续脉冲之间的持续时间。
19.一种存储有可执行部件的非暂态计算机可读介质，所述可执行部件响应于执行而使得处理器进行包括如下步骤的操作：
接收光信息，所述光信息包括用包含脉冲的信号调制的光束，所述脉冲是以每脉冲周期一个脉冲的速率接收的，其中，所述脉冲中的连续脉冲之间的定时是固定的定时或根据定义的模式而改变的定时中之一；
将所述光信息转换成模拟信号；以及
基于对所述模拟信号的分析，来生成用于所述光电传感器的接收器的同步信息。
20.根据权利要求19所述的非暂态计算机可读介质，所述操作还包括：
识别所述模拟信号中的脉冲的存在；
测量所述模拟信号中的所述脉冲中的连续脉冲之间的相应持续时间，
基于所述相应持续时间的平均值来计算平均脉冲周期；以及
输出所述相应持续时间或所述平均脉冲周期中至少之一，作为所述同步信息的至少一部分。
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