专利名称：调制型红外光电传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种调制型红外光电探测传感器。
背景技术：
目前，红外光电转换类的探测传感器技术中，已形成产品的有安徽省黄山市屯溪自动化元件厂生产的GD系列脉冲调制型光控开关，具有较强的探测功能；另外，石家庄电子部54所在中国专利申请号93216821中介绍了一种红外传感器汽车分型装置，该专利技术中使用了三个运算放大器，多达20多个红外发射管，使用的器件较多。上述两种现有技术的优点是有较大的探测距离，有较精确的探测精度，主要应用在工业控制和检测中，但由于传感器体积大、成本高，在某些场合的应用受到限制。
发明内容
本实用新型的目的是要提供一种近距离探测、定位精度要求不高、结构简单、体积小、成本低主要应用在自动门铃和智能玩具上的红外光电探测传感器。
本实用新型的调制型红外光电传感器线路，由红外光调制发射、信号选频接收与放大、信号比较与输出三部分组成。红外光调制发射电路部分的作用是通过电路振荡产生脉冲电流，发光二极管产生相应的红外脉冲。电路组成及连接关系是场效应管Q1接成自给栅偏压形式，其d端接VCC、s端与R1串联后连接在三极管Q2的基极b2上，三极管Q2的集电极c2与电阻R3、发光二极管LED1串联后连接到VCC上，三极管Q2的发射极e2接地。三极管Q3的基极b3连接到三极管Q2的集电极c2的H点、发射极e3与电阻R4串联后接VCC、集电极c3与发光二极管LED2及电阻R5串联后接地。三极管Q3的集电极c3上的G点有一条信号反馈线通过电阻R2、电容C1串联后连接到三极管Q2的基极b2上。在电源VCC与地间还加装了去耦电容C2和C3；选频接收与放大电路的作用是阻止外界环境光信号的干扰，只对发射电路产生的交变信号作出反应，并对其吸收和放大。电路中电阻R8与红外接收管D1串联后再与可变电阻PR1并联，并联后的一个接点串联电阻R11后接VCC、红外接收管D1与可变电阻PR1互联后接地。电容C5与电阻R10并联后分别接运算放大器IC2的输入端2和地，稳压管ZD1与可变电阻PR1并联，运算放大器IC1的一个输入端6串联电阻R7和电容C4后连接到电阻R8与红外接收管D1之间、输入端6到输出端7并联电阻R9、输入端5串联电阻R6后接地、控制端4接地、输出端7接二极管D2后接下一级比较运算放大器IC2的输入端2；比较与输出电路的作用是将输入电压与参考电压相对比，其差值决定输出电平的高、低，运算放大器IC2在这里作逻辑比较器用。可变电阻PR1上的滑动触点一路接运算放大器IC2的输入端3、另一路接电阻R12后接运算放大器IC2的输出端1、再串联电阻R13后接三极管Q4的基极b4，控制端8接VCC，三极管Q4的集电极c4，串联电阻R14后接VCC、集电极c4作为传感器的输出端10。
发射极e4接地。整个传感器线路使用的器件较少且便于集成，因而，具有体积小、成本低的特点。
图1是本实用新型提出的调制型红外光电传感器的线路图。
实施方式本实用新型调制型红外光电传感器的线路由三部分电路组成。A)红外光调制与发射电路为避开外界环境光源对有用信号的干扰，保证有效信号的接收，必须对发射的红外光进行调制，接收时进行相应的解调，才能阻断外界环境光的干扰。本实用新型使用的是正反馈振荡电路，图1中场效应管Q1接成自给栅偏压形式，在电路中起恒流源作用，无论振荡点如何振荡、负载如何变化，恒定的输出一定的电流，以保证右置电路有稳定的工作点，增加电路的稳定性。
振荡器的起振在电路加电的瞬间开始，设三极管Q2的基极b2电位升高，由晶体管的输入特性可知基极电流Ib2增大，则集电极电流Ic2增大，根据发光二极管的伏安特性可知通过该发光管的电流增大，电压降增大，从而使Q3的基极b3电位下降，H点电位降低。Q3是PNP三极管，当基极b3电位下降时电压Ue3b3增大使电流Ib3增大、Ic3成倍增加。红外发光管LED2的工作特性同LED1，由于Ic3的增大，LED2上的电压降增大，三极管Q3上c3点的电位上升即G点电位上升，这个上升的高电位交变信号通过R2、C1回馈到三极管Q2的基极b2使该点的电位进一步增高，正反馈电路使H点电位不断降低、G点的电位不断升高，对三极管Q2来说，C2点电位下降、b2点电位升高使电位Vc2-Vb2的差值逐渐减小，当这个差值小于某一数值时，三极管Q2集电极上的反偏压消失，晶体管失去放大作用，一个正反馈周期结束，整个振荡电路回到初态，这就是一个电流脉冲波的形成过程。发光二极管的发光强度可依电流强度的变化而变化，可发出与交变电流信号一致的红外脉冲波。
要维持电路的振荡，必须保证电路有足够的放大倍数与反馈系数之积，因而电路中三极管的放大倍数要足够大，要恰当选择反馈回路电子器件的参数C1、R2使电路能够维持振荡。B)选频接收与放大电路有频率选择和信号放大两个环节，它只对某一频率范围内的交变信号作出反应，对该范围以外的交变信号不予理睬。所接收交变信号频率的范围由电容C4和电阻R7决定。常见的外界干扰光源有阳光、市电照明灯光等，市电的频率是50Hz、阳光的光谱频率在3×1011Hz以上，调制的红外光频率是1200Hz，三者的频率值不在同一数量级上，容易通过选频的方法加以区分。红外接收管D1接收的红外光脉冲电流经电容C4后滤掉直流稳定量，使放大器IC1只对交变电压放大，稳压管ZD1保证红外接收管D1适当的反偏压，电阻R8将电流变化量转换成电压变化量送给运放器IC1，从运放器IC1输出端7输出的信号经整流、滤波后送下一级运放器IC2，为比较器和传感器输出预置数据。R7是输入电阻，R9是反馈电阻，同向输入端接R6后再接地，是为保证运放器IC1工作稳定性而设置的。C)比较与输出电路其内部进行的是输入电压UI与参考电压UREF相比较，根据二者差值的正、负决定输出电平的高、低。运放器IC2在这里作为逻辑比较器用，比较的结果以数字量从传感器输出端10输出。该比较器的特点是参考电压UREF可调，通过改变可变电阻PR1的有效阻值来改变阈值电压的大小，阈值电压VT＝饱和电压×[RP/(RP+RIO)]+VIO，式中RP是可变电阻中间触点到地之间的电阻值，VIO是失调电压，CA3140的失调电压取5mv。当可变电阻PR1从0～10k变化时VTmax＝5×[10k/(10k+3300k)]×103+5mv＝20mv；VTmin＝5×[0/(0+3300k)]×103+5mv＝5mv若可变电阻器RP上的电压为0.02v作为参考电压，由于稳压管稳压整个可变电阻PR1上的电压为2v，则RP＝0.02v/2×PR1＝0.1k，这时需要输入的比较电压必须大于UI＝UREF+VT＝0.02+5×[0.1/(0.1+3300)]+0.005＝0.025v才能转换输出。
比较电路由于参考电压可调，因而比较电压的转换值可调，相应的探测距离就在一定的范围内可调，这是本实用新型的优点之一。本实用新型有两种工作方式，在背景照度为100LX下探测距离为反射式0～25cm，对射式100cm以上。本实用新型一个典型实例的各元器件参数为Q13DJ6G；Q29014；Q39015；Q49014；LED1φ3mm红外发光管；LED2φ5mm红外发光管；D1红外接收管；D2IN4148；ZD12v稳压管；ICCA3140；R122k；R222Ω；R33Ω；R41.5Ω；R53Ω；R61MΩ；R7330k；R891k；R91MΩ；R103.3MΩ；R1112k；R12470Ω；R1312k；R142k；C168n；C2100μf；C30.01μf；C4280pf；C547n；PR110k。
权利要求一种调制型红外光电传感器，其特证在于传感器电路由三部分组成，其中a)红外光调制发射电路主要由场效应管Q1、红外发光二极管LED1、LED2及两个三极管Q2、Q3组成的正反馈振荡电路构成，场效应管Q1的d端接VCC、控制端g与s端的连接电阻R1连接后接三极管Q2的基极b2，三极管Q2的集电极c2与电阻R3、红外发光二极管LED1串联后接VCC、发射极e2接地，三极管Q3的基极b3接电阻R3与三极管Q2的集电极之间的H点、发射极e3串联电阻R4后接VCC、集电极c3串联红外发光二极管LED2和电阻R5后接地，在三极管Q3的集电极和红外发光二极管LED2间的G点，有一条信号反馈线串联电阻R2和电容C1后接电阻R1与三极管Q2的b2间，在电源VCC与地间还加装了去耦电容C2和C3；b)选频接收与放大电路主要由红外光接收二极管D1、选频电路C4、R7及运算放大器IC1等组成，红外光接收二极管D1与电阻R8串联后再与可变电阻PR1并联后串联电阻R11再接VCC、D1的另一端与PR1互联后接地，电容C4与电阻R7串联后接运算放大器IC1的输入端(6)，从运算放大器IC1的输入端(6)串联电阻R9后接运算放大器IC1的输出端(7)、输入端(5)串联电阻R6后接地、控制端(4)接地、输出端(7)接二极管D2后送下级运算放大器IC2的输入端(2)，稳压管ZD1与可变电阻PR1并联；c)比较与输出电路主要由运算放大器IC2、可变电阻PR1、三极管Q4等组成，电阻R14一端接VCC、另一端作为传感器的输出端(10)并接三极管Q4的集电极c4、其发射极接地、基极b4串联电阻R13和R12后接运算放大器IC2的输入端(3)并接可变电阻PR1的滑动触头上，运算放大器IC2的控制端(8)接VCC、输出端(1)接R13、R12之间。
专利摘要本实用新型是一种调制型红外光电传感器，由调制红外光的发射、信号选频与接收、信号的比较与输出三部分电路组成。使用本实用新型不受外界环境阳光、灯光等的干扰，传感器可作成对射式，也可作成反射式，具有线路简单、体积小、成本低的特点。可用作自动门铃和智能玩具中的探测传感器，也可用于包装或自动生产线上，作为物流计数、检测传感器。
文档编号G01D5/26GK2695917SQ200420031719
公开日2005年4月27日 申请日期2004年5月21日 优先权日2004年5月21日
发明者侯长来 申请人:侯长来