CN108225384A - 一种直线型红外led阵列传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种直线型红外LED阵列传感器，属于光电检测技术领域。该发明包括红外LED发射阵列、红外LED接收阵列、红外发射控制电路、红外接收调理电路、出光罩和聚光罩；红外LED发射阵列包括若干条状PCB基板A，每个PCB基板A上设有若干个红外发射LED，红外发射LED呈直线排列，并安装出光罩；红外LED接收阵列包括由若干条状PCB基板B，每个PCB基板B上设有若干个红外传感器，红外传感器呈直线排列，并安置聚光罩；本发明中，红外发射、接收阵列采用LED阵列结构，体积小，使用方便，且阵列采用透镜结构设计，使阵列传感器光学性能显著改善。本发明可用于透光、半透光物体形状、物理特性沿直线分布状况的检测与诊断。
Description
技术领域
本发明涉及一种直线型红外LED阵列传感器，属于光学检测技术领域，传感器阵列为直线排列，发射阵列向外发射线型红外光，接收阵列接收透过物体的光信号，用于透光、半透光物体形状、物理特性沿直线分布状况的检测与诊断。
背景技术
近年来由于高亮度的贴片式LED((1ight—emitting diode)材料与技术上的突破，产品质量不断提高，给LED市场增光添彩。在材料、外延片生长、芯片制造、封装及应用整个产业链中，人们在关注工艺技术的同时，也越来越对LED运用到生产设备检测中给予更多的关注。LED产业与其他产业的区别就在于LED产品的技术不断提高。而价格却越来越低，这就是得在制造LED光电检测设备时性价比更高，同时减少投资成本，这就给国产光电检测设备提供了一个千载难逢的市场机遇。
传统的白织灯光源因其能耗高、寿命短、不易控制等缺点，而发光二极管LED是一种半导体固体发光器件，具有寿命长、低耗能等优势，起到环保、节能的作用，LED光源具有光明的前景。起初由于光效率较低，光通量很小，只能在电器设备和仪器仪表上作为指示使用，随着LED制造材料的革新、工艺的改进和生产规模的提高，AlGaInP(磷化铝镓铟)等超高亮度LED逐渐进入市场并占据重要地位。贴片式发光二极管是一种新型表面贴装式半导体发光器件，贴片式封装的LED又分为CHIP、TOP、SIDEVIEW等若干种类型，贴片式LED除了有着直插式LED的所有优点外，更以体积小、散射角大、发光均匀性好.散热性好等特点被广泛的应用于各种场合，例如显示屏、信号灯、家用照明上很多都已经采用了贴片式LED。随着电子技术的发展，LED作为一种发光器件得到的广泛应用，光电检测在各领域得到推广，红外线传感器就是一种光电检测器件。对于LED光源的国内外研究，主要有LED阵列光源的设计及光电检测装置杨红；冯旭东；刘宏权，阵列式LED面光源p，实用新型专利，申请号：CN201210270919.3，公开号：CN102767766A，主分类号：F21S8/00；李转发；刘明强；李文利，一种LED光源模块光电检测装置p，实用新型专利，申请号：CN201220290095.1，公开号：CN202710178U，主分类号：G01J1/00，这些主要集中在LED阵列的设计及非接触光电检测装置。
根据资料检索，目前LED与阵列型LED在光电检测中主要用作视觉检测与识别的辅助光源，用于透光与半透光物体形状、物理特性沿直线分布状况的检测与诊断的成果末见报导。
本发明的宗旨在于提供一种直线型红外LED阵列传感器，可发射线形红外光束，透过被测物体后由线形接收阵列接收，该项发明可用于物体外形、边缘轮廓及缺陷的检测，也可用于材料物理特性的检测。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题提供一种直线型红外LED阵列传感器，传感器阵列为直线排列，发射阵列向外发射线型红外光，接收阵列接收透过物体的光信号，用于透光、半透光物体形状、物理特性沿直线分布状况的检测与诊断。
本发明的技术方案是：一种直线型红外LED阵列传感器，可发射线型红外光束，并接收透过物体的光束，根据透过物体时光强的变化输出相应的电信号，用于对物体进行形状、物理特性的检测。
一种直线型红外LED阵列传感器，其特征在于，包括红外LED发射阵列、红外LED接收阵列、红外发射控制电路、红外接收调理电路、出光罩和聚光罩；
所述红外LED发射阵列包括若干条状PCB基板A，每个PCB基板A上设有若干个红外发射LED，红外LED发射阵列发射红外光线，红外发射LED呈直线排列，并安装出光罩；所述出光罩为线型光学透镜组成的透镜阵列，透镜阵列包括若干透镜单元，每个PCB基板A上安置透镜单元；所述透镜单元为凸透镜，发射出平行光、且成直线照射被测物体；
所述红外LED接收阵列包括由若干条状PCB基板B，每个PCB基板B上设有若干个红外传感器，所述红外传感器分别对应每个红外发射LED，红外LED接收阵列接收红外光线，红外传感器呈直线排列，并安置聚光罩；所述聚光罩为线型光学透镜组成的透镜阵列，透镜阵列包括若干透镜单元，每个PCB基板B上安置透镜单元，会聚红外光照射到所述红外传感器上；
所述红外发射控制电路，采用共电源独立发射结构，控制每个红外发射LED恒压、恒流，独立向外发射红外光线；
所述红外接收调理电路，接收透射红外光，将光强信号转换为电压信号，并进行放大处理。
上述方案中，所述红外LED发射阵列中采用的红外发射LED为贴片式，发射近红外光，在PCB基板A上沿直线分布，根据光强要求在每个PCB基板A上安装若干个，用于发射不同强度的线型红外光束。
上述方案中，所述红外LED接收阵列采用贴片式近红外LED传感器，在PCB基板B上沿直线分布，贴片式近红外LED传感器分别对应每个红外发射LED，红外LED接收阵列用于接收红外LED发射阵列发出的经被测物体的透射红外光。
上述方案中，所述的红外发射控制电路包括电阻和电源，采用恒压、恒流模式，独立向外发射恒定光强红外光束。
上述方案中，所述红外接收调理电路包括限流电阻和放大电路，用于接收光信号的前端模拟处理。
上述方案中，所述线型光学透镜用于改善光场分布，使光束沿直线均匀分布，并起到聚光作用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1本发明本发明红外发射、接收阵列采用LED阵列结构，体积小，使用方便；且传感器阵列为直线排列，红外LED发射阵列可发射线形红外光束，透过被测物体后由线形接收阵列接收，该项发明可用于透光、半透光物体外形、边缘轮廓及缺陷的检测，也可用于材料物理特性的检测。
2.本发明红外发射LED呈直线排列，并安装出光罩，所述出光罩为线型光学透镜组成的透镜阵列，透镜阵列包括若干透镜单元，每个PCB基板A上安置透镜单元，所述透镜单元为凸透镜，发射出平行光、且成直线照射被测物体；红外传感器呈直线排列，并安置聚光罩；所述聚光罩为透镜阵列，每个PCB基板B上安置透镜单元，会聚红外光照射到所述红外传感器上。本发明出光罩和聚光罩采用阵列透镜结构设计，使阵列传感器光学性能显著改善。
3.本发明所述红外发射控制电路，采用共电源独立发射结构，控制每个红外发射LED恒压、恒流，独立向外发射红外光线；
4.本发明所述红外接收调理电路，接收透射红外光，将光强信号转换为电压信号，并进行放大、滤波处理。
附图说明
图1为本发明中直线型红外LED阵列传感器组成及布设示意图；
图2为本发明中实施例中检测空调送风叶轮焊接粘连缺陷的示意图；
图3为本发明中实施例单个线型LED红外阵列传感器结构示意图；
图4为本发明中实施例中单个红外LED发射控制电路与接收调理电路。
图中，1.出光罩；2.聚光罩；3.插槽。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于此。
本发明提出的一种直线型红外LED阵列传感器，包括：
(1)红外LED发射阵列，发射阵列由若干条状PCB基板组成，每个PCB基板上有若干个红外LED，发射红外光线，红外LED呈直线排列，并安置出光罩1；
(2)红外LED接收阵列，接收阵列由若干条状PCB基板组成，每个PCB基板上的若干个红外传感器，分别对应每个发射LED，接收红外光线，传感器呈直线排列，并安置聚光罩2；
(3)红外发射控制电路，采用共电源独立发射结构，每个发射LED恒压、恒流，独立向外发射红外光线；
(4)红外接收调理电路，接收透射红外光，将光强信号转换为电压信号，并进行放大处理；
(5)线型光学透镜，由光学透镜组成，线型结构，可作为该阵列传感器的选配件。
上述阵列传感器中的各部分主要特征包括：
(1)红外LED发射阵列中采用的LED为贴片式，发射近红外光，在PCB基板上沿直线分布，可根据光强要求在每个基板上安装若干个，用于发射不同强度的线型红外光束。
(2)红外LED接收阵列采用贴片式近红外LED传感器，在PCB基板上沿直线分布，分别对应每个发光LED，接收红外LED阵列用于接收发射阵列发出的经被测物体的透射红外光。
(3)红外发射控制电路由电阻、电源组成，采用恒压、恒流模式，独立向外发射恒定光强红外光束。
(4)红外接收调理电路用于将接收到的光强信号转换为电压信号，并进行放大和滤波处理，提供给后续电路与仪器。
(5)线型光学透镜主要用于改善光场分布，使光束沿直线均匀分布，并起到聚光作用。
本发明所述直线型红外LED阵列传感器，其组成及布设示意图如图1所示。红外发射控制电路与红外LED发射阵列连接，所述红外发射控制电路，采用共电源独立发射结构，控制每个红外发射LED恒压、恒流，独立向外发射红外光线。红外接收调理电路与红外LED接收阵列连接，所述红外接收调理电路，接收透射红外光，将光强信号转换为电压信号，并进行放大处理。
图2为该发明中的阵列传感器应用于空调送风叶轮部件焊接时造成的粘叶缺陷的检测布设示意图。图2所示PCB基板A和PCB基板B分别安装在两边的插槽3，基板上焊接红外贴片LED。
检测过程：送风叶轮在支架上由电机驱动下旋转，红外LED发射阵列通过向外发射红外光，经出光罩1上的透镜后产生平行光，经送风叶轮后，由红外LED接收阵列经过聚光罩2上的透镜接收，当送风叶轮完好时，接收到的两路光信号相同，差分输出信号为零；当存在粘叶缺陷时，两路接收到的光信号不相等，输出不为零，进而可以判断存在缺陷。送风叶轮由电机控制转动一周后检测结束，输出检测结果。
图3所示为一种双发、双收的阵列结构形式，直线型红外LED阵列传感器中LED数目可根据检测场合对光强的要求进行调整，形成多发、多收阵列结构，线形LED阵列传感器的长度可根据被测物体的长度按实际需要调整。本实施例中，以双发、双收阵列结构作为特例，对其进行阐述：
所述红外LED发射阵列，采用发射波长为940nm的贴片式LED(型号为IR67-21C)，可照射角视角为120°，照射强度高。所述红外LED发射阵列包括若干条状PCB基板A，每个PCB基板A上安置两个红外发射LED，呈直线排列，具体放置位置根据需要自行调整，本实施例中分布于基板两端，如图3中黑色圆点所示，电路中有限流电阻R＝200Ω，保证红外发射LED发射红外光波长在940nm左右。所述出光罩1为透镜阵列，每个PCB基板A上安置透镜单元，该单元为凸透镜，如图3所示，发射出平行光，成直线照射被测物体。
所述红外LED接收阵列，采用贴片式红外传感器，接收发射阵列透过被测对象的红外光，每个红外传感器的放置位置跟发射阵列的红外发射LED相对应，本实施例中同样分布于两端，如图3中黑色方块所示。聚光罩2为透镜阵列，如图3所示，会聚更多红外光照射到传感器上，与红外传感器位置可适当调整，保证在焦距范围之内。
图4所示为本实施例中发射控制电路和接收调理电路图，所述的红外发射控制电路包括电阻和电源，采用恒压、恒流模式，独立向外发射恒定光强红外光束。
所述红外接收调理电路包括限流电阻和放大电路，用于接收光信号的前端模拟处理，限流后的信号由反相端输入运放，实现信号的放大。红外发射控制电路和红外接收调理电路均采用5V供电，R1、R3为发射电路限流电阻，R2、R4为接收电路限流电阻，接收电路将信号放大后送入后续电路或仪器。
本发明中，红外发射、接收阵列采用LED阵列结构，体积小，使用方便，且阵列采用透镜结构设计，使阵列传感器光学性能显著改善。本发明可用于透光、半透光物体形状、物理特性沿直线分布状况的检测与诊断。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种直线型红外LED阵列传感器，其特征在于，包括红外LED发射阵列、红外LED接收阵列、红外发射控制电路、红外接收调理电路、出光罩(1)和聚光罩(2)；
所述红外LED发射阵列包括若干条状PCB基板A，每个PCB基板A上设有若干个红外发射LED，红外LED发射阵列发射红外光线，红外发射LED呈直线排列，并安装出光罩(1)；所述出光罩(1)为线型光学透镜组成的透镜阵列，透镜阵列包括若干透镜单元，每个PCB基板A上安置透镜单元；所述透镜单元为凸透镜，发射出平行光、且成直线；
所述红外LED接收阵列包括由若干条状PCB基板B，每个PCB基板B上设有若干个红外传感器，所述红外传感器分别对应每个红外发射LED，红外LED接收阵列接收红外光线，红外传感器呈直线排列，并安置聚光罩(2)；所述聚光罩(2)为线型光学透镜组成的透镜阵列，透镜阵列包括若干透镜单元，每个PCB基板B上安置透镜单元，会聚红外光照射到所述红外传感器上；
所述红外发射控制电路，采用共电源独立发射结构，控制每个红外发射LED恒压、恒流，独立向外发射红外光线；
所述红外接收调理电路，接收透射红外光，将光强信号转换为电压信号，并进行放大处理。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述红外LED发射阵列中采用的红外发射LED为贴片式，发射近红外光，在PCB基板A上沿直线分布，根据光强要求在每个PCB基板A上安装若干个红外发射LED，用于发射不同强度的线型红外光束。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述红外LED接收阵列采用贴片式近红外LED传感器，在PCB基板B上沿直线分布，贴片式近红外LED传感器分别对应每个红外发射LED，红外LED接收阵列用于接收红外LED发射阵列发出的经被测物体的透射红外光。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的红外发射控制电路包括电阻和电源，采用恒压、恒流模式，独立向外发射恒定光强红外光束。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述红外接收调理电路包括限流电阻和放大电路，用于接收光信号的前端模拟处理。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述线型光学透镜用于改善光场分布，使光束沿直线均匀分布，并起到聚光作用。
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| CN110307861A (zh) * | 2019-07-05 | 2019-10-08 | 上海托菲机电科技有限公司 | 一种光电传感器装置及控制系统 |
| CN110307861B (zh) * | 2019-07-05 | 2024-04-09 | 托菲传感技术(上海)股份有限公司 | 一种光电传感器装置及控制系统 |
| CN110470224A (zh) * | 2019-09-16 | 2019-11-19 | 广州贝晓德智能科技有限公司 | 一种全景扫描多点检测传感器 |
| CN110470224B (zh) * | 2019-09-16 | 2024-05-28 | 广州贝晓德智能科技有限公司 | 一种全景扫描多点检测传感器 |
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