一种近红外激光线性运动物体检测传感器的制作方法

本发明涉及检测技术领域，尤其是一种近红外激光线性运动物体检测传感器。

背景技术：

目前对物体运动方向和速度大小进行检测常常采用超声波传感器、速度传感器、加速度传感器、单红外对射传感器等，但每一种应用都存在一定的不足。

超声波传感器在用于对线性运动物体速度测量时，主要通过传感器探头发射超声波，超声波遇到前方运动的物体反射回来，通过检测超声波从发射到反射被接受的时间，便可计算出运动的物体距离传感器探头的距离，通过测量一定时间间隔内物体运动的位移，便可计算出线性运动物体的速度。所以超声波传感器的安装要与物体线性运动方向基本一致，而且线性运动的物体也要与传感器很接近，这就使超声波传感器在测量运动的车辆等物体时在安装上带来不便。另外如果带动物体运行的传送带、物体运行轨道或道路等较宽，比如10m以上，当车辆经过传感器位置时，若在道路宽度上远离传感器，则不能可靠检测运动方向和速度。

速度传感器主要用于线速度或角速度的测量，通常有接触式和非接触式安装两种类型。接触式速度传感器主要通过旋转部件直接与旋转运动的物体接触连接，通过旋转部件（如测速发电机）直接测量旋转运动的物体速度大小。非接触式传感器对线性运动物体速度大小检测往往是把线性运动通过传感器内部的旋转部件转换成旋转运动来间接检测线性运动的物体速度大小。在应用上往往速度传感器存在对固体物体线性运动速度（方向和大小）检测不便、结构较复杂、体积较大、安装精度要求高、检测距离短等不足。

加速度传感器主要基于物体加速度与作用力、作用力与敏感元件变形量（或与作用力平衡的电磁力与产生的电流）、变形量与转换电路的电压（电流）的关系，通过建立物体加速度与电压（电流）的关系，最终通过传感器转换电路电压（电流）变化测定加速度大小。主要用于物体振动的检测、旋转运动检测等，一般不用于线性运动物体运动方向和速率大小的检测。

单红外对射传感器主要不足：只能判断有无线性运动物体通过，而不能检测线性运动物体的速度方向和大小。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种近红外激光线性运动物体检测传感器，具有检测线性物体运动方向和速率以及零件宽度，并可实现自动化生产线分拣控制，检测距离宽、安装维护方便、体积小、耗电省、使用安全可靠的优点以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种近红外激光线性运动物体检测传感器，包括前壳和后壳，所述前壳的前端面上分别设置有显示器、速度或宽度显示选择按键、标准宽度选择按键、非标宽度发光指示二极管、近红外激光接受光电池S和近红外激光接受光电池S′，后壳的后端面上分别设置有V1二极管、V1′二极管、第一调节旋钮、第二调节旋钮、第一补偿调节旋钮、第二补偿调节旋钮、接线端子和工作调试选择按键；所述前壳和后壳均为长方体，前壳固定卡合在后壳上，在前壳和后壳的空腔内还设置有光电检测及显示线路板，光电检测及显示线路板通过透明罩固定在前壳和后壳之间，且光电检测及显示线路板上设置有光电信号转换电路、信号处理单片机和线性运动速度或规则零件厚度显示器及其驱动电路；

所述光电信号转换电路由两个集成运放A1、两个集成比较器A2、一个集成异或门A3、电阻R10和R10′、电阻R11和R11′、电阻R12和R12′、电阻R13和R13′、电阻R14和R14′、电阻R15和R15′、电阻R16和R16′、电阻R19、电阻R01和R01′、电阻R02和R02′、电位器R03和R03′、电位器RP1和RP1′、电位器RP2和RP2′、电容C1和C1′、发光二极管V1和V1′、三极管VT1和VT1′、三极管VT2和VT2′、近红外激光发射管VD和VD′、光电池S和S′、自锁按键K、单片机P0.0脚、P0.1脚、P3.2脚、P3.3脚、P3.4脚、P3.5脚构成，且电位器RP1对应设置在第一调节旋钮上，电位器RP2对应设置在第二调节旋钮上，电位器R03对应设置在第一补偿调节旋钮上，电位器R03′对应设置在第二补偿调节旋钮上；

所述线性运动速度或规则零件厚度显示器及其驱动电路由显示器驱动电路A4、显示器A5、电阻R17和R18、电阻R04、R05和R06、自锁按键K1和K2、三极管VT3、发光二极管V2、单片机P0.2脚、P1.0~P1.7脚、P2.0~P2.7脚、P3.0脚、P3.1脚、P3.6脚、P3.7脚等构成。

作为本发明进一步的方案：所述信号处理单片机采用AT89S51等51系列的单片机、PIC或其它型号的单片机。

作为本发明进一步的方案：所述光电信号转换电路中A1的2号脚分别与R10、R11的一端连接，R10的另一端接地，R11的另一端与RP2一端连接，RP2另一端分别与A1的1号脚、C1的一端连接，C1的另一端接地；A1的1号脚还与A2的3号脚连接，RP1的一端与A1的8号脚、+VS端连接，RP1的另一端与R12的一端连接，R12的另一端连接A2的2号脚、R13的一端，R13的另一端与A2的4号脚接地，A2的1号脚与R14、R15的一端连接，R14的另一端与A2的8号脚连接+VCC，R15的另一端连接VT1的基极，VT1的发射极接地，VT1的集电极连接V1的阴极，V1的阳极连接R16的一端，R16的另一端连接+VCC；A1的6号脚分别与R10′、R11′的一端连接，R10′的另一端接地，R11′的另一端与RP2′一端连接，RP2′另一端分别与A1的7号脚、C1′的一端连接，C1′的另一端接地；A1的7号脚又与A2的5号脚连接；RP1′的一端与A1的8号脚、+VS端连接，RP1′的另一端与R12′的一端连接，R12′的另一端连接A2的6号脚、R13′的一端，R13′的另一端与A2的4号脚接地；A2的7号脚与R14′、R15′的一端连接，R14′的另一端与A2的8号脚连接+VCC，R15′的另一端连接VT1′的基极，VT1′的发射极接地，VT1′的集电极连接V1′的阴极，V1′的阳极连接R16′的一端，R16′的另一端连接+VCC；A1的3号脚、5号脚分别与S和S′的正极连接，S和S′的负极接地；A2的1号脚、7号脚分别连接A3的两个输入引脚并分别与信号处理单片机的P3.4脚、P3.5脚连接，A3的输出引脚连接信号处理单片机的P3.2脚，信号处理单片机的P3.3脚与自锁按键K、R19的一端连接，K的另一端接地，R19的另一端连接+VCC，信号处理单片机19的P0.0脚分别连接R01和R02的一端，R01的另一端与R03的一端连接+VCC，R02的另一端连接三极管VT2的基极，R03的另一端连接发射管VD的阳极，发射管VD的阴极连接三极管VT2的集电极，VT2的发射极接地；信号处理单片机的P0.1脚分别连接R01′和R02′的一端，R01′的另一端与R03′的一端连接+VCC，R02′的另一端连接三极管VT2′的基极，R03′的另一端连接发射管VD′的阳极，发射管VD′的阴极连接三极管VT2′的集电极，VT2′的发射极接地。

作为本发明进一步的方案：所述信号处理单片机的P3.6脚与自锁按键K1、R17的一端连接，K1的另一端接地，R17的另一端连接+VCC，信号处理单片机19的P3.7脚与自锁按键K2、R18的一端连接，K2的另一端接地，R18的另一端连接+VCC，信号处理单片机的P0.2脚分别连接R04和R05的一端，R04的另一端与R06的一端连接+VCC，R05的另一端连接三极管VT3的基极，R06的另一端连接发光二极管V2的阳极，发光二极管V2的阴极连接三极管VT3的集电极，VT3的发射极接地；信号处理单片机的P1.0~P1.7脚、P2.0~P2.7脚、P3.0脚、P3.1脚等与显示器驱动电路A4、显示器A5的连接，并由所选用的显示器A5和相应显示器驱动电路A4的引脚以及串口或并口通信的方式定。

作为本发明进一步的方案：所述前壳上开有显示器孔，从外壳内侧由内向外安装固定显示器，显示器通过接插线与光电检测及显示线路板接插端连接，在前壳中间从左往右依次设置有速度和宽度显示选择按键孔、标准宽度选择按键孔、非标宽度指示孔，分别从外壳内侧由内向外安装固定速度或宽度显示选择按键、标准宽度选择按键、非标宽度发光指示二极管，各器件均通过接插线与光电检测及显示线路板接插端连接，在前壳下方并排有两个间隔为L的近红外激光接受孔，孔内侧安装近红外激光接受光电池S和近红外激光接受光电池S′，光电池感光面从孔内侧朝外，孔上密封覆盖透明感光材料。

作为本发明进一步的方案：所述后壳上方并排开有两个自然光消隐指示孔，分别从外壳内侧由内向外安装固定V1二极管和V1′二极管，在后壳中间并排开有四个自然光消隐倍数调节孔，分别从外壳内侧由内向外安装固定第一调节旋钮、第二调节旋钮、第一补偿调节旋钮和第二补偿调节旋钮；在后壳下方开有发射管线阻补偿调节电位器孔、外接端子孔、工作调试选择按键孔，分别从外壳内侧由内向外安装固定接线端子和工作调试选择按键，外接端子孔内从左往右安装有发射管VD连接端子、发射管VD′连接端子、传感器电路电源端子。

作为本发明进一步的方案：所述光电检测及显示线路板上焊装中心间距为L的近红外激光发射管VD和VD′，发射管VD和VD′与前壳下方光电池S和S′的孔在传感器检测距离上正对安装。

与现有技术相比，本发明有益效果：

本近红外激光线性运动物体检测传感器，通过在光电检测及显示线路板上设置有光电信号转换电路、信号处理单片机和线性运动速度或规则零件厚度显示器及其驱动电路，能检测线性运动物体运动方向和速率以及规则零件宽度，并可实现自动化生产线分拣控制，检测距离宽、安装维护方便、体积小、耗电省、使用安全可靠。

附图说明

图1为本发明的前壳结构图；

图2为本发明的后壳结构图；

图3为本发明的传感器电路原理图。

图中：1-前壳；2-后壳；3-显示器；4-速度或宽度显示选择按键；5-标准宽度选择按键；6-非标宽度发光指示二极管；7-近红外激光接受光电池S；8-近红外激光接受光电池S′；9-V1二极管；10- V1′二极管；11-第一调节旋钮；12-第二调节旋钮；13-第一补偿调节旋钮；14-第二补偿调节旋钮；15-接线端子；16-工作调试选择按键；17-光电检测及显示线路板；18-光电信号转换电路；19-信号处理单片机；20-线性运动速度或规则零件厚度显示器及其驱动电路。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-3，本发明实施例中，一种近红外激光线性运动物体检测传感器，包括前壳1和后壳2，前壳1的前端面上分别设置有显示器3、速度或宽度显示选择按键4、标准宽度选择按键5、非标宽度发光指示二极管6、近红外激光接受光电池S7和近红外激光接受光电池S′8，前壳1上开有显示器孔，从外壳内侧由内向外安装固定显示器3，显示器3通过接插线与光电检测及显示线路板17接插端连接，在前壳1中间从左往右依次设置有速度和宽度显示选择按键孔、标准宽度选择按键孔、非标宽度指示孔，分别从外壳内侧由内向外安装固定速度或宽度显示选择按键4、标准宽度选择按键5、非标宽度发光指示二极管6，各器件均通过接插线与光电检测及显示线路板17接插端连接，在前壳1下方并排有两个间隔为L的近红外激光接受孔，孔内侧安装近红外激光接受光电池S7和近红外激光接受光电池S′8，光电池感光面从孔内侧朝外，孔上密封覆盖透明感光材料；后壳2的后端面上分别设置有V1二极管9、V1′二极管10、第一调节旋钮11、第二调节旋钮12、第一补偿调节旋钮13、第二补偿调节旋钮14、接线端子15和工作调试选择按键16，后壳2上方并排开有两个自然光消隐指示孔，分别从外壳内侧由内向外安装固定V1二极管9和V1′二极管10，在后壳2中间并排开有四个自然光消隐倍数调节孔，分别从外壳内侧由内向外安装固定第一调节旋钮11、第二调节旋钮12、第一补偿调节旋钮13和第二补偿调节旋钮14；在后壳2下方开有发射管线阻补偿调节电位器孔、外接端子孔、工作调试选择按键孔，分别从外壳内侧由内向外安装固定接线端子15和工作调试选择按键16，外接端子孔内从左往右安装有发射管VD连接端子、发射管VD′连接端子、传感器电路电源端子；前壳1和后壳2均为长方体，前壳1固定卡合在后壳2上，在前壳1和后壳2的空腔内还设置有光电检测及显示线路板17，光电检测及显示线路板17通过透明罩固定在前壳1和后壳2之间，光电检测及显示线路板17上焊装中心间距为L的近红外激光发射管VD和VD′，发射管VD和VD′与前壳1下方光电池S和S′的孔在传感器检测距离上正对安装，且光电检测及显示线路板17上设置有光电信号转换电路18、信号处理单片机19和线性运动速度或规则零件厚度显示器及其驱动电路20，信号处理单片机19采用AT89S51等51系列的单片机、PIC或其它型号的单片机。

光电信号转换电路18由两个集成运放A1、两个集成比较器A2、一个集成异或门A3、电阻R10和R10′、电阻R11和R11′、电阻R12和R12′、电阻R13和R13′、电阻R14和R14′、电阻R15和R15′、电阻R16和R16′、电阻R19、电阻R01和R01′、电阻R02和R02′、电位器R03和R03′、电位器RP1和RP1′、电位器RP2和RP2′、电容C1和C1′、发光二极管V1和V1′、三极管VT1和VT1′、三极管VT2和VT2′、近红外激光发射管VD和VD′、光电池S和S′、自锁按键K、单片机P0.0脚、P0.1脚、P3.2脚、P3.3脚、P3.4脚、P3.5脚构成，且电位器RP1对应设置在第一调节旋钮11上，电位器RP2对应设置在第二调节旋钮12上，电位器R03对应设置在第一补偿调节旋钮13上，电位器R03′对应设置在第二补偿调节旋钮14上；光电信号转换电路18中A1的2号脚分别与R10、R11的一端连接，R10的另一端接地，R11的另一端与RP2一端连接，RP2另一端分别与A1的1号脚、C1的一端连接，C1的另一端接地；A1的1号脚还与A2的3号脚连接，RP1的一端与A1的8号脚、+VS端连接，RP1的另一端与R12的一端连接，R12的另一端连接A2的2号脚、R13的一端，R13的另一端与A2的4号脚接地，A2的1号脚与R14、R15的一端连接，R14的另一端与A2的8号脚连接+VCC，R15的另一端连接VT1的基极，VT1的发射极接地，VT1的集电极连接V1的阴极，V1的阳极连接R16的一端，R16的另一端连接+VCC；A1的6号脚分别与R10′、R11′的一端连接，R10′的另一端接地，R11′的另一端与RP2′一端连接，RP2′另一端分别与A1的7号脚、C1′的一端连接，C1′的另一端接地；A1的7号脚又与A2的5号脚连接；RP1′的一端与A1的8号脚、+VS端连接，RP1′的另一端与R12′的一端连接，R12′的另一端连接A2的6号脚、R13′的一端，R13′的另一端与A2的4号脚接地；A2的7号脚与R14′、R15′的一端连接，R14′的另一端与A2的8号脚连接+VCC，R15′的另一端连接VT1′的基极，VT1′的发射极接地，VT1′的集电极连接V1′的阴极，V1′的阳极连接R16′的一端，R16′的另一端连接+VCC；A1的3号脚、5号脚分别与S和S′的正极连接，S和S′的负极接地；A2的1号脚、7号脚分别连接A3的两个输入引脚并分别与信号处理单片机19的P3.4脚、P3.5脚连接，A3的输出引脚连接信号处理单片机19的P3.2脚，信号处理单片机19的P3.3脚与自锁按键K、R19的一端连接，K的另一端接地，R19的另一端连接+VCC，信号处理单片机19的P0.0脚分别连接R01和R02的一端，R01的另一端与R03的一端连接+VCC，R02的另一端连接三极管VT2的基极，R03的另一端连接发射管VD的阳极，发射管VD的阴极连接三极管VT2的集电极，VT2的发射极接地；信号处理单片机19的P0.1脚分别连接R01′和R02′的一端，R01′的另一端与R03′的一端连接+VCC，R02′的另一端连接三极管VT2′的基极，R03′的另一端连接发射管VD′的阳极，发射管VD′的阴极连接三极管VT2′的集电极，VT2′的发射极接地。

线性运动速度或规则零件厚度显示器及其驱动电路20由显示器驱动电路A4、显示器A5、电阻R17和R18、电阻R04、R05和R06、自锁按键K1和K2、三极管VT3、发光二极管V2、单片机P0.2脚、P1.0~P1.7脚、P2.0~P2.7脚、P3.0脚、P3.1脚、P3.6脚、P3.7脚等构成；信号处理单片机19的P3.6脚与自锁按键K1、R17的一端连接，K1的另一端接地，R17的另一端连接+VCC，信号处理单片机19的P3.7脚与自锁按键K2、R18的一端连接，K2的另一端接地，R18的另一端连接+VCC，信号处理单片机19的P0.2脚分别连接R04和R05的一端，R04的另一端与R06的一端连接+VCC，R05的另一端连接三极管VT3的基极，R06的另一端连接发光二极管V2的阳极，发光二极管V2的阴极连接三极管VT3的集电极，VT3的发射极接地；信号处理单片机19的P1.0~P1.7脚、P2.0~P2.7脚、P3.0脚、P3.1脚等与显示器驱动电路A4、显示器A5的连接，并由所选用的显示器A5和相应显示器驱动电路A4的引脚以及串口或并口通信的方式定。

工作原理：本近红外激光线性运动物体检测传感器，给传感器接上电源，工作调试选择按键16未按下，由信号处理单片机19通过程序控制近红外激光发射管VD和VD′不发光，此时，后壳2上方的自然光消隐指示V1二极管9和V1′二极管10如果发亮，则用小螺丝刀分别调节近红外激光接受光电池S7、第一调节旋钮11、近红外激光接受光电池S′8和第一补偿调节旋钮13，使V1二极管9和V1′二极管10熄灭，若环境自然光照度特别强，V1二极管9和V1′二极管10未熄灭，则可进一步再调节近红外激光接受光电池S7、第二调节旋钮12、近红外激光接受光电池S′8和第二补偿调节旋钮14，直至V1二极管9和V1′二极管10熄灭，调试完，工作调试选择按键16按下，由信号处理单片机19通过程序控制VD和VD′发射两束近红外激光束，此时V1二极管9和V1′二极管10亮。

若要检测线性运动物体的速度，则如图1所示前壳1中间的速度或宽度显示选择按键4不按下，当线性运动的物体经过两束近红外激光束时，由发射管发射的两束近红外激光被隔断的先后次序不同，该过程从而在信号处理单片机19的P3.2、P3.4和P3.5脚形成特征电平的变化为：101→000→110→011，若从相反方向经过时所形成的特征电平变化为：110→000→101→011，根据特征电平从101→000还是从110→000来识别线性运动物体是向正方向还是相反方向运动，正方向运动时特征电平从101→000与从110→011变化过程中物体运动经过的距离均为近红外激光发射管VD和VD′之间的中心距L，由信号处理单片机19通过程序来检测特征电平从101→000与从110→011两个变化阶段的时间平均值t，再由信号处理单片机19程序计算出线性运动物体的速率，并通过显示器3显示；反方向运动时，则只要检测特征电平从110→000与从101→011两个变化阶段的时间平均值t，再由信号处理单片机19程序计算出线性运动物体的速率，并通过显示器3显示。

若要检测自动化生产线上传送的规则产品的宽度（厚度）并显示，则速度或宽度显示选择按键4按下，当一定宽度（厚度）的规则产品在传送线上经过两束近红外激光束时，若宽度（厚度）S≥L，在信号处理单片机19的P3.2、P3.4和P3.5脚形成特征电平的变化组合为：101→000→110→011，则特征电平从101开始变化到110时，规则产品所经过的距离就是其宽度（厚度）S。先由单片机根据上述速率的测算方法求得速率，再由单片机根据特征电平从101开始变化到110时所检测到的时间，最后由信号处理单片机19程序通过速率与时间的乘积求得S并通过显示器显示；若从相反方向经过时所形成的特征电平变化为：110→000→101→011，则特征电平从110开始变化到101时，规则产品所经过的距离就是其宽度（厚度）S，先由信号处理单片机19根据上述速率的测算方法求得速率，再由单片机根据特征电平从110开始变化到101时所检测到的时间，最后由单片机程序通过速率与时间的乘积求得S并通过显示器显示。

若宽度（厚度）S<L，上述在信号处理单片机19的P3.2、P3.4和P3.5脚形成特征电平的变化组合为：101→011→110→011，则特征电平从101开始变化到011或从110开始变化到011时，规则产品所经过的距离就是其宽度（厚度）S，特征电平由101变化到110时规则产品所经过的距离为L，由信号处理单片机19根据特征电平从101开始变化到110时所检测到的时间，先由程序求得速率，再由信号处理单片机19特征电平从101开始变化到011或从110开始变化到011时所检测到的时间，由信号处理单片机19程序通过速率与时间的乘积求得S并显示；若从相反方向经过时所形成的特征电平变化组合为：110→011→101→011，则特征电平从110开始变化到011或从101开始变化到011时，规则产品所经过的距离就是其宽度（厚度）S，特征电平由110变化到101时规则产品所经过的距离为L，由信号处理单片机19根据特征电平从110开始变化到101时所检测到的时间，先由程序求得速率，再由信号处理单片机19特征电平从110开始变化到011或从101开始变化到011时所检测到的时间，由信号处理单片机19程序通过速率与时间的乘积求得S并显示。

若对自动化生产线上传送的规则产品宽度（厚度）与设定的标准宽度（厚度）不一致的产品进行分拣控制时，可选定一标准宽度（厚度）的产品按照上述方法通过传感器近红外激光束检测区域并显示其宽度（厚度），然后按下标准宽度选择按键K2（自锁按键），则非标宽度指示发光二极管V2不发光，当有非标宽度的产品通过近红外激光束检测区域并显示其宽度（厚度）时，V2开始发光指示，并由信号处理单片机19引脚发出控制信号给自动分拣系统，实现分拣控制。

综上所述；该近红外激光线性运动物体检测传感器，通过在光电检测及显示线路板17上设置有光电信号转换电路18、信号处理单片机19和线性运动速度或规则零件厚度显示器及其驱动电路20，能检测线性运动物体运动方向和速率以及规则零件宽度，并可实现自动化生产线分拣控制，检测距离宽、安装维护方便、体积小、耗电省、使用安全可靠。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。