超小型背景抑制光电传感器的制作方法

文档序号:6080905阅读:666来源:国知局
专利名称:超小型背景抑制光电传感器的制作方法
技术领域
本实用新型涉及传感器,更具体地说,是涉及一种超小型背景抑制光电传感器。
背景技术
对于常规漫反射式光电传感器,白色物体反射率高,检测距离远;黑色物体反射率低,检测距离较近。因此检测在白色背景下的黑色目标物时,传感器会被背景干扰导致无法检测。具有背景抑制功能的光电传感器,在检测低反光率物体时距离不衰减,因此可广泛应用于包装行业,纺织机械,食品机械,传输带检测和送料盘控制检测等等,背景抑制式光电传感器进几年来一直是国际知名传感器公司竞争的热点,也形成了多样性的技术方案,传感器的小型化、低成本、高检测速率、高精度是未来传感器发展的趋势。背景抑制功能的实现是利用了光学三角测距原理,不同距离的物体反射回来的光线,经过接收透镜聚焦后形成的光斑位置不同,传感器检测光斑位置,判定物体是否在关断点内,实现了检测距离不衰减,现有的实现方案主要有两种:其一,是采用光电位置传感器PSD器件进行接收光斑位置检测,通过光斑位置其可以判断目标物的距离远近。其二,是采用实现方案是采用双单元接收二极管,鉴别光斑位置在近光区或远光区域,通过两路前置放大,滤波,再进行差分放大,阈值比较,MCU处理判断,完成远近光区域的接收光信号强度的比对,以判断目标位置。但是,上述两种方案构成元器件都很多电路复杂,在31*20*llmm的通用外形中无法放置如此多的电路模块,因此无法实现小型化,在很多结构比较紧凑的机械设备或者空间比较狭小的自动化系统中无法安装。电路成本过高,在成本上比常规漫反射高很多,现有市场上,背景抑制的光电产品价格是同等规格普通漫反射的3倍以上,因此对于用量很大,且需要控制成本的传感器用户还不会采用。并且,小型化的传感器在结构设计和实现IP67的防护等级上很困难,因为没有足够的壁厚设计密封槽或者超声波溶解筋,在实际生产中,采用密封胶粘结或者超声波压合的方式实现IP67报废率很高,通常只能做到IP66或IP65的防护等级。

实用新型内容针对现有技术中存在的缺陷,本实用新型的目的是提供一种超小型背景抑制光电传感器。为达到上述目的,本实用新型采用如下的技术方案:—种超小型背景抑制光电传感器,包括外壳,外壳内设有电路板,电路板上包括MCU、接收器、发射LED及驱动电路、NPN/PNP输出电路以及电源电路,所述MCU与所述发射LED及驱动电路的输入端相连,所述接收器的输出端与所述MCU相连;所述MCU还与所述NPN/PNP输出电路的输入端相连;电源电路用于给电路板提供恒压电源。所 述发射LED及驱动电路包括发射器以及与发射器相连的发射脉冲驱动电路,所述发射脉冲驱动电路与所述MCU相连。 所述接收器主要由双单元接收二极管组成。所述MCU包括两个运算放大器,其中一个为差分放大器,另一个为增益放大器;所述差分放大器的输入端与所述接收器的输出端相连;所述增益放大器的输入端与所述差分放大器的输出端相连。与现有技术相比,采用本实用新型的超小型背景抑制光电传感器具有以下的有益效果:1、由于采用了集成度更高的MCU,使其在PCB设计的空间上大大缩减,MCU中自带前置差分放大电路,极大程度上减少了电子元器件数量,实行了产品的小型化,并且降低了现有方案的实现成本。2、为了提高产品的防护等级,解决其生产工艺中的难点,将新型的一体化模具成型技术,应用于此传感器的设计,使传感器具备了无接缝的外形壳体,并且大大简化了生产组装难度。总之,本实用新型的超小型背景抑制光电传感器使整个电路模块体积缩小很多,成功设计了外形尺寸为31*20*llmm的超小型具有背景抑制功能的光电传感器,极大地方便了传感器用户的安装,为无足够空间安装常规背景抑制光电传感器的小型化设备和智能控制系统,提供了解决方案。电路的改进和简化,还降低了原材料成本,并且使生产焊接、调试维修等一系列批量生产环节更简单易行。新模具工艺的引入使本实用新型的超小型背景抑制光电传感器更容易达到IP67的防护等级,在高粉尘或者可能接触水的场合使用更安全,在新型一体化注塑过程中,模具塑料相互融合,达到了极好的密封性和牢固性,传感器更容易承受长时间的振动和冲击。

图1为本实用新型的一种超小型背景抑制光电传感器的原理示意图;图2为本实用新型的一种超小型背景抑制光电传感器的信号检测原理示意图;图3为图1中的电源电路及电源和状态指示灯的电路示意图;图4为图2中的发射脉冲驱动电路的电路示意图;图5为图1中的接收器以及MCU的电路示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例进一步说明本实用新型的技术方案。请参阅图1所示的一种超小型背景抑制光电传感器,电路板上主要包括微处理器简称MCU、接收器(包括PDl和TO2)、发射LED及驱动电路、NPN/PNP输出电路以及电源电路,MCU与发射LED及驱动电路的输入端相连,接收器的输出端与MCU相连;MCU还与NPN/PNP输出电路的输入端相连;电源电路用于给电路板提供稳定可靠的恒压电源。MCU内部集成了高速比较器模块,具有2个独立的模拟运算放大器,其中一个为差分放大器,另一个为增益放大器,差分放大器的输入端与接收器的输出端相连;增益放大器的输入端与差分放大器的输出端相连。模拟运算放大器的典型值为3 MHz GBWP,因此,本实用新型的超小型背景抑制光电传感器的信号的放大处理和判断全部在MCU内部完成。[0024]结构部分包括镜架结构、接收/发射透镜、光栅、滤光片、螺纹调节旋钮、滤光板、灯罩结构以及传感器密封外壳等,都是设计了装配卡扣结构,在与PCB组装时,只需相互扣在一起即可完成,通过新型注塑工艺,可以将所有分离的部件连接到一个模具外形结构之中,模具塑料相互融合,达到连接和密封的效果。再请参阅图2所示,发射LED及驱动电路包括发射器2以及与发射器2相连的发射脉冲驱动电路I,发射脉冲驱动电路I的输入端与MCUlO相连。图中3为被检测物,4为双单元接收二极管,5为MCU。再请参阅图3所示,其中D7为电源指示灯,当传感器接通电源后,会有消耗电流从电源指示灯D7流过,NPN型三极管T2、稳压二极管D5和电阻R26构成了串联稳压电路,输入电源范围为1(T30VDC,输出电压为+5VDC,为后端电路提供5V电源电压;当有传感器检测到物体时,MCU控制晶体管TlA和晶体管TlB的截止,点亮状态指示灯D6。再请参阅图4所示,其中D3为发射LED,晶体管T3的基极电阻R6连接MCU的输出引脚,MCU根据检测需求发射特定脉冲信号。再请参阅图5所示,D4是一个作为接收器的双单元接收二极管,其中一个单元用作远光区域,另外一个单元用作近光区域,信号经过隔直电容C9和电容ClO进入MCU,MCU内部集成的运算放大器对信号进行差分放大,再进入二级放大,完成对两区域型号幅值的比较和放大,MCU对其处理过的信号进行判断和比较,结合软件的稳定检测算法,消除白噪声干扰,提高传感器检测的可靠性。本技术领域中的普通技术人员应当认识到,以上的实施例仅是用来说明本实用新型的目的,而并非用作对本实用新型的限定,只要在本实用新型的实质范围内,对以上所述实施例的变化、变型都将落·在本实用新型的权利要求的范围内。
权利要求1.一种超小型背景抑制光电传感器,包括外壳,外壳内设有电路板,其特征在于: 电路板上包括MCU、接收器、发射LED及驱动电路、NPN/PNP输出电路以及电源电路,所述MCU与所述发射LED及驱动电路的输入端相连,所述接收器的输出端与所述MCU相连;所述MCU还与所述NPN/PNP输出电路的输入端相连; 电源电路用于给电路板提供恒压电源。
2.根据权利要求1所述的超小型背景抑制光电传感器,其特征在于: 所述发射LED及驱动电路包括发射器以及与发射器相连的发射脉冲驱动电路,所述发射脉冲驱动电路与所述MCU相连。
3.根据权利要求1所述的超小型背景抑制光电传感器,其特征在于: 所述接收器主要由双单元接收二极管组成。
4.根据权利要求1-3任一项所述的超小型背景抑制光电传感器,其特征在于: 所述MCU包括两个运算放大器,其中一个为差分放大器,另一个为增益放大器;所述差分放大器的输入端与所述接收器的输出端相连;所述增益放大器的输入端与所述差分放大器的输出端相 连。
专利摘要本实用新型公开了一种超小型背景抑制光电传感器,包括外壳,外壳内设有电路板,电路板上包括MCU、接收器、发射LED及驱动电路、NPN/PNP输出电路以及电源电路,所述MCU与所述发射LED及驱动电路的输入端相连,所述接收器的输出端与所述MCU相连;所述MCU还与所述NPN/PNP输出电路的输入端相连。由于采用了集成度更高的MCU,使其在PCB设计的空间上大大缩减,MCU中自带前置差分放大电路,极大程度上减少了电子元器件数量,实行了产品的小型化,并且降低了现有方案的实现成本。
文档编号G01S7/495GK203149123SQ20132015112
公开日2013年8月21日 申请日期2013年3月29日 优先权日2013年3月29日
发明者祁伟光, 张卫平 申请人:上海兰宝传感科技股份有限公司
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