CN216116073U - 一种实现限定反射功能的光电传感器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种实现限定反射功能的光电传感器，包括壳体，还包括设置于壳体内的发射器、第一接收器、第二接收器及控制电路，壳体开设有投光孔及受光孔，第一接收器、第二接收器的排列方向与发射器的发光方向呈夹角，且第二接收器位于第一接收器远离发射器的一侧，发射器、第一接收器及第二接收器均与控制电路连接；第一接收器及第二接收器用于检测物体上反射的反射光，并输出对应的第一电信号及第二电信号；控制电路接收第一电信号与第二电信号，并依据第一电信号与第二电信号计算差值，并于差值超过设定值时，控制电路输出控制信号。本申请的光电传感器体积小，方便安装并可应用于更多场景。

Description

一种实现限定反射功能的光电传感器

技术领域

本申请涉及光电传感器的技术领域，尤其是涉及一种实现限定反射功能的光电传感器。

背景技术

限定反射光电传感器是一种只针对特定区域检测的光电传感器，由于其对前景检测物体和背景检测物体不易感应，所以可以检测微小的段差。

参照图1，现有限定反射光电传感器主要靠投光体7、受光体8、投光透镜9、受光透镜10的角度来控制，投射光束与接收光束成一定夹角，从而只有目标在两个光交汇区才能检测到（如检测物体A），其它区域无法检测到（如检测物体B）。限定反射光电传感器一般还包含控制器，当限定反射光电传感器检测到物体进入光交汇区内时输出信号至控制器，控制器再输出控制信号以控制设备执行指定操作。

现有的光电传感器需要用到投光透镜及受光透镜来增大光覆盖面积，增大光交汇区，避免光电传感器无法感知到检测物体的情况发生。

针对上述中的相关技术，发明人认为投光透镜及受光透镜使得光电传感器的体积较大，不方便安装及使用。

实用新型内容

为了使光电传感器的体积变小，从而方便安装并可应用于更多场景，本申请提供一种实现限定反射功能的光电传感器。

本申请提供的一种实现限定反射功能的光电传感器，采用如下的技术方案：

一种实现限定反射功能的光电传感器，包括壳体，还包括设置于壳体内的发射器、第一接收器、第二接收器及控制电路，所述壳体开设有用于供发射器向壳体外发出投射光的投光孔及用于供第一接收器、第二接收器接收检测物体上反射的反射光的受光孔，所述第一接收器、第二接收器的排列方向与发射器的发光方向呈夹角，且所述第二接收器位于第一接收器远离发射器的一侧，所述发射器、第一接收器及第二接收器均与控制电路连接；

所述第一接收器用于检测物体上反射的反射光，并输出对应的第一电信号；

所述第二接收器用于检测物体上反射的反射光，并输出对应的第二电信号；

所述控制电路接收第一电信号与第二电信号，并依据第一电信号与第二电信号计算差值，并于差值超过设定值时，控制电路输出控制信号。

通过采用上述技术方案，由于第一接收器与第二接收器接收的反射光与发射器发出的投射光呈夹角，第一接收器及第二接收器接收不同位置的检测物体漫反射后形成的反射光会发出第一电信号与第二电信号，又由于受光面积不同与光路长度差导致第一电信号与第二电信号存在差距，以第一电信号为正方向，只有由第一电信号与第二电信号计算得到的正向差值达到最大值时，控制电路才会输出控制信号，以此实现限定反射功能，不需要采用投光透镜及受光透镜，使得光电传感器体积缩小，方便安装并可应用于更多场景。

优选的，所述发射器包括发光件及开关件，所述发光件用于与电源形成回路，所述开关件的输入端与输出端串联于发光件的回路中，所述开关件的控制端接收用于控制发光件亮度的PWM信号。

通过采用上述技术方案，通过PWM信号调节占空比来改变发光件的亮度，使光电传感器适用于更多场合。

优选的，所述发光件包括发光二极管，所述开关件包括三极管，所述发光二极管的阳极与电源正极连接，所述三极管的集电极与发光二极管的阴极连接，所述三极管的发射极接地，所述三极管的基极用于接收PWM信号。

通过采用上述技术方案，PWM可以调节占空比，不同占空比可以使发光二极管产生不同的亮度，占空比就是指在一个周期内，信号处于高电平的时间占据整个信号周期的百分比，当基极高电平时三极管导通，当基极低电平时三极管截止。

优选的，所述第一接收器包括第一光敏二极管，所述第二接收器包括第二光敏二极管，第一光敏二极管的阳极接地，其用于输出第一电信号，第二光敏二极管反向并联于第一光敏二极管且用于输出第二电信号。

通过采用上述技术方案，第一光敏二极管与第二光敏二极管会将接收的反射光转化为光电流并输出第一电信号或第二电信号。

优选的，所述控制电路包括MCU及与第一光敏二极管的两端并联的接地电阻器，所述接地电阻器用于接收第一电信号及第二电信号并输出差值电压信号，所述MCU连接于接地电阻器的非接地端，用于接收差值电压信号并生成差值。

通过采用上述技术方案，投射光经过检测物体反射后被第一光敏二极管及第二光敏二极管接收，由于第一光敏二极管与第二光敏二极管接收的反射光存在夹角，所以第一光敏二极管与第二光敏二极管的受光面积以及接收的反射光的光路长度均不同，产生的第一电信号及第二电信号存在差距，经过接地电阻器R后输出对应位置的差值电压信号。

优选的，所述控制电路还包括MCU，所述MCU用于输出PWM信号和控制信号。

通过采用上述技术方案，检测时MCU通过输出PWM信号控制发射器发出投射光，随后MCU通过内部ADC，对采集到的第一光信号与第二光信号进行处理并计算差值，当差值大于设定值时，MCU输出控制信号。

优选的，所述第一光敏二极管的阴极连接有放大电路，所述放大电路包括第一反相放大器及第二反相放大器，所述第一反相放大器的反相输入端与第一光敏二极管的阴极连接，所述第一反相放大器的反相输入端与输出端之间连接有第一电阻器，所述第二反相放大器的反相输入端与第一反相放大器的输出端连接，所述第二反相放大器的反相输入端与输出端之间连接有第二电阻器，所述第二反相放大器的输出端与MCU连接。

通过采用上述技术方案，两个反相放大器将接地电阻器R上的差值电压信号经过两次放大后发送给MCU，使MCU更容易处理差值电压信号。

优选的，所述第二反相放大器的输出端与MCU之间连接有限流电阻器。

通过采用上述技术方案，使MCU接收的电流不会过大，避免击穿MCU。

优选的，所述壳体上设置有用于避免第一接收器及第二接收器直接接收发射器发出的投射光的遮光结构，所述遮光结构包括环状的不透光的屏蔽罩，所述屏蔽罩与壳体连接，所述第一接收器与第二接收器均位于屏蔽罩内。

通过采用上述技术方案，使第一接收器与第二接收器不易直接接收发射器发出的投射光，影响光电传感器的测量精度。

优选的，所述发射器、第一接收器及第二接收器通过安装板与壳体连接，所述安装板与壳体内壁通过螺栓连接。

通过采用上述技术方案，发射器、第一接收器及第二接收器通过安装板与壳体连接，安装方便。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.由于第一接收器与第二接收器接收的反射光与发射器发出的投射光呈夹角，第一接收器及第二接收器接收不同位置的检测物体漫反射后形成的反射光会发出第一电信号与第二电信号，又由于受光面积不同与光路长度差导致第一电信号与第二电信号存在差距，以第一电信号为正方向，只有由第一电信号与第二电信号计算得到的正向差值达到最大值时，控制电路才会输出控制信号，以此实现限定反射功能，不需要采用投光透镜及受光透镜，使得光电传感器体积缩小，方便安装并可应用于更多场景；

2.PWM可以调节占空比，不同占空比可以使发光二极管产生不同的亮度，占空比就是指在一个周期内，信号处于高电平的时间占据整个信号周期的百分比，当基极高电平时三极管导通，当基极低电平时三极管截止；

3.使第一接收器与第二接收器不易直接接收发射器发出的投射光，影响光电传感器的测量精度。

附图说明

图1是现有技术的光电传感器的整体结构示意图。

图2是本申请实施例的光电传感器的剖面示意图。

图3是本申请实施例的光电传感器的使用示意图。

图4是本申请实施例的光电传感器的发射器的结构图。

图5是本申请实施例的光电传感器的部分结构图，主要展示第一接收器及第二接收器。

图6是本申请实施例的光电传感器的部分结构图，主要展示MCU。

图7a-图7d是本申请实施例的差值的波形图。

附图标记说明：1、壳体；101、投光孔；102、受光孔；2、发射器；3、第一接收器；4、第二接收器；51、安装板；6、屏蔽罩；7、投光体；8、受光体；9、投光透镜；10、受光透镜；D1、发光二极管；Q1、三极管；D2、第一光敏二极管；D3、第二光敏二极管；R1、第一电阻器；R2、第二电阻器；R3、接地电阻器R3；R4、限流电阻器；U1A、第一反相放大器；U1B、第二反相放大器。

具体实施方式

以下结合全部附图对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种实现限定反射功能的光电传感器。参照图1，一种实现限定反射功能的光电传感器包括壳体1，还包括设置于壳体1内的发射器2、第一接收器3及第二接收器4及控制电路。发射器2、第一接收器3及第二接收器4均与控制电路连接，发射器2用于发射投射光，第一接收器3用于接收反射光，并输出对应的第一电信号；第二接收器4用于接收反射光，并输出对应的第二电信号；控制电路接收第一电信号与第二电信号，并依据第一电信号与第二电信号计算差值；当差值超过设定值，控制电路输出控制信号。

参照图1、图2，壳体1呈长方体状，且壳体1一侧开设有用于供发射器2向壳体1外发出投射光的投光孔101及用于供第一接收器3、第二接收器4接收检测物体上反射的反射光的受光孔102，投光孔101与受光孔102均为方形孔，受光孔102内设置遮光结构，遮光结构用于使第一接收器3与第二接收器4不易直接接收发射器2发出的投射光，遮光结构包括环状的屏蔽罩6，屏蔽罩6采用不透光塑料材质，屏蔽罩6与受光孔102开口边沿螺栓连接。

发射器2包括发光件及开关件，发射器2、第一接收器3与第二接收器4沿同一方向排列且第二接收器4位于第一接收器3远离发射器2的一侧，以此使得发光体发出的投射光光路与第一接收器3及第二接收器4接收的光路呈夹角。发射器2、第一接收器3及第二接收器4均通过安装板51与壳体1连接，安装板51上通过螺栓连接有PCB板，发光件、第一光敏二极管D2及第二光敏二极管D3均与PCB板连接，安装板51与壳体1内壁通过螺栓连接。

参照图3、图4，发光件用于与电源形成回路，发光件包括发光二极管D1，开关件包括三极管Q1，三极管Q1为NPN三极管，三极管Q1的集电极与发光二极管D1的阴极连接，发光二极管D1的阳极与电源正极连接，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的基极与控制电路连接，用于接收PWM信号，通过调整PWM信号的占空比可改变发光件的亮度，例如用400us的方波控制三极管Q1。

参照图3、图5，第一接收器3包括第一光敏二极管D2，第二接收器4包括第二光敏二极管D3，控制电路包括与第一光敏二极管D2的两端并联的接地电阻器R3以及MCU（见图6），第一光敏二极管D2的阴极连接有与MCU连接的放大电路，第一光敏二极管D2的阳极接地，第二光敏二极管D3反向并联于第一光敏二极管D2，且接地电阻器R3两端并联于第一光敏二极管D2的两端。检测物体在不同的位置时，第一光敏二极管D2与第二光敏二极管D3接收的反射光角度不同导致接收的光强度不同，且由于受光孔102开口边沿的遮挡，第一光敏二极管D2与第二光敏二极管D3接收反射光的面积不同，第一光敏二极管D2与第二光敏二极管D3把接收的光分别转化为第一电信号及第二电信号，第一电信号及第二电信号经过接地电阻器R3后输出差值电压信号。

放大电路包括第一反相放大器U1A及第二反相放大器U1B，第一反相放大器U1A的反相输入端与第一光敏二极管D2的阴极连接，第一反相放大器U1A的反相输入端与输出端之间连接有第一电阻器R1，第二反相放大器U1B的反相输入端与第一反相放大器U1A的输出端连接，第二反相放大器U1B的反相输入端与输出端之间连接有第二电阻器R2，第二反相放大器U1B的输出端与限流电阻器R4的一端连接，限流电阻器R4的另一端与MCU的Receiver接口连接，差值电压信号经第一反相放大器U1A及第二反相放大器U1B的两次放大后，差值电压信号经过限流电阻器R4的限流后经Receiver接口输出给MCU，避免因电流过大击穿MCU，MCU接收差值电压信号并将其转化为差值。

参照图6，MCU输出PWM信号给三极管Q1，MCU的Receiver接口接收第一电信号及第二电信号转化为的差值电压信号，MCU的GND接口接地，MCU的VCC接口接电源正极，MCU的output-control接口用于输出控制信号。

参照图3，检测物体在ABCDE五个不同的位置时，第一光敏二极管D2与第二光敏二极管D3接收的反射光入射角度不同，且由于屏蔽罩6的遮挡，第一光敏二极管D2与第二光敏二极管D3接收反射光的面积不同，固他们分别产生的第一电信号及第二电信号会存在不同，以第一光敏二极管D2产生的第一电信号为正方向，第一电信号及第二电信号经过接地电阻器R3后输出差值电压信号，差值信号经过放大电路放大后经MCU的Receiver接口到达MCU，然后差值电压信号通过MCU内部的ADC模块进行处理从模拟信号转化为数字信号输出差值，当正向差值大于MCU的设定值时，MCU输出控制信号。

本申请实施例一种实现限定反射功能的光电传感器的实施原理为：1、当检测物体在A位置时，由于受光孔102开口边沿的遮挡，第一光敏二极管D2与第二光敏二极管D3都没有接收到光，此时接地电阻器R3上无差值电压信号，MCU不输出控制信号；

2、当检测物体在B位置时，由于反射光入射角度不同，第一光敏二极管D2比第二光敏二极管D3先接收到光，其接收的光强度大于第二光敏二极管D3，但是由于由于屏蔽罩6的遮挡，第一光敏二极管D2的受光面积小于第二光敏二极管D3，故第一电信号大于第二电信号，但是差距不大，故之后第一电信号与第二电信号在接地电阻器R3上相减转换成差值电压信号，此时第一光敏二极管D2阴极电压大于0,经两次放大后输出给控制电路，控制电路接收差值电压信号转化为差值，差值的波形图如图7a，此时差值波形高电平小于设定值0.7V，MCU不输出控制信号；

3、当检测物体在C位置时，由于反射光入射角度不同，第一光敏二极管D2的光强度大于第二光敏二极管D3，此时没有了屏蔽罩6的遮挡，第一光敏二极管D2接收反射光的面积与第二光敏二极管D3接收反射光的面积相同，故第一电信号远大于第二光信号，此时第一光敏二极管D2阴极电压远大于0，此时的差值波形如图7b，此时差值波形高电平大于设定值0.7V，MCU有输出控制信号；

4、当检测物体在D位置时，由于检测物体离光电传感器的距离变远，反射光存在衰减，第一光信号与第二光信号的差距变小，第一光信号与第二光信号在接地电阻器R3上相减并输出差值电压信号，此时的差值波形如图7c，差值波形高电平小于0.7V，MCU不输出控制信号；

5、当检测物体在E位置时，由于检测物体离光电传感器的距离比在D位置时更远，第一电信号与第二电信号的差距更小，此时的差值波形如图7d，差值波形高电平远低于0.7V，MCU不输出控制信号。

通过受光面积与光路长度差实现对限定位置的检测物体的检测，进而实现限定反射功能，不需要投光透镜9与受光透镜10，其整体体积小，方便携带，且适用于更多需要体积更小的光电传感器的场景。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种实现限定反射功能的光电传感器，其特征在于：包括壳体（1），还包括设置于壳体（1）内的发射器（2）、第一接收器（3）、第二接收器（4）及控制电路，所述壳体（1）开设有用于供发射器（2）向壳体（1）外发出投射光的投光孔（101）及用于供第一接收器（3）、第二接收器（4）接收检测物体上反射的反射光的受光孔（102），所述第一接收器（3）、第二接收器（4）的排列方向与发射器（2）的发光方向呈夹角，且所述第二接收器（4）位于第一接收器（3）远离发射器（2）的一侧，所述发射器（2）、第一接收器（3）及第二接收器（4）均与控制电路连接；

所述第一接收器（3）用于检测物体上反射的反射光，并输出对应的第一电信号；

所述第二接收器（4）用于检测物体上反射的反射光，并输出对应的第二电信号；

所述控制电路接收第一电信号与第二电信号，并依据第一电信号与第二电信号计算差值，并于差值超过设定值时，控制电路输出控制信号。

2.根据权利要求1所述的一种实现限定反射功能的光电传感器，其特征在于：所述发射器（2）包括发光件及开关件，所述发光件用于与电源形成回路，所述开关件的输入端与输出端串联于发光件的回路中，所述开关件的控制端接收用于控制发光件亮度的PWM信号。

3.根据权利要求2所述的一种实现限定反射功能的光电传感器，其特征在于：所述发光件包括发光二极管，所述开关件包括三极管，所述发光二极管的阳极与电源正极连接，所述三极管的集电极与发光二极管的阴极连接，所述三极管的发射极接地，所述三极管的基极用于接收PWM信号。

4.根据权利要求2所述的一种实现限定反射功能的光电传感器，其特征在于：所述第一接收器（3）包括第一光敏二极管，所述第二接收器（4）包括第二光敏二极管，第一光敏二极管的阳极接地，其用于输出第一电信号，第二光敏二极管反向并联于第一光敏二极管且用于输出第二电信号。

5.根据权利要求4所述的一种实现限定反射功能的光电传感器，其特征在于：所述控制电路包括MCU及与第一光敏二极管的两端并联的接地电阻器，所述接地电阻器用于接收第一电信号及第二电信号并输出差值电压信号，所述MCU连接于接地电阻器的非接地端，用于接收差值电压信号并生成差值。

6.根据权利要求5所述的一种实现限定反射功能的光电传感器，其特征在于：所述MCU与所述开关件连接，用于输出PWM信号和控制信号。

7.根据权利要求6所述的一种实现限定反射功能的光电传感器，其特征在于：所述第一光敏二极管的阴极连接有放大电路，所述放大电路包括第一反相放大器及第二反相放大器，所述第一反相放大器的反相输入端与第一光敏二极管的阴极连接，所述第一反相放大器的反相输入端与输出端之间连接有第一电阻器，所述第二反相放大器的反相输入端与第一反相放大器的输出端连接，所述第二反相放大器的反相输入端与输出端之间连接有第二电阻器，所述第二反相放大器的输出端与MCU连接。

8.根据权利要求7所述的一种实现限定反射功能的光电传感器，其特征在于：所述第二反相放大器的输出端与MCU之间连接有限流电阻器。

9.根据权利要求1所述的一种实现限定反射功能的光电传感器，其特征在于：所述壳体（1）上设置有用于避免第一接收器（3）及第二接收器（4）直接接收发射器（2）发出的投射光的遮光结构，所述遮光结构包括环状的不透光的屏蔽罩（6），所述屏蔽罩（6）与壳体（1）连接，所述第一接收器（3）与第二接收器（4）均位于屏蔽罩（6）内。

10.根据权利要求1所述的一种实现限定反射功能的光电传感器，其特征在于：所述发射器（2）、第一接收器（3）及第二接收器（4）通过安装板（51）与壳体（1）连接，所述安装板（51）与壳体（1）内壁通过螺栓连接。

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