CN209218059U - 一种光电开关 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种光电开关，包括发射光单元和接收光单元，所述发射光单元包括供电回路、发光管、开关管及振荡电路；所述发光管和开关管串联连接在所述供电回路中，且所述供电回路还包括连接到所述开关管输入端的储能电容；所述振荡电路的第一输出端连接在所述开关管的控制端，并通过控制所述开关管的导通时间增大所述发光管导通时的驱动电流；所述接收光单元包括感光元件，并根据所述感光元件接收的所述发光管的光输出电信号。本实用新型通过采用调制光技术，提高了发光管的发光强度，可以显著的提高光电开关的检测距离、抗污染的能力、抗环境光干扰的能力，可以适用于更多复杂环境的工况，如环境光干扰、粉尘、烟雾等恶劣环境工况。

Description

一种光电开关

技术领域

本实用新型实施例涉及开关领域，更具体地说，涉及一种光电开关。

背景技术

光电开关是自动化领域广泛使用的一种传感器，通过对光电开关光路的通断，可以实现位置、速度检测。现有的光电开关分为发射光单元和接收光单元两部分，当发射光单元发射出来的光被不透光物体阻挡，接收光单元没有接收到发射光单元发射出来的光，光电开关会输出一个电信号。当光电开关工作的环境存在强光的时候，这个强光会干扰光电开关的正常动作，光电开关的接收光单元会误以为这个强光是光电开关发射光单元发射的光，进而产生误动作。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种光电开关，旨在解决当现有的光电开关工作的环境存在强光的时候，光电开关的接收光单元会误以为这个强光是光电开关发射光单元发射的光，进而产生误动作的问题。

本实用新型实施例解决上述技术问题的技术方案是，提供一种光电开关，包括发射光单元和接收光单元，所述发射光单元包括供电回路、发光管、开关管以及振荡电路；所述发光管和开关管串联连接在所述供电回路中，且所述供电回路还包括连接到所述开关管输入端的储能电容；所述振荡电路的第一输出端连接在所述开关管的控制端，并通过控制所述开关管的导通时间增大所述发光管导通时的驱动电流；所述接收光单元包括感光元件，并根据所述感光元件接收的所述发光管的光输出电信号。

在本实用新型实施例所述的光电开关中，所述接收光单元包括感光子单元和鉴相子单元，所述感光子单元包括感光元件；所述鉴相子单元的输入端连接到所述振荡电路的第二输出端，并将接收的所述振荡电路的振荡信号叠加到所述感光子单元生成的电信号上。

在本实用新型实施例所述的光电开关中，所述振荡电路输出高电平的时间小于等于振荡周期的50％。

在本实用新型实施例所述的光电开关中，所述振荡电路包括第一运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一电容、第二电容和第一二极管；其中，所述第一电阻连接在所述第一运算放大器的反相输入端和输出端之间，所述第二电阻与所述第一二极管串联后并联连接在所述第一电阻的两端；所述第一电容连接在所述第一运算放大器的反相输入端和参考地之间；所述第三电阻和所述第四电阻串联连接在所述第一运算放大器的输出端和参考地之间，且所述第三电阻和所述第四电阻的连接点与所述第一运算放大器的同相输入端相连；所述第一运算放大器的输出端连接到所述振荡电路的第一输出端；所述第五电阻和第二电容并联连接在所述第一运算放大器的输出端和所述振荡电路的第二输出端之间。

在本实用新型实施例所述的光电开关中，所述供电回路还包括第六电阻，所述第六电阻连接在所述开关管的输出端和所述发光管的阳极之间，所述发光管的阴极连接参考地；所述开关管的输入端连接到电源，并经由储能电容连接参考地。

在本实用新型实施例所述的光电开关中，所述感光元件包括光敏三极管；所述感光子单元还包括第七电阻、第八电阻、第四电容和第五电容；其中，所述光敏三极管的集电极连接到电源，且经由所述第四电容连接到参考地；所述光敏三极管的基极经由所述第七电阻连接到参考地；所述光敏三极管的发射极经由所述第八电阻连接到参考地；所述第八电阻的动片引脚连接到所述感光子单元的输出端，且经由所述第五电容连接到参考地。

在本实用新型实施例所述的光电开关中，所述接收光单元包括微分放大子单元；所述微分放大子单元包括第二运算放大器、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻和第六电容；其中，所述微分放大子单元的输入端连接到所述感光子单元的输出端，且经由所述第六电容和第九电阻连接到所述第二运算放大器的同相输入端；所述第二运算放大器的反相输入端经由所述第十电阻连接到参考地，且经由所述第十一电阻连接到所述第二运算放大器的输出端；所述第二运算放大器的输出端经由所述第十二电阻连接到所述微分放大子单元的输出端。

在本实用新型实施例所述的光电开关中，所述鉴相子单元包括第三运算放大器、第十三电阻和第三二极管；其中，所述鉴相子单元的输入端经由所述第十三电阻连接到所述第三运算放大器的同相输入端；所述第三运算放大器的反相输入端连接到所述第三运算放大器的输出端，所述第三运算放大器的输出端经由所述第三二极管连接到所述鉴相子单元的输出端，且所述微分放大子单元的输出端与所述鉴相子单元的输出端相连。

本实用新型实施例的光电开关具有以下技术效果：通过采用调制光技术，提高了发光管的发光强度，可以显著的提高光电开关的检测距离、抗污染的能力、抗环境光干扰的能力，可以适用于更多复杂环境的工况，比如环境光干扰、粉尘、烟雾等恶劣环境工况。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的光电开关中发射光单元的示意图；

图2是本实用新型实施例提供的光电开关中接收光单元的示意图；

图3是本实用新型实施例提供的光电开关中发射光脉冲波形示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型实施例提供的光电开关适用于抗强光干扰，如图1、2所示，包括发射光单元1和接收光单元2，该发射光单元1可发射调制光，具体包括供电回路12、发光管D2、开关管Q2以及振荡电路11；发光管D2和开关管Q2串联连接在供电回路12中，且供电回路12还包括连接到开关管Q2输入端的储能电容C3；振荡电路11的第一输出端连接在开关管Q2的控制端，并通过控制开关管Q2的导通时间增大发光管D2导通时的驱动电流；接收光单元包括感光元件Q1，并根据感光元件Q1接收的发光管D2的光输出电信号。

本实用新型实施例提供的光电开关通过采用调制光技术，提高了发光管的发光强度，可以显著的提高光电开关的检测距离、抗污染的能力、抗环境光干扰的能力，可以适用于更多复杂环境的工况，比如环境光干扰、粉尘、烟雾等恶劣环境工况。

具体地，上述振荡电路11包括第一运算放大器U3-B，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4，第五电阻R5、第一电容C1、第二电容C2和第一二极管D1；其中，第一电阻R1连接在第一运算放大器U3-B的反相输入端和输出端之间，第二电阻R2与第一二极管D1串联后并联连接在第一电阻R1的两端；第一电容C1连接在第一运算放大器U3-B的反相输入端和参考地之间；第三电阻R3和第四电阻R4串联连接在第一运算放大器U3-B的输出端和参考地之间，且第三电阻R3和第四电阻R4的连接点与第一运算放大器U3-B的同相输入端相连；第一运算放大器U3-B的输出端连接到振荡电路11的第一输出端；第五电阻R5和第二电容C2并联连接在第一运算放大器U3-B的输出端和振荡电路11的第二输出端之间。

本实用新型实施例提供的光电开关通过改变周期和占空比来获得调制光，具体是通过第一电阻R1、第二电阻R2、第一二极管D1和第一电容C1的不同参数值来改变所需调制光的高、低电平时间。在上述振荡电路11中，第一运算放大器U3-B用于电压比较，第三电阻R3和第四电阻R4用于给第一运算放大器U3-B的同相输入端提供一个比较电平；第一电阻R1用于给第一电容C1提供放电电路，负责调制信号的低电平时间；第二电阻R2和第一二极管D1与第一电阻R1并联用于给第一电容C1提供充电电路，负责调制信号的高电平时间。

特别地，上述振荡电路输出高电平的时间采用小于等于振荡周期的50％，如图3所示，这样做的好处是，在发光管D2平均驱动电流不变的情况下，尽量提高发光管D2导通时候的驱动电流，因为发光强度提高了，可以提高光电开关的检测距离、抗污染的能力、抗环境光干扰的能力。

本实用新型实施例提供的光电开关中的采用运放、阻容器件形成振荡电路，当然获取振荡电路的形式不仅限于这种方案，比如采用非门振荡器等任意形式的振荡电路。

上述供电回路还包括第六电阻R6，该第六电阻R6连接在开关管Q2的输出端和发光管D2的阳极之间，发光管D2的阴极连接参考地；开关管Q2的输入端连接到电源+5V，并经由储能电容C3连接参考地。其中，第六电阻R6用于限流，储能电容C3用于在开关管Q2截至时充电，在开关管Q2导通时放电。

上述接收光单元2包括感光子单元21和鉴相子单元22，感光子单元21包括感光元件Q1；鉴相子单元22的输入端连接到振荡电路11的第二输出端，并将接收的振荡电路11的振荡信号叠加到感光子单元21生成的电信号上，从而在感光子单元21生成的电信号与振荡电路11的振荡信号两者相位一致时，确认感光子单元21接收的信号有效，如果两者相位不一致，则确认感光子单元21接收的信号无效，即只有发射光单元1本身发射的光被接收光单元2接收到了才认为有效，其他光源、发光体发射出来的光，接收光单元认为是无效的。

上述感光元件包括光敏三极管Q1，光敏三极管Q1用于将接收到的光信号转化成脉冲电信号。感光子单元21还包括第七电阻R7、第八电阻R8、第四电容C4和第五电容C5；其中，光敏三极管Q1的集电极连接到电源+5V，且经由第四电容C4连接到参考地；光敏三极管Q1的基极经由第七电阻R7连接到参考地；光敏三极管Q1的发射极经由第八电阻R8连接到参考地；第八电阻R8的动片引脚连接到感光子单元21的输出端，且经由第五电容C5连接到参考地。

上述接收光单元2还包括微分放大子单元23，该微分放大子单元23用于将脉冲电信号整形、放大。该微分放大子单元23具体包括第二运算放大器U2-C、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12和第六电容C6；其中，微分放大子单元23的输入端连接到感光子单元21的输出端，且经由第六电容C6和第九电阻R9连接到第二运算放大器U2-C的同相输入端；第二运算放大器U2-C的反相输入端经由第十电阻R10连接到参考地，且经由第十一电阻R11连接到第二运算放大器U2-C的输出端；第二运算放大器U2-C的输出端经由第十二电阻R12连接到微分放大子单元23的输出端。

上述鉴相子单元22用于将感光子单元21接收到的光电脉冲信号与发射光单元1的发光信号进行比较，如果相位一致，那么接收信号有效，如果相位不一致，那么接收信号无效，即只有光电开关本身发射的光被接收到了才认为有效，其他光源、发光体发射出来的光光电开关认为是无效的。该鉴相子单元22具体包括第三运算放大器U2-D、第十三电阻R13和第三二极管D3；其中，鉴相子单元22的输入端经由第十三电阻R13连接到第三运算放大器U2-D的同相输入端；第三运算放大器U2-D的反相输入端连接到第三运算放大器U2-D的输出端，第三运算放大器U2-D的输出端经由第三二极管D3连接到鉴相子单元22的输出端，且微分放大子单元23的输出端与鉴相子单元22的输出端相连。

本实用新型实施例提供的光电开关的具体鉴相过程为，当感光子单元21接收到光信号的时候，第二运算放大器U2-C的输出一个高电平。如果这个光是发射光单元1发出的光，那么第三运算放大器U2-D也会输出一个高电平，这样在微分放大子单元23的输出端与鉴相子单元22的输出端的交点处就会有一个高电平，认为接收光信号有效，即接收光单元2接收到的光是发射光单元1发出的。

另外一种情况是当感光子单元21接收到光信号的时候，第二运算放大器U2-C的输出会有一个高电平，如果这个光不是发射光单元1发出的光，那么第三运算放大器U2-D会输出一个低电平，这样在微分放大子单元23的输出端与鉴相子单元22的输出端的交点处就会有一个低电平，认为感光子单元21接收的光信号无效，即接收光单元2接收到的光不是发射光单元1发出的。

本实用新型实施例提供的光电开关中采用的鉴相电路，其实现的方法不仅限于本方案中采用运算放大器来实现，也可采用比如CPU等任意形式的鉴别相位关系电路。

本实用新型实施例提供的光电开关并不仅限于槽型光电开关、对射光电开关及其它形式的光电开关。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种光电开关，包括发射光单元和接收光单元，其特征在于，所述发射光单元包括供电回路、发光管、开关管以及振荡电路；所述发光管和开关管串联连接在所述供电回路中，且所述供电回路还包括连接到所述开关管输入端的储能电容；所述振荡电路的第一输出端连接在所述开关管的控制端，并通过控制所述开关管的导通时间增大所述发光管导通时的驱动电流；所述接收光单元包括感光元件，并根据所述感光元件接收的所述发光管的光输出电信号。

2.根据权利要求1所述的光电开关，其特征在于，所述接收光单元包括感光子单元和鉴相子单元，所述感光子单元包括感光元件；所述鉴相子单元的输入端连接到所述振荡电路的第二输出端，并将接收的所述振荡电路的振荡信号叠加到所述感光子单元生成的电信号上。

3.根据权利要求1所述的光电开关，其特征在于，所述振荡电路输出高电平的时间小于等于振荡周期的50％。

4.根据权利要求2所述的光电开关，其特征在于，所述振荡电路包括第一运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一电容、第二电容和第一二极管；其中，所述第一电阻连接在所述第一运算放大器的反相输入端和输出端之间，所述第二电阻与所述第一二极管串联后并联连接在所述第一电阻的两端；所述第一电容连接在所述第一运算放大器的反相输入端和参考地之间；所述第三电阻和所述第四电阻串联连接在所述第一运算放大器的输出端和参考地之间，且所述第三电阻和所述第四电阻的连接点与所述第一运算放大器的同相输入端相连；所述第一运算放大器的输出端连接到所述振荡电路的第一输出端；所述第五电阻和第二电容并联连接在所述第一运算放大器的输出端和所述振荡电路的第二输出端之间。

5.根据权利要求1所述的光电开关，其特征在于，所述供电回路还包括第六电阻，所述第六电阻连接在所述开关管的输出端和所述发光管的阳极之间，所述发光管的阴极连接参考地；所述开关管的输入端连接到电源，并经由储能电容连接参考地。

6.根据权利要求2所述的光电开关，其特征在于，所述感光元件包括光敏三极管；所述感光子单元还包括第七电阻、第八电阻、第四电容和第五电容；其中，所述光敏三极管的集电极连接到电源，且经由所述第四电容连接到参考地；所述光敏三极管的基极经由所述第七电阻连接到参考地；所述光敏三极管的发射极经由所述第八电阻连接到参考地；所述第八电阻的动片引脚连接到所述感光子单元的输出端，且经由所述第五电容连接到参考地。

7.根据权利要求6所述的光电开关，其特征在于，所述接收光单元包括微分放大子单元；所述微分放大子单元包括第二运算放大器、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻和第六电容；其中，所述微分放大子单元的输入端连接到所述感光子单元的输出端，且经由所述第六电容和第九电阻连接到所述第二运算放大器的同相输入端；所述第二运算放大器的反相输入端经由所述第十电阻连接到参考地，且经由所述第十一电阻连接到所述第二运算放大器的输出端；所述第二运算放大器的输出端经由所述第十二电阻连接到所述微分放大子单元的输出端。

8.根据权利要求7所述的光电开关，其特征在于，所述鉴相子单元包括第三运算放大器、第十三电阻和第三二极管；其中，所述鉴相子单元的输入端经由所述第十三电阻连接到所述第三运算放大器的同相输入端；所述第三运算放大器的反相输入端连接到所述第三运算放大器的输出端，所述第三运算放大器的输出端经由所述第三二极管连接到所述鉴相子单元的输出端，且所述微分放大子单元的输出端与所述鉴相子单元的输出端相连。