零盲區(qū)漫反射式光電傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種零盲區(qū)漫反射式光電傳感器，包括鏡架，鏡架內(nèi)設有接收透鏡腔以及發(fā)射透鏡腔，所述接收透鏡腔內(nèi)設有支架、接收透鏡、屏蔽遮光板以及接收管，所述接收透鏡設于支架上，所述屏蔽遮光板以及接收管依次設于接收透鏡的后側(cè)，所述接收透鏡腔內(nèi)還設有垂直移動機構(gòu)，所述垂直移動機構(gòu)與所述支架相連；所述屏蔽遮光板的透光孔的開度與接收透鏡的垂直移動范圍相對應；所述接收管采用大感光區(qū)域接收管；所述接收管的軸線位置與透光孔的上沿位置相對應。通過垂直調(diào)節(jié)機構(gòu)帶動接收透鏡移動，使接收的成像光斑移動，來改變接收光斑到達接收管的比例。
【專利說明】零盲區(qū)漫反射式光電傳感器
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及漫反射式光電傳感器，更具體地說，是涉及一種零盲區(qū)漫反射式光電傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]漫反射式光電傳感器，是發(fā)射器和接收器置于一體，正常情況下接收器收不到發(fā)射器發(fā)出的光信號，當檢測物進入檢測范圍時，發(fā)射光線射到其表面，形成漫反射效果，部分光線被反射回來，接收器收到光信號，輸出一個開關(guān)控制信號。漫反射光電傳感器具有距離調(diào)節(jié)功能，在工業(yè)控制現(xiàn)場或其它應用場合需要進行檢測距離調(diào)節(jié)，確定檢測范圍，其實現(xiàn)方式是通過調(diào)節(jié)接收端靈敏度，改變檢測距離。
[0003]現(xiàn)有漫反射式光電傳感器都存在檢測盲區(qū)，即不能識別目標的范圍，例如:當傳感器檢測距離設定為10cm，理想狀態(tài)是IOcm以內(nèi)的所有區(qū)域都可以檢測到物體，但物體靠得過進時，光線反射回路被鏡架遮擋，形成一個檢測盲區(qū)，可能在小于3cm區(qū)域內(nèi)的物體就無法正常檢測，對于不同規(guī)格的漫反射式光電傳感器檢測盲區(qū)大小不同，但是普遍存在，傳感器檢測盲區(qū)在使用過程中如果不加注意，可能造成檢測的遺漏，一些檢測盲區(qū)較大的傳感器應用場合就會受到很多限制，給使用帶來很大的不便。
[0004]如圖1所示，其中11為接收管、12為發(fā)射管、13為接收透鏡、14為發(fā)射透鏡、15為鏡架、16為濾光片、17為接收電路、18為增益調(diào)整電路、19為放大電路、20為濾波電路、21為邏輯控制電路、22為發(fā)射電路、23為電源和輸出電路，其中，
[0005]1、邏輯控制電路部分:實現(xiàn)發(fā)射信號生成，接收信號的處理，輸出狀態(tài)控制等功倉泛;
[0006]2、發(fā)射電路部分:發(fā)射電路將發(fā)射信號進行電流放大，驅(qū)動發(fā)射管，發(fā)射管發(fā)射紅色或者紅外光脈沖；
[0007]3、接收電路:接收管與接收電路，將反射回來的光信號轉(zhuǎn)換為電流信號，放大電路將電流信號進行電壓轉(zhuǎn)換和放大，通過電位器調(diào)節(jié)放大信號的增益，以改變傳感器檢測距離。
[0008]圖中當檢測距離小于目標物I的位置時，反射到接收管上的光線就會被鏡架中間的光線隔離部分所遮擋，形成無法檢測目標物的盲區(qū)，現(xiàn)有方案的漫反射式光電傳感器都無法完全將其消除，僅有幾款不具有發(fā)射和接收透鏡的傳感器，直接將發(fā)射和接收管緊貼濾光片，才做到了零盲區(qū)效果，這樣由于沒有透鏡聚集，距離會衰減很多，而且發(fā)射角度太大，無法檢測細小物體，接收角度也較大，環(huán)境光干擾會直接引入。
[0009]再請參見圖2所示，當目標物體遠離傳感器時，成像點會向下移動，如圖2中3點位置，反射光的成像點過于偏下，被屏蔽遮光板遮擋，無法成像到接收管，因此3點位置已超出傳感器檢測范圍。
[0010]再請參見圖3所示，圖中A點為盲區(qū)臨界點，由于鏡架中間不透光，當目標物在B點時，如反射光學B，攝入透鏡的法線角度會變大，而且位置會上移，透鏡后的成像點如圖光學b所指示位置，已經(jīng)超出接收管感光區(qū)域。
[0011]另外，采用電位器進行距離調(diào)節(jié)弊端較多:在小型光電傳感器中，如外形規(guī)格為31*20*llmm的漫反射方形光電傳感器，由于空間有限，距離調(diào)節(jié)都是選用單圈電位器，調(diào)節(jié)精度不高，很難將距離調(diào)得很精準，另外電位器要放在便于設置的位置，而傳感器放大電路是在接收端信號敏感的位置，電位器在PCB板上的位置與運放電路是分離的，原本屏蔽完好的運放電路引入了外界干擾，屏蔽設計難度會增加很多，而且需要濾波電路處理。
[0012]總之，由于漫反射式光電傳感器應用范圍很廣泛，用量巨大，需要有更高的產(chǎn)品性能和更低價位的整體解決方案，適應市場需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的接收透鏡采用固定結(jié)構(gòu)而導致接收管接收不到目標物在現(xiàn)有盲區(qū)的反射信號的問題，本發(fā)明的目的是提供一種零盲區(qū)漫反射式光電傳感器。
[0014]為達到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
[0015]一種零盲區(qū)漫反射式光電傳感器，包括鏡架，鏡架內(nèi)設有接收透鏡腔以及發(fā)射透鏡腔，所述接收透鏡腔內(nèi)設有支架、接收透鏡、屏蔽遮光板以及接收管，所述接收透鏡設于支架上，所述屏蔽遮光板以及接收管依次設于接收透鏡的后側(cè)，
[0016]所述接收透鏡腔內(nèi)還設有垂直移動機構(gòu)，所述垂直移動機構(gòu)與所述支架相連；
[0017]所述屏蔽遮光板的透光孔的開度與接收透鏡的垂直移動范圍相對應；
[0018]所述接收管采用大感光區(qū)域接收管；所述接收管的軸線位置與透光孔的上沿位置相對應。
[0019]所述垂直移動機構(gòu)包括帶有外螺紋的調(diào)節(jié)螺桿，所述支架的上端開設有通孔，通孔內(nèi)設有內(nèi)螺紋，所述調(diào)節(jié)螺桿與通孔通過螺紋相連。
[0020]所述支架的兩側(cè)分別設有圓柱形小凸臺，所述接收透鏡腔的內(nèi)側(cè)壁上設有數(shù)量與圓柱形小凸臺相一致的長方形的導滑孔，所述小凸臺設于相對應的導滑孔內(nèi)。
[0021]所述圓柱形小凸臺的數(shù)量為4個。
[0022]所述垂直移動機構(gòu)的移動范圍是:以所述接收透鏡腔以及發(fā)射透鏡腔之間的隔板為起點向上移動0-2.5mm。
[0023]所述調(diào)節(jié)螺桿的外螺紋的數(shù)量為8個，所述調(diào)節(jié)螺桿的移動范圍是:以所述接收透鏡腔以及發(fā)射透鏡腔之間的隔板為起點向上移動0-2.5mm。
[0024]還包括接收電路、放大電路、單片機以及發(fā)射電路，所述接收管依次通過接收電路以及放大電路與單片機相連；所述單片機通過發(fā)射電路與發(fā)射管相連。
[0025]與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用本發(fā)明的一種零盲區(qū)漫反射式光電傳感器具有以下的有益效果:
[0026]I)現(xiàn)有的漫反射式光電傳感器是采用電路參數(shù)調(diào)節(jié)，實現(xiàn)檢測距離調(diào)節(jié)功能，而本發(fā)明采用了一種新的實現(xiàn)方案，通過垂直移動機構(gòu)帶動接收透鏡移動，使接收的成像光斑移動，來改變接收光斑到達接收管的比例，實現(xiàn)距離調(diào)節(jié)功能，同時機械調(diào)節(jié)為多圈調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)精度上提聞很多；
[0027]2)由于結(jié)構(gòu)上透鏡的移動，改變了固定模式的成像角度，本發(fā)明在設計上針對形成光學盲區(qū)的光路進行了改進，實現(xiàn)了零檢測盲區(qū)的效果。【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1為現(xiàn)有技術(shù)的漫反射式光電傳感器的原理示意圖；
[0029]圖2為圖1中的接收透鏡在檢測不同距離的目標物體時的檢測示意圖；
[0030]圖3為圖1中的盲區(qū)形成示意圖；
[0031]圖4為本發(fā)明的光路部分的原理示意圖；
[0032]圖5為圖4中的支架的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖6為圖1中的鏡架的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖7為本發(fā)明的接收透鏡在檢測不同距離的目標物體時的檢測示意圖；
[0035]圖8為本發(fā)明的接收透鏡在檢測圖3中的盲區(qū)內(nèi)的目標物體的檢測示意圖；
[0036]圖9為本發(fā)明的一種零盲區(qū)漫反射式光電傳感器的原理示意圖；
[0037]圖10為本發(fā)明的一種零盲區(qū)漫反射式光電傳感器的電路示意圖；
[0038]圖11為本發(fā)明的單片機軟件的穩(wěn)定檢測處理算法的流程圖。
【具體實施方式】
[0039]下面結(jié)合附圖和實施例進一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0040]請參閱圖4、圖5、圖6所示的一種零盲區(qū)漫反射式光電傳感器，包括鏡架31，鏡架31內(nèi)設有接收透鏡腔32以及發(fā)射透鏡腔33，接收透鏡腔32內(nèi)設有支架34、接收透鏡35、屏蔽遮光板36以及接收管37，接收透鏡35設于支架34上，屏蔽遮光板36以及接收管37依次設于接收透鏡35的后側(cè)，接收透鏡腔32內(nèi)還設有垂直移動機構(gòu)50，垂直移動機構(gòu)50與支架34相連；還包括設于零盲區(qū)漫反射式光電傳感器外端的濾光片41，設于發(fā)射透鏡腔33內(nèi)的發(fā)射透鏡43以及發(fā)射管42 ；
[0041]垂直移動機構(gòu)50例如可以采用這樣的結(jié)構(gòu)，即包括帶有8個外螺紋的調(diào)節(jié)螺桿38，支架34的上端的兩L型腳的內(nèi)側(cè)開設有通孔，通孔內(nèi)設有內(nèi)螺紋，調(diào)節(jié)螺桿38與通孔通過螺紋相連。調(diào)節(jié)螺桿的螺紋端可以旋入通孔內(nèi)側(cè)的螺牙中，從而驅(qū)動接收透鏡移動；調(diào)節(jié)螺桿順時針方向旋轉(zhuǎn)，透鏡就向上移動f ;逆時針方向旋轉(zhuǎn)，透鏡就向下移動f ;需要說明的是，接收透鏡的移動范圍是:以接收透鏡腔以及發(fā)射透鏡腔之間的隔板44為起點向上移動0-2.5mm,當調(diào)節(jié)螺桿38旋轉(zhuǎn)一圈，則接收透鏡就移動一個螺距，依次類推直至調(diào)節(jié)到最大值處53 (對應于2.5mm處)或中間值處52 (對應于1.25mm處)或最小值處51 (對應于Omm 處)。
[0042]這樣，通過調(diào)節(jié)螺桿38可以調(diào)節(jié)7.5圈，與現(xiàn)有技術(shù)中的電位器的270°調(diào)節(jié)范圍相一致，相當于調(diào)節(jié)精度提高了 10倍，使得傳感器距離設定更可靠，可以應用于需要精確設定檢測距離的場合。需要說明的是，在相同的垂直移動范圍內(nèi)，隨著調(diào)節(jié)螺桿38的外螺紋數(shù)增加，調(diào)節(jié)精度也隨之增加。
[0043]較佳地，支架34的兩側(cè)分別設有2個圓柱形小凸臺39，接收透鏡腔內(nèi)側(cè)壁上設有4個長方形的導滑孔40，小凸臺設于相對應的導滑孔40內(nèi)，當小凸臺裝入導滑孔后，通過旋動調(diào)節(jié)螺桿驅(qū)動接收透鏡直線往復移動，從而實現(xiàn)距離調(diào)節(jié)的功能；導滑孔正好與透鏡小凸臺匹配，確保透鏡在移動時不會上下晃動及左右擺動，以確保透鏡的移動精度。
[0044]屏蔽遮光板36的透光孔的開度與接收透鏡35的垂直移動范圍相對應；屏蔽遮光板36為金屬件，對接收部分電路起到電磁屏蔽作用，另外，在本發(fā)明中重點利用了其遮光作用。距離調(diào)節(jié)實現(xiàn)如下:根據(jù)幾何光學透鏡成像原理，模擬不同物體經(jīng)過透鏡后成像點的位置移動。
[0045]接收管37采用大感光區(qū)域接收管；所述接收管的軸線位置與透光孔的上沿位置相對應。
[0046]當接收透鏡35位置上移時，成像點也會跟隨其上移，重新回到接收管可接收區(qū)域，這樣在圖2中的3點位置傳感器就可以檢測，從而通過透鏡調(diào)節(jié)增加了檢測距離，具體見圖7所示。
[0047]本發(fā)明為了消除盲區(qū)，設計上有兩點不同，如圖8所述，做了兩點改進，圖中的I處將屏蔽遮光板36的開孔進行了上移；圖中的2處將接收管位置進行了上移，并且將接收管選用大感光區(qū)域的器件。這樣同樣在圖3中的B位置反射回來的光線也能落在接收管感光區(qū)域，即使物體再靠傳感器，成像點再向上移動，設計上也能保證落在接收管區(qū)域內(nèi)，這樣就將原方案中的盲區(qū)改進為了可檢測區(qū)域，實際測試，當物體緊靠傳感器濾光片41時都能可靠檢測。
[0048]可見，本發(fā)明中的透鏡調(diào)節(jié)方案才能實現(xiàn)這樣的盲區(qū)消除改進，如圖8中所示，接收透鏡的中心與接收管的中心不在同一水平高度。而現(xiàn)有技術(shù)中的電位器距離調(diào)節(jié)式的光電傳感器無法設計成這種零盲區(qū)的光線結(jié)構(gòu)。
[0049]在請參見圖9所示，還包括接收電路、放大電路、單片機以及發(fā)射電路，所述接收管依次通過接收電路以及放大電路與單片機相連；所述單片機通過發(fā)射電路與發(fā)射管相連。其采用低成本的處理電路，實現(xiàn)了脈沖式發(fā)射，發(fā)射透鏡將光線匯聚成平行光束，提高光軸方向上的光強，光線遇到目標物可以反射回來，接收透鏡將光線聚集到一倍焦距處的接收管上，接收電路對信號進行放大處理，由單片機完成信號的分析判斷，控制輸出和指示電路響應檢測結(jié)果，從而完成漫反射式光電傳感器的整個檢測過程。特別為接收透鏡設計了機械式調(diào)節(jié)機構(gòu)，實現(xiàn)傳感器檢測距離調(diào)節(jié)功能。
[0050]本發(fā)明的電子電路部分采用單片機實現(xiàn)發(fā)射信號生成，接收信號的處理功能，輸出狀態(tài)控制等；發(fā)射電路完成發(fā)射驅(qū)動，發(fā)射選用了點光源LED，為660nm可見紅光；接收電路，接收管是感光區(qū)域較大的高性價比的貼片光敏二極管，放大部分得到了簡化，去掉了增益調(diào)整電位器，從而降低了干擾信號的引入，也因此取消了濾波電路部分，具體見圖10所示。圖中的ICl為一款低成本的單片機，選用了一款Microchip在2013最新推向市場的低價值的單片機PIC16F527，D3為發(fā)射管，三極管T3的導通有單片機控制，D4為接收管，接收信號通過兩級運算放大電路處理后進入ICl的15引腳，由單片機完成信號的處理和分析，單片機軟件處理時設計了穩(wěn)定檢測處理算法，此算法是通過累加求和的方式，對輸出結(jié)果進行多次判斷，為了提高檢測速率，使用數(shù)組移動的方式，記錄連續(xù)七個檢測周期的結(jié)果，再根據(jù)sum的值綜合判斷檢測結(jié)果，這樣可以消除因為一次或兩次誤檢測造成的不穩(wěn)定現(xiàn)象。具體見圖11所示。
[0051]總之，本發(fā)明省去了電位器，而且簡化電路，選用了低價位的電路實現(xiàn)方案，應用于批量生產(chǎn)時成本節(jié)約效果顯著，本發(fā)明技術(shù)首先應用于外形規(guī)格為31*20*llmm的方形漫反射式光電傳感器，檢測距離30cm，這是應用最為廣泛的光電傳感器規(guī)格之一。另外，本發(fā)明還消除了傳感器的檢測盲區(qū)，提高了傳感器的使用可靠性，這是常規(guī)方案中一直很難解決的技術(shù)難點。
[0052]本【技術(shù)領域】中的普通技術(shù)人員應當認識到，以上的實施例僅是用來說明本發(fā)明的目的，而并非用作對本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實質(zhì)范圍內(nèi)，對以上所述實施例的變化、變型都將落在本發(fā)明的權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種零盲區(qū)漫反射式光電傳感器，包括鏡架，鏡架內(nèi)設有接收透鏡腔以及發(fā)射透鏡腔，所述接收透鏡腔內(nèi)設有支架、接收透鏡、屏蔽遮光板以及接收管，所述接收透鏡設于支架上，所述屏蔽遮光板以及接收管依次設于接收透鏡的后側(cè)，其特征在于: 所述接收透鏡腔內(nèi)還設有垂直移動機構(gòu)，所述垂直移動機構(gòu)與所述支架相連； 所述屏蔽遮光板的透光孔的開度與接收透鏡的垂直移動范圍相對應； 所述接收管采用大感光區(qū)域接收管；所述接收管的軸線位置與透光孔的上沿位置相對應。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的零盲區(qū)漫反射式光電傳感器，其特征在于: 所述垂直移動機構(gòu)包括帶有外螺紋的調(diào)節(jié)螺桿，所述支架的上端開設有通孔，通孔內(nèi)設有內(nèi)螺紋，所述調(diào)節(jié)螺桿與通孔通過螺紋相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的零盲區(qū)漫反射式光電傳感器，其特征在于: 所述支架的兩側(cè)分別設有圓柱形小凸臺，所述接收透鏡腔的內(nèi)側(cè)壁上設有數(shù)量與圓柱形小凸臺相一致的長方形的導滑孔，所述小凸臺設于相對應的導滑孔內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的零盲區(qū)漫反射式光電傳感器，其特征在于: 所述圓柱形小凸臺的數(shù)量為4個。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的零盲區(qū)漫反射式光電傳感器，其特征在于: 所述垂直移動機構(gòu)的移動范圍是:以所述接收透鏡腔以及發(fā)射透鏡腔之間的隔板為起點向上移動0-2.5mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的零盲區(qū)漫反射式光電傳感器，其特征在于: 所述調(diào)節(jié)螺桿的外螺紋的數(shù)量為8個，所述調(diào)節(jié)螺桿的移動范圍是:以所述接收透鏡腔以及發(fā)射透鏡腔之間的隔板為起點向上移動0-2.5mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的零盲區(qū)漫反射式光電傳感器，其特征在于: 還包括接收電路、放大電路、單片機以及發(fā)射電路，所述接收管依次通過接收電路以及放大電路與單片機相連；所述單片機通過發(fā)射電路與發(fā)射管相連。
【文檔編號】G01V8/10GK103744122SQ201310692574
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月17日
【發(fā)明者】祁偉光, 謝勇, 許用疆 申請人:上海蘭寶傳感科技股份有限公司