CN115399681B - 传感器、机器人和扫地机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种传感器包括传感器，包括感光芯片、发光部和光纤单元，感光芯片包括若干呈阵列排布的单光子雪崩二极管，光纤单元包括第一光纤阵列和第二光纤阵列，第一光纤阵列包括至少一条第一光纤，第二光纤阵列包括至少一条第二光纤，第一光纤和第二光纤中至少一种的长度大于或等于阈值，第一光纤与发光部连接，用于引导并发射发光部产生的发射光，第二光纤与所述感光芯片连接，用于接收发射光的反射光，并将反射光传递给感光芯片，采用单光子雪崩二极管，并使第一光纤和第二光纤中至少一种的长度大于或等于阈值，以避开单光子雪崩二极管的死区时间，进而提高了近距离检测的准确性。本发明还公开了一种扫地机和机器人。

Description

传感器、机器人和扫地机
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种传感器、机器人和扫地机。
背景技术
超声波传感器长常应用于移动机器人，但超声波传感器测量最好是一个平面，这样才会准确。另外，由于超声波并不是测量一个点到点的距离，是与中轴线有一个角度，是发散出去的，检测的数据为一个球弧面，很难避免检测区域内的其他物体，因此，检测区域内的其他物体都会对超声波检测带来影响。并且检测的精度也与本申请的超声波模块的精度有关。
图6为超声的发射方波与接收方波的示意图。参照图6，超声波的脉冲串需要一个固定的时间来防止串扰，因此，很难进行近距离检测。
因此，有必要提供一种新型的传感器、机器人和扫地机以解决现有技术中存在的上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种传感器、机器人和扫地机，提高近距离检测的准确性。
为实现上述目的，本发明的所述传感器，包括感光芯片、发光部和光纤单元，所述感光芯片包括若干呈阵列排布的单光子雪崩二极管，所述光纤单元包括第一光纤阵列和第二光纤阵列，所述第一光纤阵列包括至少一条第一光纤，所述第二光纤阵列包括至少一条第二光纤，所述第一光纤和所述第二光纤中至少一种的长度大于或等于阈值，所述第一光纤与所述发光部连接，用于引导并发射所述发光部产生的发射光，所述第二光纤与所述感光芯片连接，用于接收所述发射光的反射光，并将所述反射光传递给所述感光芯片。
所述传感器的有益效果在于：采用单光子雪崩二极管，并使所述第一光纤和所述第二光纤中至少一种的长度大于或等于阈值，以避开单光子雪崩二极管的死区时间，进而提高了近距离检测的准确性。
可选地，所述阈值为所述单光子雪崩二极管的死区时间与光速的乘积的一半。其有益效果在于：可以有效避开单光子雪崩二极管的死区时间。
可选地，所述第一光纤阵列的光纤数量等于所述第二光纤阵列的光纤数量。
可选地，所述第一光纤之间的长度关系为等比例差，所述第二光纤之间的长度关系为等比例差。
可选地，所述发光部为激光发射器。
可选地，所述传感器还包括第一驱动芯片，所述第一驱动芯片与所述感光芯片和所述激光发射器连接，所述第一驱动芯片受所述感光芯片控制，并用于驱动所述激光发射器发射激光。
可选地，所述传感器还包括透镜阵列，所述透镜阵列一侧与所述第二光纤耦合，所述透镜阵列的另一侧与所述感光芯片连接。
本发明还提供了一种机器人，包括所述传感器。
所述机器人的有益效果在于：采用了所述传感器，提高了近距离检测的准确性。
本发明还提供了一种扫地机，包括所述传感器。
所述扫地机的有益效果在于：采用了所述传感器，提高了近距离检测的准确性。
附图说明
图1为本发明一些实施例中传感器的结构框图；
图2为本发明一些实施例中发光部与第一光纤阵列的关系示意图；
图3为本发明一些实施例中感光芯片、第二光纤阵列和透镜阵列的关系示意图；
图4为本发明一些实施例中传感器的原理图；
图5为单光子雪崩二极管的电流电压特性曲线图；
图6为超声的发射方波与接收方波的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的附图，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。除非另外定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中使用的“包括”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
针对现有技术存在的问题，本发明的实施例提供了一种机器人和扫地机，所述机器人和所述扫地机均包括所述传感器，由所述传感器对环境进行检测，以实现防跌落或避障。
图1为本发明一些实施例中传感器的结构框图。图2为本发明一些实施例中发光部与第一光纤阵列的关系示意图。参照图1和图2，所述传感器100包括包括感光芯片101、发光部102和光纤单元103，所述感光芯片101包括若干呈阵列排布的单光子雪崩二极管(SinglePhoton Avalanche Diode，SPAD)，所述光纤单元103包括第一光纤阵列1031和第二光纤阵列1032，所述第一光纤阵列包括至少一条第一光纤，所述第二光纤阵列包括至少一条第二光纤，所述第一光纤和所述第二光纤中至少一种的长度大于或等于阈值，所述第一光纤与所述发光部102连接，用于引导并发射所述发光部102产生的发射光，所述第二光纤与所述感光芯片101连接，用于接收所述发射光的反射光，并将所述反射光传递给所述感光芯片101。
一些实施例中，所述阈值为所述单光子雪崩二极管的死区时间与光速的乘积的一半。例如，所述单光子雪崩二极管的死区时间2ns，光速为0.3m/ns，则所述阈值为30cm。
图5为单光子雪崩二极管的电流电压特性曲线图。图中Quenching表示淬灭，Avalanche表示雪崩，VBD表示雪崩击穿电压，Va表示淬灭电压，Reset表示淬灭恢复时间。其中，淬灭恢复时间即为所述单光子雪崩二极管的死区时间。
一些实施例中，所述传感器还包括透镜阵列，所述透镜阵列一侧与所述第二光纤阵列耦合，所述透镜阵列的另一侧与所述感光芯片连接。
图3为本发明一些实施例中感光芯片、第二光纤阵列和透镜阵列的关系示意图。参照图3，所述透镜阵列104一侧与所述第二光纤阵列1032耦合，所述透镜阵列104的另一侧与所述感光芯片101连接。
一些实施例中，所述第一光纤阵列和所述第二光纤阵列均包括至少一条光纤，且所述第一光纤阵列的光纤数量等于所述第二光纤阵列的光纤数量，由于光纤具有可弯折性，因此通过第一光纤阵列可以将所述发光部产生的发射光发射到各个方向，而所述第二光纤阵列则可以接收各个方向的发射光，进而实现单一传感器的多方向检测。
一些实施例中，所述第一光纤阵列和所述第二光纤阵列在同一方向上具有相同数量的光纤，且同一方向上的两条光纤为一组，分别用于发射发射光和接收反射光。
图4为本发明一些实施例中传感器的原理图。参照图4，图中具有所述第一光纤阵列1031、所述第二光纤阵列1032和被测距物体105，所述第一光纤阵列1031向所述被测距物体105发射发射光，经所述被测距物体105反射后，反射光被所述第二光纤阵列102接收。其中，获取光飞行时间，将光飞行时间除以2，再乘以光速，以获得测量距离。
一些实施例中，所述第一光纤阵列中所述第一光纤之间的长度关系为等比例差，所述第二光纤阵列中所述第二光纤之间的长度关系为等比例差，能够有效降低串扰信号的影响。
一些实施例中，所述发光部为激光发射器，所述传感器还包括第一驱动芯片，所述第一驱动芯片与所述感光芯片和所述激光发射器连接，所述第一驱动芯片受所述感光芯片控制，并用于驱动所述激光发射器发射激光。
一些实施例中，将所述传感器应用于所述扫地机时，所述感光芯片的通道数大于8，所述激光器为垂直腔面激光器，所述第一驱动芯片为LMG1020芯片或Mos芯片。一些具体实施例中，所述感光芯片的通道数为4×4。
一些实施例中，为增强近距离测量精度，所述第一光纤的长度大于或等于所述阈值，则所述第一光纤盘绕在所述传感器内、扫地机内或机器人内。
虽然在上文中详细说明了本发明的实施方式，但是对于本领域的技术人员来说显而易见的是，能够对这些实施方式进行各种修改和变化。但是，应理解，这种修改和变化都属于权利要求书中所述的本发明的范围和精神之内。而且，在此说明的本发明可有其它的实施方式，并且可通过多种方式实施或实现。

Claims (8)

1.一种传感器，其特征在于，包括感光芯片、发光部和光纤单元，所述感光芯片包括若干呈阵列排布的单光子雪崩二极管，所述光纤单元包括第一光纤阵列和第二光纤阵列，所述第一光纤阵列包括至少一条第一光纤，所述第二光纤阵列包括至少一条第二光纤，所述第一光纤和所述第二光纤中至少一种的长度大于或等于阈值，所述第一光纤与所述发光部连接，用于引导并发射所述发光部产生的发射光，所述第二光纤与所述感光芯片连接，用于接收所述发射光的反射光，并将所述反射光传递给所述感光芯片，所述阈值为所述单光子雪崩二极管的死区时间与光速的乘积的一半。
2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述第一光纤阵列的光纤数量等于所述第二光纤阵列的光纤数量。
3.根据权利要求1或2所述的传感器，其特征在于，所述第一光纤之间的长度关系为等比例差，所述第二光纤之间的长度关系为等比例差。
4.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述发光部为激光发射器。
5.根据权利要求4所述的传感器，其特征在于，还包括第一驱动芯片，所述第一驱动芯片与所述感光芯片和所述激光发射器连接，所述第一驱动芯片受所述感光芯片控制，并用于驱动所述激光发射器发射激光。
6.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，还包括透镜阵列，所述透镜阵列一侧与所述第二光纤耦合，所述透镜阵列的另一侧与所述感光芯片连接。
7.一种机器人，其特征在于，包括如权利要求1～6任意一项所述的传感器。
8.一种扫地机，其特征在于，包括如权利要求1～6任意一项所述的传感器。
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