CN108181628A - 一种基于tof的抗干扰测距传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于TOF的抗干扰测距传感器，其包括传感器单元和光学单元，所述传感器单元采用了MCU控制模块和专用的测距芯片，测距芯片用于接收来自MCU控制模块命令，发送脉冲电信号控制发射模块发射调制光信号，并能根据接收模块转换的电信号进行识别与处理，然后把数据发送给MCU控制模块；光学单元包括设置在目标物上的反光板、以及设置在光路上的偏正片和滤光片，以实现接收模块仅接收到发射波长的光信号。

Description

一种基于TOF的抗干扰测距传感器
技术领域
本发明涉及测距传感器领域，具体地说，特别涉及到一种基于TOF的抗干扰测距传感器。
背景技术
近年来，由于TOF(Time of Flight)技术的飞速发展，特别是基于TOF技术芯片的问世，由于其集成度高，价格优惠，性能好等特点，在世界范围内用于TOF技术及基于TOF技术的传感器的资金正在不断增长，因TOF技术的应用，让工业传感器有了飞速的发展。
目前，一般的基于TOF技术的测距传感器所采用的方案都是使用单片机控制时间测量芯片，然后时间测量芯片产生脉冲控制发射管发射出脉冲的光信号，光信号经过透镜传到检测区域，经物体反射后通过透镜被接收管接收到，接收管把接收到的光信号经过滤波放大处理后传递给时间测量芯片，时间测量芯片通过接收管反射回来的信号和发射出的信号进行，比较其相位偏差从而计算出光在传感器和目标物的飞行时间，然后计算出传感器与目标物之间的距离。
但市场上大多数基于TOF开发出的测距传感器其抗干扰都不好，特别是在工业检测行业中，由于工业检测所使用的光电传感器所发射调制光的光信号波长大多数都相近，当多个传感器并排使用时，基于TOF技术的传感器很容易受到干扰。
另外，一般的基于TOF技术的测距传感器还存在下列缺陷：
一、传感器所能测量的范围近，传感器的响应时间慢，传感器的光学结构要求高。
二、传感器易受到环境光的干扰或者其它的光源的干扰。
三、性能不稳定，集成度低，产品体积大。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种基于TOF的抗干扰测距传感器，以解决现有技术中存在的问题。
本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
一种基于TOF的抗干扰测距传感器，包括
发射模块，其用于将脉冲电信号转换为调制光信号，并将调制光信号发射至目标物；
横向偏振片，其设置在发射模块和目标物的光路上，用于将调制光信号转换为横向的偏振光信号；
反光板，其设置在目标物上，用于将偏振光信号反射至接收模块；
纵向偏振片，其设置在目标物和接收模块的光路上，用于将横向的偏振光信号转换为纵向的偏振光信号；
透镜，其分别设置在在发射模块和目标物的光路、以及目标物和接收模块的光路上，其用于汇聚分散的偏振光信号；
滤光片，其设置在纵向偏振片和接收模块之间，用于过滤掉非传感器需要的偏振光信号；
测距芯片，其包括处理模块和接收模块；
处理模块用于接收来自MCU控制模块命令，发送脉冲电信号控制发射模块发射调制光信号，并能根据接收模块转换的电信号进行识别与处理，然后把数据发送给MCU控制模块；
接收模块用于将接收到的偏振光信号号转换为电信号，并发送至处理模块；
MCU控制模块，其用于控制测距芯片及处理测距芯片返回来的数据，然后根据处理数据的结果，控制输出模块的通断；
输出模块，其用于输出测量的结果；
指示模块，其用于显示传感器的工作状态；
设置模块，其用于对MCU控制模块进行设置；
电源模块，其用于为上述所有模块供电。
进一步的，根所述横向偏振片和纵向偏振片相互垂直设置。
进一步的，所述滤光片为窄带滤光片。
进一步的，所述扰测距传感器的光源为可见光光源和激光光源。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1)采用反光板固定的目标物上面，增加传感器所能测试的范围同时克服普通传感器随检测物的变化测量精度有所改变；也可以提高传感器的响应时间；另外也可以解决传感器对光学结构的依赖。
2)传感器具有偏振片，增加传感器抗干扰能力，传感具有窄带的波长滤光片，克服基于TOF技术易受到同类波长光信号的干扰。
3)采用专用的测距芯片，该芯片集成信号处理放大，相位测量，时间计算等功能，保证产品的稳定、可靠，同时也使产品的体体积更小。
附图说明
图1为本发明所述的基于TOF的抗干扰测距传感器的传感器单元示意图。
图2为本发明所述的基于TOF的抗干扰测距传感器的光学设计结构图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
参见图1和图2，本发明所述的一种基于TOF的抗干扰测距传感器，包括
发射模块，其用于将脉冲电信号转换为调制光信号，并将调制光信号发射至目标物；
横向偏振片，其设置在发射模块和目标物的光路上，用于将调制光信号转换为横向的偏振光信号；
反光板，其设置在目标物上，用于将偏振光信号反射至接收模块；
纵向偏振片，其设置在目标物和接收模块的光路上，用于将横向的偏振光信号转换为纵向的偏振光信号；
透镜，其分别设置在在发射模块和目标物的光路、以及目标物和接收模块的光路上，其用于汇聚分散的偏振光信号；
滤光片，其设置在纵向偏振片和接收模块之间，用于过滤掉非传感器需要的偏振光信号；
测距芯片，其包括处理模块和接收模块；
处理模块用于接收来自MCU控制模块命令，发送脉冲电信号控制发射模块发射调制光信号，并能根据接收模块转换的电信号进行识别与处理，然后把数据发送给MCU控制模块；
接收模块用于将接收到的偏振光信号号转换为电信号，并发送至处理模块；
MCU控制模块，其用于控制测距芯片及处理测距芯片返回来的数据，然后根据处理数据的结果，控制输出模块的通断；
输出模块，其用于输出测量的结果；
指示模块，其用于显示传感器的工作状态；
设置模块，其用于对MCU控制模块进行设置；
电源模块，其用于为上述所有模块供电。
与现有技术相比较，本发明具有如下的创新点：
1.增加检测距离方案：在进行方案设计时选择具有高反率的反光板并且该反光板的选择不能够影响TOF芯片发射出的光信号的相位。选择高反率的反光板进行信号反射时，这个TOF芯片在进行测量时，可以用最小的曝光时间取得合适的信号幅值大大的降低了传感器的曝光时间，进而提高了传感器的响应时间。
2.克服TOF传感器的抗干扰方案：如图1所示发射模块把控制信号转换为光信号，光信号经过横向偏振片，光信号变成了横向的偏振光，然后偏振光遇到反光板，反光板又把横向偏振光转换为纵向的偏振光，最后纵向偏振光经过仅发射波长能够通过的滤光片被接收管接收到。
2.1偏振片选择时，选择互相垂直的偏振片。
2.2滤光片设计为仅发射波长能通过的窄带滤光片。
3.增强系统的可靠性及稳定性：选用接收部分，信号处理部分，时间测量部分及计算处理部分都集中在一个芯片上面，保证系统的稳定性及可靠性，同时也提高了传感器的测量精度。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种基于TOF的抗干扰测距传感器，其特征在于：包括
发射模块，其用于将脉冲电信号转换为调制光信号，并将调制光信号发射至目标物；
横向偏振片，其设置在发射模块和目标物的光路上，用于将调制光信号转换为横向的偏振光信号；
反光板，其设置在目标物上，用于将偏振光信号反射至接收模块；
纵向偏振片，其设置在目标物和接收模块的光路上，用于将横向的偏振光信号转换为纵向的偏振光信号；
透镜，其分别设置在在发射模块和目标物的光路、以及目标物和接收模块的光路上，其用于汇聚分散的偏振光信号；
滤光片，其设置在纵向偏振片和接收模块之间，用于过滤掉非传感器需要的偏振光信号；
测距芯片，其包括处理模块和接收模块；
处理模块用于接收来自MCU控制模块命令，发送脉冲电信号控制发射模块发射调制光信号，并能根据接收模块转换的电信号进行识别与处理，然后把数据发送给MCU控制模块；
接收模块用于将接收到的偏振光信号号转换为电信号，并发送至处理模块；
MCU控制模块，其用于控制测距芯片及处理测距芯片返回来的数据，然后根据处理数据的结果，控制输出模块的通断；
输出模块，其用于输出测量的结果；
指示模块，其用于显示传感器的工作状态；
设置模块，其用于对MCU控制模块进行设置；
电源模块，其用于为上述所有模块供电。
2.根据权利要求1所述的基于TOF的抗干扰测距传感器，其特征在于：所述横向偏振片和纵向偏振片相互垂直设置。
3.根据权利要求1所述的基于TOF的抗干扰测距传感器，其特征在于：所述滤光片为窄带滤光片。
4.根据权利要求1所述的基于TOF的抗干扰测距传感器，其特征在于：所述扰测距传感器的光源为可见光光源和激光光源。
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