一种抗强光的光电点滴传感器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公布了一种能抗强光的光电点滴传感器，传感器由发射电流调整电路，发射电路，抗光接收电路，光电传感器信号处理电路和微处理器组成。发射电路由光电传感器信号处理电路的输出的脉冲波形调制，抗光接收电路接收到发射电路产生的调制光后，由光电接收管阵列转换成电信号后由光电传感器信号处理电路进行放大，解调，信号处理后进入微处理器，由微处理器进行进一步的数字信号处理，得出点滴时的液滴数量及速度。传感器中的抗光接收电路接收到高频调制光时的增益远大于接收到低频光信号时的增益，因此，传感器具有很强的抗太阳光及50Hz照明光的能力。
【专利说明】
一种抗强光的光电点滴传感器
技术领域
[0001]本实用新型是一种用于小物体计数的传感器，特别是一种能抗强光的监测点滴过程中下落的液滴的个数及速度的点滴传感器。
【背景技术】
[0002]点滴传感器目前被广泛用于输液栗中来控制点滴的速度及点滴的结束时间，实现了输液过程的自动化，极大提高了输液的安全性。另外，如果点滴传感器用于吊瓶输液的情况，则可以代替守护人，护士或病人本人完成输液过程的监控，防止液体输完以后，由于没有及时拔针而造成血液回流，严重危害到病人的身体健康。
[0003]现有的点滴传感器大多为采用光电测量原理的光电式点滴传感器，光电点滴传感器不受外界温度，湿度变化的影响，但是存在着抗强光能力不足的缺点，例如，现有的点滴传感器在室外使用时易受太阳光的干扰而影响传感器的正常工作，即使在室内环境下工作，一旦有灯光直接照射到传感器上，也常常会使传感器无法正常工作。
【发明内容】
[0004]鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种能抗强光的光电点滴传感器。本发明除了用于点滴的液滴计数，也可用于对其他小物体进行计数，如用于自动包装机上对所要包装得到小物体进行计数。
[0005]本实用新型的技术方案如下:传感器由发射电流调整电路，发射电路，抗光接收电路，光电传感器信号处理电路及微处理器组成，多个发射管并联的发射管阵列由光电传感器信号处理电路的Pulse输出的脉冲波形调制，发射电流的强度可由微处理器设置。多个接收管并联的接收管阵列接收到调制信号后，由光电传感器信号处理电路进行放大，解调，信号处理后进入微处理器。点滴用的茂菲氏管处于由发射电路中的发射管阵列和接收电路中的接收管阵列组成的光敏感区内，液滴下落时会通过光敏感区，挡住从发射管阵列到接收管阵列的部分光线。
[0006]作为本实用新型的进一步技术方案，传感器的抗光电路由光电接收管阵列ro和连接光电接收管阵列负端和电源(Vdd)的光控阻抗网络I，连接光电接收管阵列正端端和地(GND)的光控阻抗网络2组成。光控阻抗网络I包括负载电阻Rloadl及同负载电阻Rloadl并联的三极管Tl，电容Cl，电阻R1。光控阻抗网络2包括负载电阻Rload2及同负载电阻Rload2并联的三极管T2，电容C2，电阻R2。
[0007]作为本实用新型的一种优选方案，传感器的发射光为红外发射管，接收管为红外接收管，接收管的前方有只通过红外光的透镜，进一步增强传感器的抗光能力。
[0008]作为本实用新型的另一种优选方案，所述传感器中的发射电流的大小可通过微处理器进行设置。
[0009]作为本实用新型的进一步技术方案，接收管阵列PD两端的电压通过电容C3，C4隔离，进入光电传感器信号处理电路进行放大，解调，零点及增益调整后进入微处理器进行数字信号处理。
[0010]作为本实用新型的进一步技术方案，所述传感器中的光电传感器信号处理电路包括可编程开关电容放大电路，可编程零点校正电路，可编程滤波电路，可编程时钟，频率可编程脉冲输出Pulse及接口通讯电路(SPI，I2C或单线通讯协议)等模块。光电传感器信号处理电路可以是全定制的，也可以利用市场上现有的光光电传感器信号处理电路。微处理器通过的信号处理电路通讯接口，可以调节信号处理电路路的零点，灵敏度，脉冲输出Pulse的频率，带通滤波器的通频带等参数。
[0011]作为本实用新型的另一种优选方案，所述传感器中的光电传感器信号处理电路路含有可编程带通滤波电路，可以使传感器只对一定频率以上及一定频率以下的信号有响应。
[0012]作为本实用新型的进一步技术方案，所述传感器中的微处理器带有A/D转换器，可以采集光电传感器信号处理电路的输出信号并对采集到的数据进行高速运算。
[0013]作为本实用新型的一种优选方案，所述传感器中的微处理器根据采集到的液滴通过发射-接收管之间的光敏感区所产生的电压，开始的时间和结束时间，电压波形的形状来判断是否有液滴经过传感器及其速度等其他参数。
[0014]作为本实用新型的一种优选方案，利用微处理器在液滴完全通过光敏感区的时刻至下一滴液下落至光敏感区的时刻间的时间间隔内，对光电传感器信号处理电路的输出进行调节，使信号处理电路的输出在没有液滴下落时一直保持在Voffset，防止有残留在点滴管上的液滴或其他外界干扰因素造成的误触发。
【附图说明】
[0015]图1是本实用新型的抗强光光电点滴传感器的示意图。
[0016]图2是本实用新型的抗强光光电点滴传感器的抗光接收电路的电路图。
[0017]图3是本实用新型的抗强光光电点滴传感器电路系统框图。
[0018]图4是本实用新型的液滴通过抗强光光电点滴传感器时的输出波形示意图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】作进一步详细说明。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0020]本实用新型是按如下的方式来实现的:如图1所示，传感器由发射电流调整电路，发射电路，抗光接收电路，光电传感器信号处理电路及微处理器组成。点滴用的茂菲氏管处于由发射电路中的发射管阵列和接收电路中的接收管阵列组成的光敏感区内，液滴下落时会通过光敏感区，挡住从发射管到接收管的部分光线。
[0021]传感器的发射管为红外发射管，接收管为红外接收管，为了进一步增加抗光能力，接收管的前方有只通过红外光的透镜。
[0022]传感器的抗光电路如图2所示，抗光电路由光电接收管阵列ro1...PDm，位于光电接收管和电源Vdd之间的负载电阻Rloadl及同负载电阻Rloadl并联的三极管Tl，电容Cl，电阻Rl组成的光控阻抗网络，位于光电接收管和地(GND)之间的负载电阻Rload2及同负载电阻Rload2并联的三极管T2，电容C2，电阻R2组成的光控阻抗网络组成。
[0023]发射管(LED1...LEDn)由光电传感器信号处理电路的Pulse输出的脉冲波形通过晶体管T3调制，发射光的强度由微处理器通过发射电流调整电路设置，抗光接收电路中的接收管HH...PDm接收到调制的发射光，两端的电压随发射光的强度变化。其两端的电压通过电容C3，C4隔离，进入光电传感器信号处理电路，进一步放大，信号处理后进入微处理器进行数字信号处理。
[0024]当有太阳光(直流光)或交流光(如白炽灯的50Hz的交流光)照射在接收管上时，接收光ro产生光生电流，对电容Cl，C2充电，晶体管Tl，T2导通，迫使低频光生电流(直流电流或50Hz的光生电流)通过Rl和晶体管Tl，R2和晶体管Τ2，Τ1和Τ2随着低频光生电流(光生直流电流或50Hz光生电流)的变化，具有不同的阻抗。这样，对于低频光生电流，光接收管H)阵列看到的负载电阻是Rloadl并联(Rl+Rds(Tl))后的电阻Rloadl_effective, Rds(Tl)为Tl 的导通电阻，及 Rload2 并联(R2+Rds(T2))后的电阻 Rload2_effective，Rds(T2)为 T2 的导通电阻。对于低频光生电流，如直流的光生电流和50Hz(低频)的光生电流，这两个负载电阻，1?1。&(11_6打6。1:;^6，1?10&(12_6打6。1:;^6远远小于1?10&(11和1?10&(12。因此，对于低频光生电流来说，接收管H)阵列看到的阻抗远远小于Rloadl，Rload2，等效负载电阻上的压降分别为尺103(11_6€€6(31:；^6*；[_低频光生电流，1?103(11_6€€6(31:；^6*；[_低频光生电流，这样使得抗光电路接收到低频光生电流时的增益很低，不易使得光电点滴传感器的接收电路进入饱和。抗光电路的输出经过高通滤波器，在进入光电传感器信号处理电路的开关电容放大器前，进一步衰减了低频光生电流的信号，防止低频光生电流使得光电传感器信号处理电路进入饱和状态。
[0025]由于发射光的调制信号是50Hz的1倍以上，例如，使用20KHz的调制信号，电容Cl，C2的取值使得Cl，C2对调制信号的阻抗很小，因此，对于调制信号，电容Cl，C2相当于短路，接收管PD阵列看到的阻抗为Rloadl，Rload2，光电传感器信号处理电路通过高通滤波器看到的信号为Rloadl*ijt生调制+Rload2*ijt生调制，远远大于被高通滤波器衰减后的低频光生电所产生的信号。
[0026]因此，本实用新型的抗光电路既能使接收电路不会因为低频光，如太阳光(直流光)或50Hz的光(白炽灯光)的照射而饱和;又同时能使得发射光阵列在强光的环境下接收到调制信号产生的光生电流时的负载电阻仍保持为Rloadl，Rload2(其中Rloadl大大于1?10&(11_6€€6(31:;[￥6，1?10&(12大大于1?10&(12_6€€6(31:;[￥6)，进入光电传感器信号处理电路信号为Rloadl*i_光生调制，Rload2*ijt生调制，使传感器的灵敏度不受外界低频光照的影响。
[0027]光电传感器信号处理电路的框图如图3所示，微处理器设置光电传感器信号处理电路输出的脉冲频率及占空比，抗光接收电路输出的电信号通过电容C3，C4隔直，进入光电传感器信号处理电路的开关电容放大器进行放大及解调，通过微处理器设置可编程零点校正电路对电路的零点进行校正，使得信号处理电路的输出在无液滴掉落时的电压为Voffset(通常设为Vdd/2)。根据液滴的物理特性，通过微处理器调整发射电流的大小及可编程放大电路的增益，使得液滴通过光敏感区时信号处理电路的输出信号变化最大化后输入到微处理器中进行A/D转换和相应数字信号处理。
[0028]传感器的输出波形的形状及幅度由液滴的物理特性决定，以透明的液滴为例，如图4所示，由于液滴刚进入(tl-t3)及快要离开光敏感区时(t5-t7)液滴的形状对光有折射作用，接收管接收到的信号增强，传感器的输出增加，峰值为Vl(t2)和V3(t6);当液滴的中部在光敏感区时(t3-t5)，光在液滴内发生的主要是是受液滴衰减的透射现象，因此，接收管接收到的信号衰减，传感器的输出减小，峰值为V2(t4)。。因此，对于透明的点滴液，微处理器可以设置窗口比较器，并以在一定时间间隔内，如果传感器的输出为:高于上限-低于下限-高于上限，那么可以判断有一滴液滴通过光敏感区。液滴的物理特性不同，输出的波形将不同，例如，不透明的液滴由于完全挡住发射到接收的光线，传感器输出只会减小。微处理器可以针对不同的点滴液设置不同的判别标准，进一步提高液滴检测的准确性。
[0029]由于两滴液滴下落的间隔时间较长，为了进一步提高传感器的稳定性和可靠性，微处理器可以在液滴完全通过光敏感区的时刻至下一滴液下落至光敏感区的时刻之时间间隔内对信号处理电路的零点进行调整，使信号处理电路的输出在没有液体通过时，一直保持在Voff set，防止有残留在点滴管上的液滴或其他外界干扰因素造成的误触发。
[0030]综合上述，本实用新型提出了一种抗强光的光电点滴传感器，能够在户外的太阳光及室内的白炽灯下正常工作，克服了光电点滴传感器在抗光能力较差的缺点，提高了点滴传感器的抗干扰能力及长期稳定性。本实用新型除了用于点滴的液滴计数，也可用于对其他小物体进行计数，例如如用于自动包装机上对所要包装的小物体进行计数。
【主权项】
1.一种能抗强光的光电点滴传感器，其特征在于，传感器由发射电流调整电路，发射电路，抗光接收电路，光电传感器信号处理电路及微处理器组成，发射电路中的发射管阵列由光电传感器信号处理电路的输出的脉冲波形调制，抗强光的光电接收电路接收到调制信号后，由接收管阵列将光信号转换成电信号后进入光电传感器信号处理电路进行放大，解调，信号处理后进入微处理器进行进一步数字信号处理。2.根据权利要求1所述的光电点滴传感器，其特征在于，发射电路中的发射管阵列和接收电路中的接收管阵列处于点滴用的茂菲氏管的两边，液滴下落时会挡住从发射管阵列到接收管阵列的光敏感区的光线的一部分。3.根据权利要求1所述的光电点滴传感器，传感器中的抗光电路由光电接收管阵列ro，连接光电接收管阵列负端和电源(Vdd)的光控阻抗网络I，连接光电接收管阵列正端端和地(GND)的光控阻抗网络2组成，光控阻抗网络I包括负载电阻Rloadl及同负载电阻Rloadl并联的三极管Tl，电容Cl，电阻Rl，光控阻抗网络2包括负载电阻Rload2及同负载电阻Rload2并联的三极管T2，电容C2，电阻R2，接收管阵列两端的电压通过电容C3，C4隔离，进入光电传感器信号处理电路进行放大和信号处理后进入微处理器进行数字信号处理。4.根据权利要求1所述的光电点滴传感器，其特征在于，传感器的发射光的调制频率设为外界干扰光频率的10倍以上，发射电流的强度可由微处理器设置。5.根据权利要求1所述的光电点滴传感器，其特征在于，传感器的零点及灵敏度可以通过光电传感器信号处理电路的可编程零点校正电路及可编程放大电路调整。6.根据权利要求1所述的光电点滴传感器，其特征在于，微处理器在液滴完全通过光敏感区的时刻至下一滴液滴下落至光敏感区的时刻之时间间隔内，对光电传感器信号处理电路的输出进行调节，使信号处理电路的输出在没有液滴通过光敏感区时一直保持在Voffset，防止有残留在点滴管上的液滴或其他外界干扰因素造成的长期漂移引起的误触发。7.根据权利要求1所述的光电点滴传感器，其特征在于，传感器的频带可以通过光电传感器信号处理电中的可编程带通滤波器来调节。8.根据权利要求1所述的光电点滴传感器，其特征在于，传感器通过测量液滴通过光敏感区所产生的信号幅度及时间长短及时间差来判定有没有液滴经过传感器，进而由微处理器计算出经过传感器的液滴的数量，速度参数。
【文档编号】A61M5/172GK205569440SQ201520958415
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2015年11月27日
【发明人】郑政
【申请人】智恒（厦门）微电子有限公司