CN208506278U - 低温漂恒幅控制红外传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及传感器技术领域，具体地，涉及一种低温漂恒幅控制红外传感器，包括圆柱筒状的外壳、以及布置在外壳内的红外接收单元和红外发射单元，所述红外接收单元和红外发射单元轴向布置在外壳内，且各单元经由外壳、布置在外壳前端的滤镜和布置在外壳后端的尾插组成形成所述精密红外光电传感器，如此，本实用新型提供了低温漂恒幅控制红外传感器，应用化工医疗、工业生产产品制造中对产品表面的距离、密度、数量的测量，其中传感器标定后可以测量10mm以内物体的表面参数，其精度可达0.1um，特别是可对于柔性材料的测量如橡胶密封圈、纤维棒等。

Description

低温漂恒幅控制红外传感器

技术领域：

本实用新型涉及传感器技术领域，具体地，涉及一种低温漂恒幅控制红外传感器。

背景技术：

传感器(英文名称:transducer/sensor)是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。传感器的特点包括:微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。传感器的存在和发展，让物体有了触觉、味觉和嗅觉等感官，让物体慢慢变得活了起来。通常根据其基本感知功能分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类。

传感器广泛应用于社会发展及人类生活的各个领域，如工业自动化、农业现代化、航天技术、军事工程、机器人技术、资源开发、海洋探测、环境监测、安全保卫、医疗诊断、交通运输、家用电器等。据前瞻产业研究院发布的《中国传感器制造行业发展前景与投资预测分析报告前瞻》显示，近年来，国内传感器应用主要分布在机械设备制造、家用电器、科学仪器仪表、医疗卫生、通信电子以及汽车等领域。新技术革命的到来，世界开始进入信息时代。在利用信息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。的粒子世界，纵向上要观察长达数十万年的天体演化，短到s的瞬间反应。此外，还出现了对深化物质认识、开拓新能源、新材料等具有重要作用的各种极端技术研究，如超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、超弱磁场等等。显然，要获取大量人类感官无法直接获取的信息，没有相适应的传感器是不可能的。许多基础科学研究的障碍，首先就在于对象信息的获取存在困难，而一些新机理和高灵敏度的检测传感器的出现，往往会导致该领域内的突破。一些传感器的发展，往往是一些边缘学科开发的先驱。传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。可以毫不夸张地说，从茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。由此可见，传感器技术在发展经济、推动社会进步方面的重要作用，是十分明显的。

实用新型内容：

本实用新型克服现有技术的缺陷，提供一种低温漂恒幅控制红外传感器。

本实用新型所要解决的技术问题采用以下技术方案解决：一种低温漂恒幅控制红外传感器，包括圆柱筒状的外壳、以及布置在外壳内的红外接收单元和红外发射单元，所述红外接收单元和红外发射单元轴向布置在外壳内，且各单元经由外壳、布置在外壳前端的滤镜和布置在外壳后端的尾插组成形成所述低温漂恒幅控制红外传感器。

优选的，所述红外接收单元包括光电管支架、以及和光电管支架配合的光电管组件，所述光电管组件包括固定环，周向布置在固定环一端面上的光电管，所述光电管为4个，所述光电管支架周向设有用于容置光电管的容置槽，各光电管嵌设在容置槽内且经由导线将接收信号导出，如此，其本身构成一个与门电路可以提高对外界光的感知能力，也提高了电路的冗余即使有一个光电管失效也只是使系统的灵敏度下降，不会使整个系统失效。

优选的，所述红外发射单元包括LED支架，所述LED支架周向布置在固定环远离光电管的一端，所述固定环和光电管支架的中心处均设有通孔，固定环上的通孔和光导光纤的一端连接，所述光导光纤另一端伸入光电管支架的通孔内，所述LED支架远离光电管的一端还设有LED灯容置槽，所述LED灯容置槽内还设有LED灯，所述LED灯和电路板组件连接，所述电路板组件远离光电管的一端还设有电位器，如此，红外发射单元处于红外接收单元后部使结构更趋于紧凑，红外光经光导光纤由4向接收管中间导出后以18度的辐射角均匀向外发射，其光纤直径只有1mm.左右，经发射管聚焦准直后光效率可达90％。

优选的，所述红外发射单元的电路包括二极管Dg2，以及和二极管Dg2反向并联的二极管Dg1，所述二极管Dg2外接电源，如此，二极管Dg1、二极管Dg2是红外发射部分，二极管Dg1是二极管Dg2的反向保护管可防止二极管Dg2的反向高压击穿，需外接电阻限流或调制限制功耗保护红外管不会超过安全使用功率范围。

优选的，所述红外接收单元的电路包括24V电流源，所述24V电流源和电阻RL的一端连接，电阻RL的另一端和节点C连接，节点C分别和电阻R1的一端，三极管D1～4的集电极、三极管Q1的集电极连接，所述电阻R1另一端分别和可调电阻RC的一端、三极管Q2的基极连接，所述三极管D1～4的发射极和节点M连接，所述可调电阻RC的另一端经过节点M与三极管Q1的基极连接，节点M还和电阻R2的一端连接，所述电阻R2的另一端和三极管Q2的集电极连接，三极管Q2的发射极接地，所述三极管Q1的发射极与负反馈电路的输入端连接，所述反馈电路的输出端接地。

优选的，所述负反馈电路包括电阻R6、电阻R7，电阻R5以及电容C1，所述电阻R6与电阻R7串联形成支路一，所述电阻R5与电容C1串联形成支路二，所述支路一和支路二并联，如此，三极管D1-D4是四个方向上的光电管，电阻RL是电路的负载电阻，正常电路引线由C点和接地点引出。构成两线制传感器；电阻R1是整个电路的静态偏置电阻为三极管Q1和三极管Q2提供偏置电流使Q1工作在微导通状态；可调电阻Rc一方面可以调节三极管Q1的静态电流，另一反面也可以调节光电管流入三极管Q1的分支电流大小。因此调节可调电阻Rc可以调节改变流入三极管Q1的动态电流大小，进而调节三极管Q1的信号输出的增益大小。电阻R2为三极管Q2的集电极限流负载电阻。电阻R5，电阻R6，电阻R7，电容C1为三极管Q1的交、直流电流负反馈电阻可以稳定三极管Q1的工作点。该电路拓扑可以在供电电压波动的情况下，其信号的输出幅值保持不变，其增益可以一定范围内连续可调；电阻R6、电阻R7是三极管Q1的直流电流负反馈电阻，电阻R5、电容C1是三极管Q1的交流反馈旁路。

本申请中，紧凑的两线式传感器电路，可以保证在供电电压波动的情况下，其信号的幅值保持不变，其增益可以一定范围内连续可调，本电路的输出信号可以通过简单的电容耦合将恒幅的光电信号选择出来，但检测信号的幅值不受供电电压的影响。

工作原理：

加电后LED灯发出的红外光经光导光纤传递到滤光片后以18度的辐射角向外发射，发射单元皆可在数字或模拟域被调制，直射或反射的红外光信号经700nm截止滤镜滤除可见光干扰后被光电管接收，经电路转换成线性可变的电流源信号，在电路检测到后经转换得出参数，传感器后部的可调的电位器可以调整电路参数，用以标定电路的光电传递函数，本电路可以组成对射型红外光电传感器，也可以组成反射型红外光电传感器。又因传感器本身具有发射和接收电路，在加入不同的编码的条件下即可组成稳定可靠的反干扰对射型传感器，使用在封闭的通道中可有效防止外部人员侵入，在使用中红外接收头可以使用方便的二线制引出线方式可靠的使用本产品。

与现有技术相比，本申请的有益效果为：

1、四向光电管设计使光电管可均匀的接收LED灯发射出的红外光，提高了光电管的灵敏性，使点检测变成面平均检测。

2、两线制恒增益控制电路拓扑和结构设计中，两线制的电路设计可以使供电电压变化时其信号增益保持稳定不变。可以使整个传感器的电-光-电的传递函数，线性连续可调，依靠本拓扑也可以使电路更稳定的工作在低温漂的状态下。

3、本实用新型提供了高精度红外光电传感器，应用化工医疗、工业生产产品制造中对产品表面的距离、密度、数量的测量，其中传感器标定后可以测量10mm以内物体的表面参数，其精度可达0.1um，特别是可对于柔性材料的测量如橡胶密封圈、纤维棒等。

附图说明：

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型红外接收单元和红外发射单元电路原理图；

其中：10～外壳；20～红外线接收单元；21～光电管支架；221～固定环；222～光电管；223～容置槽；30～红外发射单元；31～LED支架；32～光导光纤；33～LED灯容置槽；34～电位器；40～滤镜；50～尾插。

具体实施方式：

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐明本实用新型。

如图1所示，一种低温漂恒幅控制红外传感器，包括圆柱筒状的外壳10、以及布置在外壳10内的红外接收单元20和红外发射单元30，红外接收单元20和红外发射单元30轴向布置在外壳10内，且各单元经由外壳10、布置在外壳10前端的滤镜40和布置在外壳10后端的尾插50组成形成所述低温漂恒幅控制红外传感器。

如图1所示，红外接收单元20包括光电管支架21、以及和光电管支架21配合的光电管组件，光电管组件包括固定环221，周向布置在固定环221一端面上的光电管222，光电管222为4个，光电管支架21周向设有用于容置光电管222的容置槽223，各光电管222嵌设在容置槽223内且经由导线将接收信号导出，如此，其本身构成一个与门电路可以提高对外界光的感知能力，也提高了电路的冗余即使有一个光电管222失效也只是使系统的灵敏度下降，不会使整个系统失效。

如图1所示，红外发射单元30包括LED支架31，LED支架31周向布置在固定环221远离光电管222的一端，固定环221和光电管支架21的中心处均设有通孔，固定环221上的通孔和光导光纤32的一端连接，光导光纤32另一端伸入光电管支架21的通孔内，LED支架31远离光电管222的一端还设有LED灯容置槽33，LED灯容置槽33内还设有LED灯，LED灯和电路板组件连接，电路板组件远离光电管222的一端还设有电位器34，如此，红外发射单元30处于红外接收单元20后部使结构更趋于紧凑，红外光经光导光纤32由4向光电管222中间导出后以18度的辐射角均匀向外发射，其光纤直径只有1mm.左右，经LED灯聚焦准直后光效率可达90％。

如图2所示，红外发射单元的电路包括二极管Dg2，以及和二极管Dg2反向并联的二极管Dg1，二极管Dg2外接电源，如此，二极管Dg1、二极管Dg2是红外发射部分，二极管Dg1是二极管Dg2的反向保护管可防止二极管Dg2的反向高压击穿，需外接电阻限流或调制限制功耗保护红外管不会超过安全使用功率范围。

如图2所示，红外接收单元的电路包括24V电流源，24V电流源和电阻RL的一端连接，电阻RL的另一端和节点C连接，节点C分别和电阻R1的一端，三极管D1～4的集电极、三极管Q1的集电极连接，电阻R1另一端分别和可调电阻RC的一端、三极管Q2的基极连接，三极管D1～4的发射极和节点M连接，可调电阻RC的另一端经过节点M与三极管Q1的基极连接，节点M还和电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端和三极管Q2的集电极连接，三极管Q2的发射极接地，三极管Q1的发射极与负反馈电路的输入端连接，反馈电路的输出端接地。

如图2所示，负反馈电路包括电阻R6、电阻R7，电阻R5以及电容C1，电阻R6与电阻R7串联形成支路一，电阻R5与电容C1串联形成支路二，支路一和支路二并联，如此，三极管D1-D4是四个方向上的光电管，电阻RL是电路的负载电阻，正常电路引线由C点和接地点引出。构成两线制传感器；电阻R1是整个电路的静态偏置电阻为三极管Q1和三极管Q2提供偏置电流使Q1工作在微导通状态；可调电阻Rc一方面可以调节三极管Q1的静态电流，另一反面也可以调节光电管流入三极管Q1的分支电流大小。因此调节可调电阻Rc可以调节改变流入三极管Q1的动态电流大小，进而调节三极管Q1的信号输出的增益大小。电阻R2为三极管Q2的集电极限流负载电阻。电阻R5，电阻R6，电阻R7，电容C1为三极管Q1的交、直流电流负反馈电阻可以稳定三极管Q1的工作点。该电路拓扑可以在供电电压波动的情况下，其信号的输出幅值保持不变，其增益可以一定范围内连续可调；电阻R6、电阻R7是三极管Q1的直流电流负反馈电阻，电阻R5、电容C1是三极管Q1的交流反馈旁路。

本申请中，紧凑的两线式传感器电路，可以保证在供电电压波动的情况下，其信号的幅值保持不变，其增益可以一定范围内连续可调，本电路的输出信号可以通过简单的电容耦合将恒幅的光电信号选择出来，但检测信号的幅值不受供电电压的影响。

工作原理：

加电后LED灯发出的红外光经光导光纤32传递到滤镜40后以18度的辐射角向外发射，发射单元皆可在数字或模拟域被调制，直射或反射的红外光信号经700nm截止滤镜40滤除可见光干扰后被光电管222接收，经电路转换成线性可变的电流源信号，在电路检测到后经转换得出参数，传感器后部的可调的电位器可以调整电路参数，用以标定电路的光电传递函数，本电路可以组成对射型红外光电传感器，也可以组成反射型红外光电传感器。又因传感器本身具有发射和接收电路，在加入不同的编码的条件下即可组成稳定可靠的反干扰对射型传感器，使用在封闭的通道中可有效防止外部人员侵入，在使用中红外接收头可以使用方便的二线制引出线方式可靠的使用本产品。

性能测试：

对本申请提供的一种低温漂恒幅控制红外传感器进行性能测试，其测试结果如表1所示：

表1

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的特点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型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实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型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实用新型的范围内。本实用新型要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.一种低温漂恒幅控制红外传感器，其特征在于，包括圆柱筒状的外壳、以及布置在外壳内的红外接收单元和红外发射单元，所述红外接收单元和红外发射单元轴向布置在外壳内，且各单元经由外壳、布置在外壳前端的滤镜和布置在外壳后端的尾插组成形成所述低温漂恒幅控制红外传感器。

2.根据权利要求1所述的低温漂恒幅控制红外传感器，其特征在于，所述红外接收单元包括光电管支架、以及和光电管支架配合的光电管组件，所述光电管组件包括固定环，周向布置在固定环一端面上的光电管，所述光电管为4个，所述光电管支架周向设有用于容置光电管的容置槽，各光电管嵌设在容置槽内且经由导线将接收信号导出。

3.根据权利要求1所述的低温漂恒幅控制红外传感器，其特征在于，所述红外发射单元包括LED支架，所述LED支架周向布置在固定环远离光电管的一端，所述固定环和光电管支架的中心处均设有通孔，固定环上的通孔和导光光纤的一端连接，所述导光光纤另一端伸入光电管支架的通孔内，所述LED支架远离光电管的一端还设有LED灯容置槽，所述LED灯容置槽内还设有LED灯，所述LED灯和电路板组件连接，所述电路板组件远离光电管的一端还设有电位器。