CN111947776B - 一种用于光电传感器的光强度自动补偿电路 - Google Patents

一种用于光电传感器的光强度自动补偿电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种用于光电传感器的光强度自动补偿电路,包括光敏二极管D1和补偿反馈电路,所述光敏二极管D1的正极依次串接电阻R2、电阻R1后与VDD1电源电压端相连,光敏二极管D1的负极接地,电阻R2与电阻R1之间的连线与补偿反馈电路相连后接地;本发明通过对发射器进行光强度监测,并通过并联调节器进行电压补偿,从而使发射光强度可以维持在初期水平,提高产品使用的稳定性,保障发射器在长时间工作情况下,产品仍能保证特性的一致,具有实用性。

Description

一种用于光电传感器的光强度自动补偿电路
技术领域
本发明属于光电传感器的技术领域,具体涉及一种光电传感器的光强度自动补偿电路。
背景技术
光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器,一般由发射器、接收器和检测电路构成。发射器中的光源(如LED)发出的光线照射到检测目标上,由于检测目标的有无或者状态不同,所能到达接收器的光线会发生变化,光电传感器通过这种方式将被测量物的变化转换成光信号的变化,然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。
但是,随着时间的变化,LED等发光元件的性能会退化,也即LED发出的光的强度会发生衰减。面对同样的检测目标,接收器所能接收到的光的强度达不到初始值,导致的直接后果是检测范围及检测精度的下降。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足,提供一种能够对光电传感器内的发射器进行光强度监测,并能在光强度降低的情况下进行输出电压补偿的自动补偿电路。
为了解决上述技术问题,本发明采用的技术方案为:一种用于光电传感器的光强度自动补偿电路,包括光敏二极管D1和补偿反馈电路,所述光敏二极管D1的正极依次串接电阻R2、电阻R1后与VDD1电源电压端相连,光敏二极管D1的负极接地,电阻R2与电阻R1之间的连线与补偿反馈电路相连后接地。
优选地,所述补偿反馈电路包括并联调节器U1、光敏二极管D2,所述电阻R2与电阻R1之间的连线与并联调节器U1的负极相连,并联调节器U1的感测极与光敏二极管D2的正极相连,电阻R3并接在光敏二极管D2两端,光敏二极管D2的负极与并联调节器U1的正极相连后接地,并联调节器U1的感测极与光敏二极管D2正极之间的连线与VDD2电源电压端相连。
优选地,还包括三极管Q1,所述三极管Q1的集电极与光敏二极管D1的负极相连,光敏二极管D1的正极与电阻R2之间的连线串接电容C1后接地,三极管Q1的发射极串接电阻R4后接地,三极管Q1的基极与并联调节器U1的负极与电阻R1之间的连线相连,所述VDD1电源电压端与电阻R2相连,交流电源端与电阻R1相连。
优选地,所述补偿反馈电路还包括电阻R5和电阻R6,所述并联调节器U1的感测极与光敏二极管D2的正极之间的连线分别与电阻R5的一端、电阻R6的一端相连,电阻R5的另一端与VDD2电源电压端相连,电阻R6的另一端接地。
优选地,还包括电阻R7和电阻R8,所述并联调节器U1的感测极与光敏二极管D2的正极之间的连线分别与电阻R7的一端、电阻R8的一端相连,电阻R7的另一端与VDD2电源电压端相连,电阻R8的另一端接地。
优选地,所述电阻R5和电阻R6为分压电阻。
优选地,所述电阻R7和电阻R8为分压电阻。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果:
1、本发明一种用于光电传感器的光强度自动补偿电路,通过补偿反馈电路中的光敏二极管D2对光电传感器内的发射器进行光强度监测,如果受光强度降低,其等效电阻R3增加,并联调节器U1的阈值电压Vth上升,再通过并联调节器U1将补偿电压反馈至投光电压Vout,本发明通过对光电发射器进行光强度监测,并通过并联调节器U1进行电压补偿,从而使发射光强度可以维持在初期水平,提高产品使用的稳定性,保障光电发射器在长时间工作情况下,产品仍能保证特性的一致,具有实用性,适合推广使用。
2、本发明中分压电阻R5、分压电阻R6对直流电中的电源电压VDD2进行分压,分压电阻R7、分压电阻R8对交流电中的电源电压VDD2进行分压,确保并联调节器U1的阈值电压Vth大于基准电压Vref,使得并联调节器U1的输出电压Vout与阈值电压Vth成线性关系,便于对并联调节器U1的输出端进行电压补偿。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
图1为本发明实施例一提供的一种用于光电传感器的光强度自动补偿电路的电路原理图;
图2为本发明实施例二提供的一种用于光电传感器的光强度自动补偿电路的电路原理图;
图3为本发明实施例三提供的一种用于光电传感器的光强度自动补偿电路的电路原理图;
图4为本发明实施例四提供的一种用于光电传感器的光强度自动补偿电路的电路原理图;
图5为本发明实施例五提供的一种用于光电传感器的光强度自动补偿电路的电路原理图;
图6为并联调节器U1的Vout-Vth特性曲线图;
图中:1为补偿反馈电路。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例;基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例一提供的一种用于光电传感器的光强度自动补偿电路的电路原理图,如图1所示,一种用于光电传感器的光强度自动补偿电路,包括光敏二极管D1和补偿反馈电路1,所述光敏二极管D1的正极依次串接电阻R2、电阻R1后与VDD1电源电压端相连,光敏二极管D1的负极接地,电阻R2与电阻R1之间的连线与补偿反馈电路1相连后接地。
具体地,通过在光敏二极管D1的两端增加补偿反馈电路1,当光敏二极管D1发射光强度降低,补偿反馈电路1将补偿电压反馈至投光电压Vout,从而使发射光强度可以维持在初期水平,提高产品使用的稳定性,保障光电发射器在长时间工作情况下,产品仍能保证特性的一致,具有实用性,适合推广使用。
图2为本发明实施例二提供的一种用于光电传感器的光强度自动补偿电路的电路原理图,如图2所示,在实施例一的基础上,所述补偿反馈电路1包括并联调节器U1、光敏二极管D2,所述电阻R2与电阻R1之间的连线与并联调节器U1的负极相连,并联调节器U1的感测极与光敏二极管D2的正极相连,电阻R3并接在光敏二极管D2两端,光敏二极管D2的负极与并联调节器U1的正极相连后接地,并联调节器U1的感测极与光敏二极管D2正极之间的连线与VDD2电源电压端相连,当所述自动补偿电路用于直流控制时,补偿反馈电路1中的光敏二极管D2对光电传感器内的发射器进行光强度监测,如果受光强度降低,其等效电阻R3增加,并联调节器U1的阈值电压Vth上升,再通过并联调节器U1将补偿电压反馈至投光电压Vout,本发明通过对光电发射器进行光强度监测,并通过并联调节器U1进行电压补偿,从而使发射光强度可以维持在初期水平,提高产品使用的稳定性。
图3为本发明实施例三提供的一种用于光电传感器的光强度自动补偿电路的电路原理图,如图3所示,在实施例二的基础上,还包括三极管Q1,所述三极管Q1的集电极与光敏二极管D1的负极相连,光敏二极管D1的正极与电阻R2之间的连线串接电容C1后接地,三极管Q1的发射极串接电阻R4后接地,三极管Q1的基极与并联调节器U1的负极与电阻R1之间的连线相连,所述VDD1电源电压端与电阻R2相连,交流电源端与电阻R1相连;当所述自动补偿电路用于交流控制时,补偿反馈电路1中的光敏二极管D2对光电传感器内的发射器进行光强度监测,如果受光强度降低,其等效电阻R3增加,并联调节器U1的阈值电压Vth上升,再通过并联调节器U1将补偿电压反馈至投光电压Vout,本发明通过对光电发射器进行光强度监测,并通过并联调节器U1进行电压补偿,从而使发射光强度可以维持在初期水平,提高产品使用的稳定性。
图4为本发明实施例四提供的一种用于光电传感器的光强度自动补偿电路的电路原理图,如图4所示,在实施例二的基础上,所述补偿反馈电路1还包括电阻R5和电阻R6,所述并联调节器U1的感测极与光敏二极管D2的正极之间的连线分别与电阻R5的一端、电阻R6的一端相连,电阻R5的另一端与VDD2电源电压端相连,电阻R6的另一端接地,分压电阻R5、分压电阻R6对直流电中的电源电压VDD2进行分压,确保并联调节器U1的阈值电压Vth大于基准电压Vref,使得并联调节器U1的输出电压Vout与阈值电压Vth成线性关系,便于对并联调节器U1的输出端进行电压补偿。
图5为本发明实施例五提供的一种用于光电传感器的光强度自动补偿电路的电路原理图,如图5所示,在实施例三的基础上,还包括电阻R7和电阻R8,所述并联调节器U1的感测极与光敏二极管D2的正极之间的连线分别与电阻R7的一端、电阻R8的一端相连,电阻R7的另一端与VDD2电源电压端相连,电阻R8的另一端接地;分压电阻R7、分压电阻R8对交流电中的电源电压VDD2进行分压,确保并联调节器U1的阈值电压Vth大于基准电压Vref,使得并联调节器U1的输出电压Vout与阈值电压Vth成线性关系,便于对并联调节器U1的输出端进行电压补偿。
进一步地,图6为并联调节器U1的Vout-Vth特征曲线图,如图6所示,当并联调节器U1的阈值电压Vth大于并联调节器U1的基准电压Vref时,并联调节器U1的Vout与并联调节器U1的阈值电压Vth成正比例线性关系,而现有技术中,并联调节器U1的基准电压为2.465V±2%,工作电流为1~100mA,故取并联调节器U1的基准电压Vref为2.4V,并联调节器U1的阈值电压Vth为2.5V。
当所述自动补偿电路用于直流控制时,假设电源电压VDD2为6V,分压电阻R5、分压电阻R6分别为50kΩ,光敏二极管D1的最大发射电流If_max=100mA,光强度衰减补正30%,则初期发射电流=100mA/1.3=77mA以下;并联调节器U1的输出电压Vout=2V时,发射电阻R2=(2V-1.5V)/77mA=6.5Ω;并联调节器U1的输出电压Vout_max=If_max×R2+Vf=100mA×6.5Ω+1.5V=2.15V;
当并联调节器U1的工作电流为1mA,则:
电阻R1_min=(VDD1-Vout_max)/(If_max+1mA)
=(6V-2.15V)/101mA=38Ω。
当光敏二极管D1的光强度未衰减时:流经电阻R1的电流I1=(VDD1-Vout)/R1=(6V-2V)/38Ω=105mA>77mA+1mA,光敏二极管D1的发射电流If=(Vout-Vf)/R2=(2v-1.5v)/6.5Ω=77mA;
当光敏二极管D1的光强度衰减后,等效电阻R3增加,使阈值电压Vth>2.5v,并联调节器U1的输出电压Vout与阈值电压Vth成线性关系,并联调节器U1的输出电压Vout增加,光敏二极管D1的发射电流增加,发射光强度增加;当并联调节器U1的输出电压Vout达到2.15V时,发射电流If=(2.15V-1.5V)/6.5Ω=100mA。
当所述自动补偿电路用于交流控制时,假设电源电压VDD2为6V,分压电阻R7、分压电阻R8分别为50kΩ,光敏二极管D1的最大发射电流If_max=200mA,光强度衰减补正30%,则初期发射电流=200mA/1.3=154mA以下;并联调节器U1的输出电压Vout=2V时,发射电阻R2=(2V-0.65V)/154mA=8.7Ω;并联调节器U1的最大输出电压Vout_max=If_max×R2+Vf=200mA×8.7Ω+0.65V=2.39V;
当并联调节器U1的工作电流为1mA,三极管Q1的放大倍数为60倍,则:则流经电阻R1的最大电流I1_max=200mA/60+1mA=4.33mA;
交流电源端Vout_IC=3.3V,R1_min=(Vout_IC-Vout_U1_max)/(Ib_Q1+1mA)=(3.3V-2.39V)/4.33mA=210Ω;
当光敏二极管D1的光强度未衰减时:流经电阻R1的电流I1=(Vout_IC-Vout_U1)/R1=(3.3V-2V)/210Ω=5.7mA>4.33mA,光敏二极管D1的发射电流If=(Vout_U1-Vbe_Q1)/R2=(2V-0.65V)/8.7Ω=155mA;
当光敏二极管D1的光强度衰减后,等效电阻R3增加,使阈值电压Vth>2.5v,并联调节器U1的输出电压Vout与阈值电压Vth成线性关系,并联调节器U1的输出电压Vout增加,光敏二极管D1的发射电流增加,发射光强度增加;当并联调节器U1的输出电压Vout达到2.14V时,发射电流If=(2.39V-0.65V)/8.7Ω=200mA,流经电阻R1的电流I1=(Vout_IC-Vout_DA)/R1=(3.3V-2.39V)/210Ω=4.33mA。
从上述举例中可知,不论所述自动补偿电路用于直流电源还是交流电源,光敏二极管D2对发射器进行光强度监测,如果受光强度降低,其等效电阻R3增加,并联调节器U1的阈值电压Vth上升,再通过并联调节器U1将补偿电压反馈至投光电压Vout,保障发射器在长时间工作情况下,产品仍能保证特性的一致,具有实用性。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种用于光电传感器的光强度自动补偿电路,其特征在于:包括光敏二极管D1和补偿反馈电路,所述光敏二极管D1的正极依次串接电阻R2、电阻R1后与VDD1电源电压端相连,光敏二极管D1的负极接地,电阻R2与电阻R1之间的连线与补偿反馈电路相连后接地;所述补偿反馈电路包括并联调节器U1、光敏二极管D2,所述电阻R2与电阻R1之间的连线与并联调节器U1的负极相连,并联调节器U1的感测极与光敏二极管D2的正极相连,电阻R3并接在光敏二极管D2两端,光敏二极管D2的负极与并联调节器U1的正极相连后接地,并联调节器U1的感测极与光敏二极管D2正极之间的连线与VDD2电源电压端相连。
2.根据权利要求1所述的一种用于光电传感器的光强度自动补偿电路,其特征在于:还包括三极管Q1,所述三极管Q1的集电极与光敏二极管D1的负极相连,光敏二极管D1的正极与电阻R2之间的连线串接电容C1后接地,三极管Q1的发射极串接电阻R4后接地,三极管Q1的基极与并联调节器U1的负极与电阻R1之间的连线相连,所述VDD1电源电压端与电阻R2相连,交流电源端与电阻R1相连。
3.根据权利要求1所述的一种用于光电传感器的光强度自动补偿电路,其特征在于:所述补偿反馈电路还包括电阻R5和电阻R6,所述并联调节器U1的感测极与光敏二极管D2的正极之间的连线分别与电阻R5的一端、电阻R6的一端相连,电阻R5的另一端与VDD2电源电压端相连,电阻R6的另一端接地。
4.根据权利要求2所述的一种用于光电传感器的光强度自动补偿电路,其特征在于:还包括电阻R7和电阻R8,所述并联调节器U1的感测极与光敏二极管D2的正极之间的连线分别与电阻R7的一端、电阻R8的一端相连,电阻R7的另一端与VDD2电源电压端相连,电阻R8的另一端接地。
5.根据权利要求3所述的一种用于光电传感器的光强度自动补偿电路,其特征在于:所述电阻R5和电阻R6为分压电阻。
6.根据权利要求4所述的一种用于光电传感器的光强度自动补偿电路,其特征在于:所述电阻R7和电阻R8为分压电阻。
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