一种光电传感器开关监测保护电路及监测方法与流程

本发明涉及光电传感器开关领域，尤其是一种光电传感器开关监测保护电路及监测方法。

背景技术：

随着我国科学技术的飞速发展，无论是农业生产养殖，还是工业产业制造都在向自动化生产系统与无人化方向前进发展，从而可以提高生产效率与实现安全生产；由此，研发使用传感器和光控技术，实现生产安全无人化管理具有重大现实意义。

光电开关具有良好的回差特性，因而即使被检测物在小范围内晃动也不会影响驱动器的输出状态，从而可使其保持在稳定工作区；它通过光辐射进行驱动，当一定的强光照射到光敏感应原件上，则触发开关并输出信号；现有技术中的光电传感器开关工作时，因为工作场合的不同，会出现误触的情况，从而导致生产工序出现错乱，从而影响生产效率与经济；且光电传感器开关带动的机械构件存在异常损坏时，会影响传感器的重复性，从而使传感器出现误差。

技术实现要素：

发明目的：提供一种光电传感器开关监测保护电路及监测方法，以解决上述问题。

技术方案：一种光电传感器开关监测保护电路，包括：电源单元、信号发射单元、信号接收单元、以及监测保护单元；其中，所述监测保护单元还包括：噪声检测模块和温度检测模块；

所述电源单元将将电压输入设备，并通过整流稳压模块进行交流电转换为直流电和稳定输出电压；

所述信号发射单元将采集的信号通过调制模块将信号用基带脉冲对载波波形进行控制，从而符合信号发射管的发射标准；

所述信号接收单元通过将接收的光脉冲利用解调模块转换为电脉冲信号，同时将坚接收信号利用放大模块进行信号放大，并传输至负载；

所述监测保护单元利用噪声检测模块和温度检测模块进行外部环境检测，从而保证外部环境不会影响传感器的正常工作。

在一个实施例中，所述整流稳压模块包括：变压器tr1、熔断器fu1、桥式稳压二极管br1、电容c1、二极管d1、稳压器u1、滑动变阻器rv1、三极管q1、电容c2、极性电容c3、电阻r1、电阻r2；所述变压器tr1的正极输入端与所述熔断器fu1的一端连接，所述变压器tr1的负极输入端与电源连接，所述熔断器fu1的另一端与电源连接，所述变压器tr1的正极输出端与所述桥式稳压二极管br1的正极输入端连接，所述变压器tr1的负极输出端与所述桥式稳压二极管br1的负极输入端连接，所述桥式稳压二极管br1的负极输出端同时与所述电容c1的一端、所述三极管q1的发射极、所述滑动变阻器rv1的可调端和所述电阻r2的一端连接，所述桥式稳压二极管br1的正极输出端分别于所述电容c1的另一端、所述稳压器u1的1号引脚和所述二极管d1的正极连接，所述稳压器u1的2号引脚同时与所述滑动变阻器rv1的一端、所述三极管q1的集电极、所述电阻r1的一端和所述电阻r2的另一端连接，所述三极管q1的基极与所述滑动变阻器rv1的另一端连接，所述稳压器u1的3号引脚同时与所述电容c2的一端、所述二极管d1的负极、所述极性电容c3的正极和所述电阻r1的另一端连接，所述极性电容c3的负极和所述电容c2的另一端连接且接地。

在一个实施例中，所述调制模块包括：电阻r3、电阻r4、电阻r5、运算放大器u2、电容c5、电阻r6、电容c4、二极管d2、电容c6、电阻r7、二极管d3；其中，所述运算放大器u2的1号引脚、2号引脚与所述电阻r3的一端连接，所述电阻r3的另一端接工作电压，所述运算放大器u2的3号引脚同时与所述电阻r4的一端、所述电阻r5的一端、所述电阻r6的一端、所述电阻r7的一端和所述二极管d2的正极连接，所述运算放大器u2的6号引脚与所述电容c4的一端连接且输入15v电压，所述运算放大器u2的4号引脚与所述电容c5的一端连接且输出15电压，所述运算放大器u2的5号引脚同时与所述电容c6的一端、所述二极管d2的负极和所述二极管d3的正极连接，所述电容c6的另一端与所述电阻r6的另一端连接，所述二极管d3的负极与所述电阻r7的另一端连接且输出。

在一个实施例中，所述放大模块包括：三极管q2、电阻r14、电阻r15、电阻r13、电阻r16、电容c11、电容c12、电容c13；其中，所述三极管q2的基极同时与所述电阻r14的一端、所述电容c11的一端和所述电阻r13的一端连接，所述三极管q2的集电极同时与所述电容c12的一端和所述电阻r16的一端连接，所述三极管q2的发射极同时与所述电阻r15的一端和所述电容c13的一端连接，所述电阻r13的另一端同时与所述电阻r15的另一端和所述电容c13的另一端连接，所述电阻r14的另一端和所述电阻r16的另一端连接。

在一个实施例中，所述解调模块包括：集成中频放大器u3、电阻r8、电阻r9、电容c7、二极管d4、电容c9、电阻r10、电阻r11、电阻r12、电容c10、电容c8；其中，所述集成中频放大器u3的2号引脚与所述电阻r11的一端连接，所述集成中频放大器u3的1号引脚同时与所述电阻r11的一端和所述电阻r12的一端连接，所述集成中频放大器u3的3号引脚与4号引脚、5号引脚连接，所述集成中频放大器u3的7号引脚同时与所述电阻r10的一端和所述电容c9的一端连接，所述集成中频放大器u3的6号引脚与所述电阻r6的一端连接，所述电阻r9的另一端与所述电阻r8的一端和所述电容c7的一端连接，所述集成中频放大器u3的8号引脚、9号引脚与所述电容c8的一端连接，所述电容c8的另一端与所述电容c10的一端连接，所述集成中频放大器u3的10号引脚同时与所述电阻r8的另一端、所述电容c7的另一端、所述二极管d4的正极、所述电容c9的另一端、所述电阻r10的另一端、所述电阻r12的另一端和所述电容c10的另一端连接。

在一个实施例中，所述温度检测模块包括：三极管q3、发光二极管d4、电阻r17、二极管d5、滑动变阻器rv2、三极管q4、电阻r18、热敏电阻rt1、电阻r19、电容c14，其中，所述三极管q3的基极与所述电阻r17的一端连接，所述三极管q3的集电极与所述发光二极管d4的正极连接，所述电阻r17的另一端同时与所述电阻r18的一端和所述三极管q4的集电极连接，所述三极管q4的基极同时与所述热敏电阻rt1的正极和所述电阻r19的一端连接，所述三极管q4的发射极与所述滑动变阻器rv2的可调端连接，所述二极管d5的负极与所述滑动变阻器rv2的一端连接，所述发光二极管d4的负极同时与所述滑动变阻器rv2的另一端、所述电阻r19的另一端和所述电容c14的一端连接，所述三极管q3的发射极同时与所述二极管d5的正极、所述电阻r18的另一端、所述热敏电阻rt1的负极和所述电容c14的另一端连接。

在一个实施例中，所述噪声检测模块包括：电阻r21、电容c19、传感器a1、电容c17、放大器u4、放大器u5、滑动变阻器rv3、二极管d8、电阻r20、电容c18、二极管d7、三极管q5、发光二极管d6、电容c16、电容c15；其中，所述传感器a1的一端同时与所述电容c19的一端和所述电阻r21的一端连接，所述传感器a1的另一端分别与所述电容c17的一端、所述电容c18的一端、所述二极管d7的正极和所述电容c16的一端连接，所述放大器u5的5号引脚与所述电容c19的另一端连接，所述放大器u4的6号引脚同时与所述电容c17的另一端和所述滑动变阻器rv3的一端、可调端连接，所述放大器u4的7号引脚同时与所述二极管d8的正极和所述滑动变阻器rv3的另一端连接，所述放大器u5的3号引脚同时与所述二极管d8的负极和所述电容c18的一端连接，所述放大器u5的2号引脚同时与所述二极管d7的负极和所述电阻r20的一端连接，所述放大器u5的1号引脚与所述三极管q5的基极连接，所述放大器u5的11号引脚同时与所述电阻r20的另一端、所述电阻r21的另一端、所述放大器u4的11号引脚和所述电容c15的一端连接，所述放大器u5的4号引脚分别与所述放大器u4的4号引脚、所述发光二极管d6的负极和所述电容c16的另一端连接，所述三极管q5的发射极与所述发光二极管d6的正极连接。

一种光电传感器开关监测保护电路的监测方法，其特征在于，包括：

步骤1、用代数方程与特性曲线形式表示静态特性重复性测试的数据，从而根据公式表示，输出最大不重复误差用∆max表示，满量程输出值用yfs表示；

步骤2、根据不重复性的性质，根据极限误差式可以得出；

步骤3、根据传感器频率响应特性，由于不重复性存在误差的一致性，所以频率动态特性影响着静态特性，从而根据傅氏变换，得到表示频率响应，表示周期响应，表示时间响应，表示输入输出幅度比值，从而得到：

步骤4、频率响应是一个复函数，表示实部频率响应，表示虚部频率响应，从而可以得到：

式中，可以得出传感器的输入信号与输出信号的幅度比值是根据频率的大小变换而变换，从而可以得出传感器的动态特性影响着静态特性。

在一个实施例中，根据所述步骤2进一步为；

步骤2-1、根据静态特性随机误差的存在性质，重复性离散程度的校准数据随着校准次数的增加而产生变换，所以最大偏差值与最小偏差值也不一样；从而，将重复性误差用ex表示，则得到；

式中，表示标准偏差；

步骤2-2、根据测量次数与单次测量值以及测量平均值的不同，将单次测量值用yi表示，测量平均值用yt表示，测量次数用n表示，则得到；

式中，输入多次输入相同的测试值，从而输出的特性曲线越重合，从而得到的误差越小。

有益效果：本发明涉及一种光电传感器开关监测保护电路及监测方法，通过监测保护单元进行外部环境的监测，温度检测模块通过热敏电阻进行外部环境以及光电开关的温度检测，保证外部环境不会影响到设备的正常工作，从而进行设备供电，同时监测光电开关的温度，防止长时间工作出现设备温度过高产生的开关失灵；噪声检测模块进行工作环境的噪声音频检测，同时并提醒工作人员进行降噪；保证设备的正常工作，从而解决光电传感器开关的误触情况。

附图说明

图1是本发明的工作流程图。

图2是本发明的整流稳压模块电路图。

图3是本发明的调制模块电路图。

图4是本发明的放大模块电路图。

图5是本发明的解调模块电路图。

图6是本发明的温度检测模块电路图。

图7是本发明的噪声检测模块电路图。

图8是本发明的静态特性重复性测量曲线图。

具体实施方式

如图1所示，在该实施例中，一种光电传感器开关监测保护电路，包括：电源单元、信号发射单元、信号接收单元、以及监测保护单元；其中，所述监测保护单元还包括：噪声检测模块和温度检测模块；

所述电源单元将将电压输入设备，并通过整流稳压模块进行交流电转换为直流电和稳定输出电压；

所述信号发射单元将采集的信号通过调制模块将信号用基带脉冲对载波波形进行控制，从而符合信号发射管的发射标准；

所述信号接收单元通过将接收的光脉冲利用解调模块转换为电脉冲信号，同时将坚接收信号利用放大模块进行信号放大，并传输至负载；

所述监测保护单元利用噪声检测模块和温度检测模块进行外部环境检测，从而保证外部环境不会影响传感器的正常工作。

如图2所示，所述整流稳压模块包括：变压器tr1、熔断器fu1、桥式稳压二极管br1、电容c1、二极管d1、稳压器u1、滑动变阻器rv1、三极管q1、电容c2、极性电容c3、电阻r1、电阻r2。

在进一步的实施例中，所述变压器tr1的正极输入端与所述熔断器fu1的一端连接，所述变压器tr1的负极输入端与电源连接，所述熔断器fu1的另一端与电源连接，所述变压器tr1的正极输出端与所述桥式稳压二极管br1的正极输入端连接，所述变压器tr1的负极输出端与所述桥式稳压二极管br1的负极输入端连接，所述桥式稳压二极管br1的负极输出端同时与所述电容c1的一端、所述三极管q1的发射极、所述滑动变阻器rv1的可调端和所述电阻r2的一端连接，所述桥式稳压二极管br1的正极输出端分别于所述电容c1的另一端、所述稳压器u1的1号引脚和所述二极管d1的正极连接，所述稳压器u1的2号引脚同时与所述滑动变阻器rv1的一端、所述三极管q1的集电极、所述电阻r1的一端和所述电阻r2的另一端连接，所述三极管q1的基极与所述滑动变阻器rv1的另一端连接，所述稳压器u1的3号引脚同时与所述电容c2的一端、所述二极管d1的负极、所述极性电容c3的正极和所述电阻r1的另一端连接，所述极性电容c3的负极和所述电容c2的另一端连接且接地。

在更进一步的实施例中，电压通过变压器tr1进行交流电变换成直流电、并传输至桥式稳压二极管br1，进行桥式整流，同时电容c1进行滤波，且电压通过二极管d1进行传输，稳压器u1进行电压稳定，从而满足设备工作需求，滑动变阻器rv1进行电路阻抗的调控，从而输出的电流符合工作指标，同时三极管q1进行电压的截止与导通，进行开关作用电阻r1与电阻r2进行保护输出。

如图3所示，所述调制模块包括：电阻r3、电阻r4、电阻r5、运算放大器u2、电容c5、电阻r6、电容c4、二极管d2、电容c6、电阻r7、二极管d3。

在进一步的实施例中，所述运算放大器u2的1号引脚、2号引脚与所述电阻r3的一端连接，所述电阻r3的另一端接工作电压，所述运算放大器u2的3号引脚同时与所述电阻r4的一端、所述电阻r5的一端、所述电阻r6的一端、所述电阻r7的一端和所述二极管d2的正极连接，所述运算放大器u2的6号引脚与所述电容c4的一端连接且输入15v电压，所述运算放大器u2的4号引脚与所述电容c5的一端连接且输出15电压，所述运算放大器u2的5号引脚同时与所述电容c6的一端、所述二极管d2的负极和所述二极管d3的正极连接，所述电容c6的另一端与所述电阻r6的另一端连接，所述二极管d3的负极与所述电阻r7的另一端连接且输出。

在更进一步的实施例中，利用运算放大器u2，从而以降低二极管，达到接近理想的零电平，二极管d2防止运算放大器u2的输出端偏移，从而低于二极管d3的0.3v，产生压降状态，压降状态不会出现在输出路；从而实现信号幅度的百分百调制，同时电阻r4与电阻r5进行信号输入保护，电阻r3进行工作电压输入保护，二极管d3进行信号的导通。

如图4所示，所述放大模块包括：三极管q2、电阻r14、电阻r15、电阻r13、电阻r16、电容c11、电容c12、电容c13。

在进一步的实施例中，所述三极管q2的基极同时与所述电阻r14的一端、所述电容c11的一端和所述电阻r13的一端连接，所述三极管q2的集电极同时与所述电容c12的一端和所述电阻r16的一端连接，所述三极管q2的发射极同时与所述电阻r15的一端和所述电容c13的一端连接，所述电阻r13的另一端同时与所述电阻r15的另一端和所述电容c13的另一端连接，所述电阻r14的另一端和所述电阻r16的另一端连接。

在更进一步的实施例中，通过三极管q2进行信号放大，信号将通过电容c11进入模块电路，电阻r13与电阻r14并联进行稳定，通过三极管q2的基极流入，同时电阻r16提高阻抗，保护输入电压，经过三极管q2的集电极进入，从而进行信号放大，通过三极管q2的发射极进行输出，从而实现信号放大。

如图5所示，所述解调模块包括：集成中频放大器u3、电阻r8、电阻r9、电容c7、二极管d4、电容c9、电阻r10、电阻r11、电阻r12、电容c10、电容c8。

在进一步的实施例中，所述集成中频放大器u3的2号引脚与所述电阻r11的一端连接，所述集成中频放大器u3的1号引脚同时与所述电阻r11的一端和所述电阻r12的一端连接，所述集成中频放大器u3的3号引脚与4号引脚、5号引脚连接，所述集成中频放大器u3的7号引脚同时与所述电阻r10的一端和所述电容c9的一端连接，所述集成中频放大器u3的6号引脚与所述电阻r6的一端连接，所述电阻r9的另一端与所述电阻r8的一端和所述电容c7的一端连接，所述集成中频放大器u3的8号引脚、9号引脚与所述电容c8的一端连接，所述电容c8的另一端与所述电容c10的一端连接，所述集成中频放大器u3的10号引脚同时与所述电阻r8的另一端、所述电容c7的另一端、所述二极管d4的正极、所述电容c9的另一端、所述电阻r10的另一端、所述电阻r12的另一端和所述电容c10的另一端连接。

在更进一步的实施例中，信号通过放大模块进行后，传输至集成中频放大器u3进行解调，同时信号通过输入集成中频放大器u3，利用电阻r11与电阻r12进行电路的阻抗增大，从而保护传输信号质量，电容c9与电阻r10进行减小对高频信号的阻抗，从而提高信号的上升速度，加快响应速度；电阻r8与电阻r9并联进行分流作用，二极管d4进行导通输出，其中电容c10进行滤波，保证电流质量，减少干扰。

如图6所示，所述温度检测模块包括：三极管q3、发光二极管d4、电阻r17、二极管d5、滑动变阻器rv2、三极管q4、电阻r18、热敏电阻rt1、电阻r19、电容c14，。

在进一步的实施例中，所述三极管q3的基极与所述电阻r17的一端连接，所述三极管q3的集电极与所述发光二极管d4的正极连接，所述电阻r17的另一端同时与所述电阻r18的一端和所述三极管q4的集电极连接，所述三极管q4的基极同时与所述热敏电阻rt1的正极和所述电阻r19的一端连接，所述三极管q4的发射极与所述滑动变阻器rv2的可调端连接，所述二极管d5的负极与所述滑动变阻器rv2的一端连接，所述发光二极管d4的负极同时与所述滑动变阻器rv2的另一端、所述电阻r19的另一端和所述电容c14的一端连接，所述三极管q3的发射极同时与所述二极管d5的正极、所述电阻r18的另一端、所述热敏电阻rt1的负极和所述电容c14的另一端连接。

在更进一步的实施例中，温度检测模块利用桥接方式进行设备工作环境的温度检测，热敏电阻rt1作为一只桥臂，如果超过工作设备预先设定的工作温度，则发光二极管d4发光，从而提醒工作人员，外部温度过高，同时利用滑动变阻器rv2进行预定电压，如果高于工作电压，则三极管q4导通，从而三极管q3也进行导通，同时发光二极管d4继续导通发光，反之，当小于工作电压时，三极管q3与三极管q4都截止，从而发光二极管d4熄灭，从而光电开关进行工作；同时二极管d5进行减小电源电压，从而减小漂移的产生。

如图7所示，所述噪声检测模块包括：电阻r21、电容c19、传感器a1、电容c17、放大器u4、放大器u5、滑动变阻器rv3、二极管d8、电阻r20、电容c18、二极管d7、三极管q5、发光二极管d6、电容c16、电容c15。

在进一步的实施例中，所述传感器a1的一端同时与所述电容c19的一端和所述电阻r21的一端连接，所述传感器a1的另一端分别与所述电容c17的一端、所述电容c18的一端、所述二极管d7的正极和所述电容c16的一端连接，所述放大器u5的5号引脚与所述电容c19的另一端连接，所述放大器u4的6号引脚同时与所述电容c17的另一端和所述滑动变阻器rv3的一端、可调端连接，所述放大器u4的7号引脚同时与所述二极管d8的正极和所述滑动变阻器rv3的另一端连接，所述放大器u5的3号引脚同时与所述二极管d8的负极和所述电容c18的一端连接，所述放大器u5的2号引脚同时与所述二极管d7的负极和所述电阻r20的一端连接，所述放大器u5的1号引脚与所述三极管q5的基极连接，所述放大器u5的11号引脚同时与所述电阻r20的另一端、所述电阻r21的另一端、所述放大器u4的11号引脚和所述电容c15的一端连接，所述放大器u5的4号引脚分别与所述放大器u4的4号引脚、所述发光二极管d6的负极和所述电容c16的另一端连接，所述三极管q5的发射极与所述发光二极管d6的正极连接。

在更进一步的实施例中，传感器a1通过接入工作电压进行工作，电容c19与电阻r21进行提高信号传输速度，信号通过放大器u4进行放大，从而滑动变阻器rv3进行调整工作阻抗，并将信号同时二极管d8进行导通输出，此时，电流通过电容c18进行滤波，阻抗保证工作的安全性与信号质量，信号通过放大器u5进行检测比较，电感温度信号大于工作预定值时，则输出至三极管q5进行导通输出，同时发光二极管d6发光，提醒工作人员，反之，则通过电容c15进行输出保护，光电开关进行工作。

一种光电传感器开关监测保护电路的监测方法，其特征在于，包括：

步骤1、用代数方程与特性曲线形式表示静态特性重复性测试的数据，从而根据公式表示，输出最大不重复误差用∆max表示，满量程输出值用yfs表示；

步骤2、根据不重复性的性质，根据极限误差式可以得出；

步骤3、根据传感器频率响应特性，由于不重复性存在误差的一致性，所以频率动态特性影响着静态特性，从而根据傅氏变换，得到表示频率响应，表示周期响应，表示时间响应，表示输入输出幅度比值，从而得到：

步骤4、频率响应是一个复函数，表示实部频率响应，表示虚部频率响应，从而可以得到：

式中，可以得出传感器的输入信号与输出信号的幅度比值是根据频率的大小变换而变换，从而可以得出传感器的动态特性影响着静态特性。

在更进一步的实施例中，根据所述步骤2进一步为；

步骤2-1、根据静态特性随机误差的存在性质，重复性离散程度的校准数据随着校准次数的增加而产生变换，所以最大偏差值与最小偏差值也不一样；从而，将重复性误差用ex表示，则得到；

式中，表示标准偏差；

步骤2-2、根据测量次数与单次测量值以及测量平均值的不同，将单次测量值用yi表示，测量平均值用yt表示，测量次数用n表示，则得到；

式中，输入多次输入相同的测试值，从而输出的特性曲线越重合，从而得到的误差越小。

工作原理：本发明通过对光电传感器开关工作前，先进行外部温度与噪声质量进行检测，通过噪声检测模块进行外部噪声检测，温度检测模块进行温度检测，同时将信号传输至控制终端，提醒工作人员，同时当符合工作条件时，通过电源单元进行电路及设备供电，同时整流稳压模块进行电路电流的变换和电压温度，使输入电压为正常工作电压，从而消除电压过大，导致的元器件损坏，其中熔断器fu1进行保护，当电压过高时，会使熔断器fu1进行损坏，从而自动关闭电源；信号发射单元将采集的光信号转换成电信号并通过调制模块进行信号调制，使信号频率满足输出调节，并通过发射管发送至信号接收单元，且将接收信号通过放大模块进行信号稳定，同时信号减少在电路传输的损耗，解调模块将信号进行分解，同时当满足开关触发条件时，将使光电传感器开关打开，负载设备进行工作。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。