传感器及传感器的设计方法与流程

本发明涉及传感器领域，具体而言，涉及一种传感器及传感器的设计方法。

背景技术：

烟雾传感器在消防上被广泛运用，很好的保护了人民群众的生命和财产安全。烟雾传感器有两种探头，一种是离子型，一种是光电型。离子型烟雾传感器：一个电离室，电离室所用的放射元素－－镅241(am241)，强度约0.8微居里左右，一般正常的状态下他是处于平衡状态的，但是如果有烟尘进入了电离室那么就会破坏这一平衡关系，当烟雾浓度达到一定的阈值时就会发出报警。离子型烟雾传感器由于采用了放射性元素，容易给人体带来辐射，而且放射性元素具有衰减周期，对烟雾传感器的寿命也有影响。光电式烟雾传感器则彻底改变了这些缺点，因此在当今社会被广泛运用目前市场上的光电烟雾传感探头，都是借助在烟雾迷宫里面光对烟雾的反射来检测是否有烟雾。烟雾迷宫的设计复杂，体积大，需要通过结构设计隔离外界光源的同时保证烟雾进入。这种迷宫设计不仅成本高，而且对光和无线射频的抗干扰能力差。现有的霍尼韦尔的烟雾传感器探头为了抗射频干扰，在迷宫内对光电二极管用金属罩做屏蔽。光电式烟雾传感器依托了屏蔽罩来保障抗干扰能力，以及外面一个烟雾迷宫来屏蔽外部光和实现光在烟雾的反射，反射角度，迷宫的设计是设计的关键，但是太复杂了，而且成本也高。对外部干扰包括无线信号的干扰都还是有风险。

针对相关技术中传感器结构复杂，尺寸较大、抗干扰能力差，成本高的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种传感器及传感器的设计方法，以至少解决相关技术中传感器结构复杂，尺寸较大、抗干扰能力差，成本高的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种传感器，包括：光源产生模块，用于产生两路光源；隔离器，与所述光源生产模块耦合，用于将所述两路光源中的一路光源与烟雾隔离，其中，所述烟雾是进入所述传感器探头的烟雾；光电转换模块，与所述光源生产模块和隔离器相耦合，用于将所述两路光源的光信号转化为电信号。

进一步地，所述传感器还包括：控制模块，用于通过控制开关控制对所述传感器的供电。

进一步地，所述光源产生模块包括：分光器，用于将一路光源分成所述两路光源；或者导光柱，用于将一路光源分成所述两路光源。

进一步地，所述光源产生模块还包括：两个发光单元，用于产生所述两路光源。

进一步地，所述光电转换模块包括：光电二极管，用于将所述两路光源的光信号转化为电信号。

进一步地，所述隔离器的材料包括透明玻璃或者透明塑料。

进一步地，所述传感器还包括：信号放大模块，与所述光电转换模块耦合，用于放大所述电信号。

进一步地，所述信号放大模块为差分放大电路结构。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种传感器的设计方法，包括：获取两路光源；将所述两路光源中的一路光源与烟雾隔离；将所述两路光源的光信号转化为电信号，并将所述电信号经过差分放大电路发送出去。

进一步地，通过分光器或导光柱将一路光源分成所述两路光源：和/或通过两个发光单元获取所述两路光源。

进一步地，所述方法包括：通过控制开关对所述传感器进行周期性供电。

在本发明实施例中，通过光源产生模块，用于产生两路光源；隔离器，与光源生产模块耦合，用于将两路光源中的一路光源与烟雾隔离，其中，烟雾是进入传感器探头的烟雾；光电转换模块，与光源生产模块和隔离器相耦合，用于将两路光源的光信号转化为电信号，采用产生两路光源强度相等的光源产生模块并通过隔离器将其中的一路光源隔离，从而实现了传感器的结构简单，尺寸较小，的技术效果，通过差分放大电路将光电转换模块的光信号转换化为电信号，实现了抗干扰能力强，从而节约的生产成本的技术效果。

进而解决了相关技术中传感器结构复杂，尺寸较大、抗干扰能力差，成本高的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的传感器的装置示意图；

图2是根据本发明优选实施例的传感器的装置示意图；

图3是根据本发明优选实施例的两路光源产生方式示意图；

图4是根据本发明优选实施例的又一两路光源产生方式示意图；

图5是根据本发明优选实施例的分光器示意图；

图6是根据本发明优选实施例的差分信号放大模块电路原理示意图；以及

图7是根据本发明实施例的传感器的设计方法流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

图1是根据本发明实施例的传感器结构图。如图1所示，该传感器包括：光源产生模块12，隔离器14和光电转换模块16。

光源产生模块12，用于产生两路光源。

其中，上述光源产生模块可以包括发光单元，用于直接产生一路光源，通过分光器，将一路光源分成两路光源；或者导光柱，将一路光源分成两路光源。另外，光源产生模块可以包括两个led灯，从而可知直接通过两个led灯产生需要的两路光源。

此处特别要说明，波长越短的发光光源越好，因为波长越短越容易被烟雾阻挡。利用光源产生获取两路光源可以实现传感器结构简单化。

隔离器14，与光源生产模块耦合，用于将两路光源中的一路光源与烟雾隔离，其中，烟雾是进入传感器探头的烟雾。

需要说明的是，隔离器的材料可以包括但不限于透明玻璃或者透明塑料，透光性越好的材质效果越佳。

光电转换模块16，与光源生产模块和隔离器相耦合，用于将两路光源的光信号转化为电信号。

其中，上述光电转换模块可以包括光电二极管，用于将两路光源的光信号转化为电信号，通过调整光电二级管的串联电阻的阻值大小，保证两路光源转换的电信号完全相等，无烟状态下差分输出为零。

作为一个可选实施例，上述传感器可以包括信号放大模块，与光电转换模块耦合，用于放大电信号。其中，信号放大模块可以通过差分放大电路结构实现信号放大。

本发明还提供了一种优选实施例，该优选实施例提供了一种烟雾传感。

在优选实施例中，提供了一种全新的无迷宫探头的光电式烟雾传感，可以降低烟雾传感器的实现难度和成本，具有超强抗干扰能力；由于可以直接在电路板上实现，使得产品变得轻薄小巧。

其中，上述优先实施例中的烟雾传感探头的原理是通过两路光源，将一路隔离烟雾，一路敞开的方式，经过对应的光电转换器转换出两路电信号，再经过差分信号放大，输出高低电平供后续模块进行处理。通过调整光电二极管的串联电阻，可以保证两路光路在无烟雾情况下产生大小一样的电压信号，在有烟雾的情况下差生大小不一样的电压信号，将两个信号进行差分放大进行判决是否有烟雾。根据这个特征，设计出新的烟雾传感器探头。具体结构框图如图2所示。

如图2所示，烟雾传感探头由四部分组成，分别是光源产生模块，烟雾隔离器，光电转换模块和差分信号放大模块。下面详细说明四个模块的实现原理和功能。

光源产生模块12，产生两路光源，具体产生方式可以由两种，即如图3所示的方式1和图4中所示的方式2。

需要说明的是，方式1是使用一个发光单元，通过分光器，将一路光分成两路光。分光器，可以通过简单的导光柱代替分光器来实现，其中，导光柱的形状可以是圆柱体、长方体等，此处对导光柱的具体形状不做限制，可以根据需要来设计，具有更低的功耗。例如分光器的设计可以如图5所示。图4中所示的方式2则更加简单，直接采用两个发光单元，产生两路光。其中，发光单元则可以是最常见的发光二极管。波长越短的光源效果越好。方式2中可以不通过分光器直接通过发光单元产生两路光源，结构设计可以更加灵活。

烟雾隔离器14，与光源产生模块耦合，用于将其中一路光源与烟雾隔离。

需要说明的是，烟雾隔离器是一个结构件，旨在将其中一路光源与烟雾隔离，可以理解为是一个透明的罩子，或者是一个透明的管子。隔离器的材料可以是玻璃或者塑料，只要保证透明即可。

光电转换模块16，实现两路光信号到电信号的转换

需要说明的是，光电转换模块可以由两路光电二极管组成，实现两路光信号到电信号的转换。通过隔离器的那路光源由于隔离器有聚光效果，所以在相同发光强度的情况下，光电二极管产生的电信号强度不一样，需要调节光电二极管的串联电阻，保证最终光电二极管转换的电压信号在无烟的情况下是完全一样大小，差分放大结果为0。光电二极管的响应波长与光源对应。从图2可以看出，光路2是在隔离器里面的，实现了与烟雾的隔离。由于烟雾隔离器是透明的，在没有烟雾的情况下，两路光经过光电转换出来的信号强度是一样的。显而易见，在有烟雾的情况下，光路1被的传输被烟雾阻挡了，而光路2不受阻挡，此时两路光经过光电转换后的信号出现了差别。这种差别是判别是否有烟雾的特征依据。另外一个显而易见的情况是，由于我们采用的是差分放大电路结构，两路光路受到的外部光源的影响是几乎相同的，转换电路受到的电磁干扰也是相同的，这些都体现出共模特性，不会影响我们对烟雾的判断，所有这个设计具有超强的抗外界干扰能力。

差分信号放大模块18，将光电转换出来的电信号进行放大。

需要说明的是，差分信号放大模块是一个常规的信号放大电路或芯片，采用差分设计结构，将光电转换出来的电信号，进行合适比例的放大。具体差分放大电路的实现形式可以有多种变化，此发明实施例只描述了其中一种实现方式。放大的倍数选取根据光源强度和光电二极管的特性在烟雾环境下的产生的电信号的差值来决定。模块的输出是rail-to-rail输出。为了在有烟雾的情况下，输出高电平，显然，烟雾隔离器要加在光路2的通道上。

在上述实施例中，模块的实现都是由非常简单的结构和元器件组成，非常容易实现，成本低廉，而且具有超强抗干扰能力，较传统的设计，优势明显。

另外，烟雾传感探头部分模块不需要持续供电，可以由控制单元在开启检测的周期内打开，其它时候关闭电源省电。

以下对图4中的方式2的具体实施方式：

发光单元采用5mm蓝光二极管，光电二极管采用5mm蓝光光电二极管。

烟雾隔离器采用内径5mm的高透明亚克力管。差分信号放大模块可以采用超低功耗放大器芯片opa348-sc70，电路原理图如图6所示。

通过上述实施例，与现有技术相比，在无烟状态下，保证两个接收端有接收到计划相等光强的光源，不管是单发射还是双发射源；两路接收通道上，一端暴露在空气中，一端密闭；如果是两个发射光源，两个光源的控制行为一致，即同时开同时灭，光强度一致，保证两个接收通道在无烟雾情况下无差异；如果是单路光源，要保证分出的两路光是几乎一样。发射光源周期性开启和关闭，有效降低功耗。实现简单，可靠性高，成本低，体积小。

此外，上述实施例，采用两个光路差分接收，达到消除外界干扰的目的；两路光路，一路暴露在被探测烟雾中，另一路则用透明罩隔离烟雾，达到无烟雾的时候两路光路收到的光污染或射频干扰等外界影响一样，有烟雾的时候两路出现差别，差分效果显现出来。进而实现简单，可靠性高，成本低，体积小等的优点。

根据本发明实施例，还提供了一种传感器的设计方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

下面将对本发明实施例的传感器的设计方法进行详细说明。

图7是根据本发明实施例的传感器的设计方法的流程图，如图7所示，该传感器的设计方法包括如下步骤：

步骤s702，获取两路光源。

需要说明的是，可以通过分光器或导光柱将一路光源分成两路光源：和/或通过两个发光体获取两路光源。也即是时说，可以通过分光器或者导光柱将由一个发光体发出的一路光源分成两个光源，也可以通过两个发光体直接产生两路光源。

步骤s704，将两路光源中的一路光源与烟雾隔离。

步骤s706，将两路光源的光信号转化为电信号，并将电信号经过差分放大电路发送出去。

需要说明的是，可以通过控制开关对所述传感器进行周期性供电，进而可以节约电能。

还需要说明的是，在步骤s706中可以通过调整光电二极管的串联电阻，可以保证无光时差分输出为零。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。