易福門(mén)漫反射型傳感器工作原理

光電開(kāi)關(guān)屬于無(wú)接觸測量傳感器，其檢測距離范圍比較寬，在計數、測距和行程控制等許多測控系統中得到廣泛應用。反射式光電開(kāi)關(guān)又分為漫反射和鏡反射式光電開(kāi)關(guān)。本文介紹的一種漫反射光電開(kāi)關(guān)電路，它具有抗外光干擾，工作穩定可靠等優(yōu)點(diǎn)，整套電路由發(fā)光電路和光電接收電路兩部分組成。

1漫反射式紅外光電傳感器的工作原理

紅外線(xiàn)光電開(kāi)關(guān)(紅外光電傳感器)屬于光電接近開(kāi)關(guān)的一種。它是利用被檢測物體對紅外光束的遮光或反射，由同步回路選通而檢測物體的有無(wú)，其被檢物體不限于金屬。對所有能反射光線(xiàn)的物體均可檢測。因此，紅外光電探測器本質(zhì)上是一個(gè)光學(xué)一電子系統，其基本功能是將接收到的紅外輻射轉換成為電信號并加以應用，其探測示意圖及工作原理如圖l所示。

漫反射光電開(kāi)關(guān)(如圖1)是一種集發(fā)射器和接收器于一體的傳感器，當有被檢測物體經(jīng)過(guò)時(shí)，將光電開(kāi)關(guān)發(fā)射器發(fā)射的足夠量的光線(xiàn)反射到接收器，于是光電開(kāi)關(guān)就產(chǎn)生了開(kāi)關(guān)信號。當被檢測物體的表面光亮或其反光率*時(shí)，漫反射式的光電開(kāi)關(guān)是shou選的檢測模式。

圖1漫反射光電開(kāi)關(guān)工作示意圖

對于漫反射式光電開(kāi)關(guān)發(fā)出的光線(xiàn)需要被檢測物表面將足夠的光線(xiàn)反射回漫反射開(kāi)關(guān)的接受器，所以檢測距離和被檢測物體的表面反射率將是決定接受器接收到光線(xiàn)的強度大小，粗糙的表面反射回的光線(xiàn)必將小于光滑表面反射回的強度，而且，被檢測物體的表面必須垂直于光電開(kāi)關(guān)的發(fā)射光線(xiàn)。

2電路設計

紅外光電傳感器在應用過(guò)程中。為了使紅外光電傳感器能夠區分出有效的紅外信號及背景環(huán)境中的紅外輻射從而提供具有良好效果的較大探測范圍，發(fā)射的紅外光束須用頻率來(lái)調制，接收部分配備對應的頻率檢波器。所發(fā)射的光束可使用連續的單音信號或單音脈沖頻率調制信號。調制還可以抑制系統中各個(gè)環(huán)節的固有噪聲和外部電磁場(chǎng)的干擾，使系統具有更高的探測能力。

如圖2所示。紅外光電開(kāi)關(guān)的發(fā)射回路由兩只555時(shí)基電路分別產(chǎn)生1.5KHz調制脈沖和35KHz載頻脈沖。由IC1、R1、R2和VD.組成1.5kHz的調制脈沖振蕩器。其中VD1是用來(lái)調整脈沖周期的占空比的，在C1充電時(shí) VD1正向偏置，充電電流由電源→R1→VD1→C1，充電時(shí)間常數t1≈R1C1;在C1放電時(shí)VD1反向偏置，放電電流由C1≈R2≈7腳≈地，放電時(shí)間常數t2=R2C1。由于R2≈3R1，所以得到約1：3的占空比的輸出脈沖。

圖2光電開(kāi)關(guān)工作發(fā)射和接收電路圖

由IC2、R3、R4及C3組成35kHz地載頻脈沖振蕩器，該振蕩器受IC.的控制，當IC1的3腳高電平時(shí)，lC振蕩，輸出35kHz載頻脈沖，當 lC1的3腳低電平時(shí)，IC停振，無(wú)輸出。當IC2振蕩時(shí)，它的輸出使晶體管VT1以35kHz的頻率導通與截止，并驅動(dòng)紅外發(fā)光管HD1發(fā)出紅外控制脈沖信號。

電阻R6把兩只紅外發(fā)光管的驅動(dòng)電流限制在1A左右，由于所發(fā)送的載頻脈沖的占空比為1：15，所以這個(gè)電路的平均消耗電流仍然較小。

IC3為的紅外接收前置放大電路uPC1373H。

由C6、L1將接收頻率調至35kHz，經(jīng)內部放大及檢波后由1腳輸出1.5KHz的調制信號。IC4為雙D觸發(fā)器4013組成的雙穩觸發(fā)器，該觸發(fā)器作分頻器，每輸人兩個(gè)脈沖，1腳輸出一個(gè)脈沖。經(jīng)過(guò)IC4將1.5KHz的調制信號分頻后，得到750Hz的脈沖信號。又經(jīng)VD2、VD3限幅，通過(guò) C11耦合到IC5音頻譯碼器LM567。當LM567的輸人端3腳輸人750Hz的音頻信號時(shí)，它的輸出端8腳輸出低電平，經(jīng)C14、C15將輸出脈沖寬度擴展為約1.5秒。即該低電平使驅動(dòng)管VT2導通，繼電器J吸合，控制電路的通與斷。

3集成鎖相環(huán)路解碼器LM567功能和特點(diǎn)

LM567為8腳直插式封裝，其內部結構、引腳定義及外圍元件連接方法如圖3所示。LM567內部包含了兩個(gè)鑒相器PD1及PD2放大器AMP、電壓控制振蕩器VC0等單元電路。鑒相PD1、PD2均采用雙平衡模擬乘法器電路，在輸入小信號情況下(約幾十mV)，其輸出為正弦鑒相特性，而在輸人大信號情況下(幾百mV以上)，其輸出轉變?yōu)榫€(xiàn)性(三角)鑒相特性。鎖相環(huán)路輸出信號由電壓控制振蕩器VC0產(chǎn)生，電壓控制振蕩器的自由振蕩頻率(即無(wú)91-~n 控制電壓時(shí)的振蕩頻率)與外接定時(shí)元件RtCt的關(guān)系式為：fo≈-1/1.1RtCt。

圖3LM567內部結構、引腳定義及外圍元件

選用適當的定時(shí)元件，可使LM567的振蕩頻率0.01Hz一500Hz范圍內連續變化。電路工作時(shí)。輸入信號在鑒相器PD1中與VC0的輸出信號鑒相，相差信號經(jīng)濾波回路濾波后，成為與相差成一定比例的電壓信號，用于控制VC。輸出頻率f0跟蹤輸入信號的相位變化。若輸入信號頻率落在鎖相環(huán)路的捕獲帶內，則環(huán)路鎖定。在振蕩器輸出頻率與輸入頻率相同時(shí)，二者之間只有一定相位差而無(wú)頻率差。

環(huán)路用于FM信號解調時(shí)。腳2輸出的經(jīng)過(guò)濾波后的相差信號可作為FM解調信號的輸出。而當環(huán)路用于單音解調時(shí)，電路則利用PD2輸出的相差信號。PD2的工作方式與PD1略有不同，它是利用壓控振蕩器輸出的信號f0經(jīng)90°。移相后再與輸入信號進(jìn)行鑒相，是一正交鑒相器。在環(huán)路鎖定情況下。PD的兩個(gè)輸入信號在相位上相差約為90°。因而 PD2的輸出電壓達到其輸出范圍內的大值。再經(jīng)運算放大器AMP反相，在其輸出端輸出一個(gè)低電平。AMP的輸出端為0C輸出方式，低電平輸出時(shí)可吸收大100mA的輸出電流。該端口的低電平輸出信號除可由上拉電阻轉換為電壓信號以與TTL或CMOS接口電路相匹配外。還可直接驅動(dòng)LED及小型繼電器等較大負載。

4電路調試及實(shí)驗

要達到遠距離探測。要求紅外發(fā)射電路有較大的發(fā)射功率。且接收回路對接收到的紅外控制信號有一定的聚焦能力。使較分散的紅外光束能夠聚焦于一個(gè)較小的面積。以提高接收功率。因此。紅外發(fā)射頭和接收頭均采用透鏡封裝。為防止外界干擾。接收回路的IC3應該屏蔽。調試時(shí)，將接收回路的L1調到35kHz的載頻頻率諧振點(diǎn)，使IC3輸出大;將音頻譯碼器LM567的R15調整到使IC3在其3腳輸入750Hz的脈沖信號時(shí)，8腳輸出低電平。即當用發(fā)射頭向接收回路發(fā)送信號時(shí)，調整R15能使IC的 8腳變?yōu)榈碗娖?，并使繼電器J吸合或斷開(kāi)。反復調節L1和R15使探測距離遠。實(shí)驗達到指標識別間距≤0.2m，識別距離0.2—5米可調。

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