專利名稱：適用于衛(wèi)生設(shè)備的距離傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適用于使用位置敏感的光檢測(cè)器運(yùn)用三角學(xué)測(cè)量傳感器和待測(cè)物體之間距離的距離傳感器，和涉及使用距離傳感器適用于抽水馬桶的沖洗設(shè)備或適用于盥洗盆的洗滌設(shè)備。
本發(fā)明涉及例如自動(dòng)水龍頭、抽水馬桶沖洗設(shè)備，噴射熱水的馬桶座圈，手干燥器和裝有熱風(fēng)風(fēng)扇的抽水馬桶等衛(wèi)生設(shè)備，尤其涉及組合有距離傳感器的并使用人體檢測(cè)器之類的距離數(shù)據(jù)的衛(wèi)生設(shè)備，距離傳感器使用位置敏感的光檢測(cè)器適用三角學(xué)測(cè)量傳感器和待測(cè)物體之間的距離。
如圖2所示的距離傳感器通常用于諸如自動(dòng)聚焦攝象機(jī)和工廠中自動(dòng)線的各種場(chǎng)合中。在圖2所示的距離傳感器5中，位置敏感的光檢測(cè)器(PSD)1被用作光接收元件，和檢測(cè)在PSD1上接收到從光發(fā)射元件2發(fā)出并經(jīng)待測(cè)物體3反射而投射其上的光的該點(diǎn)位置。運(yùn)用三角原理測(cè)量距離傳感器5和待測(cè)物體3之間的距離4。在這種類型的常規(guī)距離傳感器5中所用的PSD1是例如為硅光電二極管的條形排列的光接收元件。在這種距離傳感器5中聚焦位置，即由待測(cè)物體3反射的光會(huì)聚在PSD1平面上的點(diǎn)的位置，可從由PSD1終端6，7所獲得的光電流值計(jì)算求得。從所求得的位置可計(jì)算待測(cè)物體3和距離傳感器5之間的距離4。
具體地說，從PSD1兩終端6，7獲得的電流值I1，I2被轉(zhuǎn)換為電壓值V1，V2，兩電壓值之差(V1-V2)以及之和(V1+V2)從而可求得并根據(jù)差值除以和值的結(jié)果計(jì)算距離4。
如日本專利公開號(hào)256807/1992中介紹的，這種距離傳感器例如被用于抽水馬桶的自動(dòng)沖洗設(shè)備。
然而在常規(guī)距離傳感器中，由于諸如電流/電壓變換，減和加法運(yùn)算等操作均通過使用各自的運(yùn)算放大器的模擬處理來執(zhí)行，故需要多個(gè)放大器。因此，所獲得的距離包含由運(yùn)算放大器本身所產(chǎn)生的誤差。
諸如自動(dòng)水龍頭，抽水馬桶沖洗設(shè)備，熱水噴射馬桶座圈，手干燥器和裝備有熱風(fēng)風(fēng)扇的抽水馬桶的衛(wèi)生設(shè)備，它采用距離傳感器以檢測(cè)人體等和控制電磁閥，熱風(fēng)風(fēng)扇等的驅(qū)動(dòng)運(yùn)行等等均是常規(guī)已知的。在圖2所示距離傳感器5中位置敏感的光檢測(cè)器(PSD)1用作光接收元件，檢測(cè)在PSD1上接收從光發(fā)射元件2發(fā)出并經(jīng)待測(cè)物體3反射而投射到其上的光點(diǎn)位置。
依據(jù)通過將位置敏感的光檢測(cè)器1的兩終端的光電流值輸出變換所得到的電壓值，按照三角原理計(jì)算距離傳感器5和測(cè)量物體3之間的距離4。
圖3是在常規(guī)衛(wèi)生設(shè)備中所使用的距離傳感器5的電路圖。如圖3所示，電流/電壓變換器11，12用作將從位置敏感的光檢測(cè)器1的二接線端獲得的光電流值變換為電壓值V1，V2。電流/電壓變換器41由運(yùn)算放大器OP1和電阻R1組成，而電流/電壓變換器42由運(yùn)算放大器OP2和電阻R2組成。
電容器C1與運(yùn)算放大器OP1的輸出側(cè)相連接，而電容器C2與運(yùn)算放大器OP2的輸出側(cè)相連接。積分器43與電容C1相連接，而積分器44與電容C2相連接，設(shè)置的積分器43，44使從電流/電壓變換器41，42輸出的電壓值V1，V2得以平均。電壓值V1，V2經(jīng)由積分器43，44平均后輸入至微計(jì)算機(jī)45。微計(jì)算機(jī)45按照三角原理根據(jù)經(jīng)平均后的電壓值V1，V2計(jì)算位置敏感的光檢測(cè)器1和待測(cè)物體3之間的距離4。
積分器43，44與取樣保持電路16，17是相同的，積分器43，44僅在預(yù)定的取樣時(shí)間內(nèi)對(duì)輸入電壓積分，和在保持時(shí)間內(nèi)保持電壓。
三極管Q1通過電阻R3與微計(jì)算機(jī)45相連。當(dāng)光投射脈沖從微機(jī)45輸出時(shí)，三極管Q1與光投射脈沖同步地導(dǎo)通。當(dāng)三極管Q1導(dǎo)通時(shí)，從電源VB給光發(fā)射元件2供以電流。換言之，光是間歇地從光發(fā)射元件2射出的。
從光發(fā)射元件2間歇地射出的并經(jīng)測(cè)量物體3反射后的光由位置敏感的光檢測(cè)器1間歇地接收。因此，當(dāng)光投射時(shí)從電流/電壓變換器41，42輸出的電壓值V1，V2不同于當(dāng)光未投射時(shí)的電壓值V1，V2。為此，微機(jī)45計(jì)算電壓值V1，V2在各個(gè)時(shí)間的變化，和根據(jù)此變化計(jì)算位置敏感光檢測(cè)器1和測(cè)量物體3之間距離4。
在圖3所示的距離傳感器5的電路中，從電流/電壓變換器11輸出的電壓值V1是基于與基準(zhǔn)電壓E1的差值(V1＝E1-I1，R1)，而從電流/電壓變換器12輸出的電壓值V2是基于對(duì)基準(zhǔn)電壓(E1+E2)的差值｛V2＝(E1+E2)+(I1+I).R2｝。運(yùn)算放大器OP1，OP2不能輸出低于接地電壓的電壓。此外，運(yùn)算放大器OP1，OP2不能輸出高于電源電壓VB的電壓。因此，假如來自光發(fā)射元件2的光進(jìn)入位置敏感的光檢測(cè)器1，而較強(qiáng)的干擾光也進(jìn)入位置敏感的光檢測(cè)器1，再假如從位置敏感的光檢測(cè)器1的一接線端輸出的光電流值太大，則與光電流值對(duì)應(yīng)的電壓(E1+E2)+(I1+I2).R超過電源電壓VB，因此，當(dāng)光投射時(shí)從電流/電壓變換器42輸出的電壓V2并不與從光發(fā)射元件2射出的，經(jīng)物體反射的并由位置敏感光檢測(cè)器1所接收的光成比例地變化。因此，不可能精確地計(jì)算位置敏感的光檢測(cè)器1和測(cè)量物體之間的距離。
也就是說，運(yùn)算放大器的最大輸出電壓Vout.max一般約為其所供給的電源電壓的70%。當(dāng)輸入電壓Vin低于電壓Vin.max(它產(chǎn)生最大輸出電壓Vout.max)時(shí)，輸出電壓Vout與輸入電壓Vin成比例地變化。
當(dāng)輸入電壓Vin高于電壓Vin.max時(shí)，輸出電壓Vout不與輸入電壓Vin成比例變化。
因此，輸出電壓Vout不與光檢測(cè)器1和物體之間距離成比例地變化。
本發(fā)明的一個(gè)目的是為了消除在相關(guān)技術(shù)中的上述問題和提供如下特性的距離傳感器，即它具有為特別適用于檢測(cè)在馬桶座或盥洗盆處的人體的距離傳感器所需要的測(cè)量精度，并且它能通過減少電路結(jié)構(gòu)中必須的放大器數(shù)目而減小由運(yùn)算放大器本身所產(chǎn)生的誤差。
本發(fā)明的另一目的是為了提供使用這種距離傳感器的設(shè)備。
本發(fā)明的又一目的是為消除在相關(guān)技術(shù)中的上述問題而提供能檢測(cè)人體等和精確控制電磁閥之類的衛(wèi)生設(shè)備。這是通過當(dāng)由于干擾光進(jìn)入位置敏感的光檢測(cè)器1使得電流/電壓變換器42輸出的電壓值V2超過預(yù)定值時(shí)降低光發(fā)射元件2的光照度(light projection level)，從而所接受的反射光成比例地改變電壓值V2，而不會(huì)超過基礎(chǔ)電壓(ground voltage)VB來實(shí)現(xiàn)的。
為了達(dá)到這一目的，就本發(fā)明的第一方面提供的距離傳感器包括用于向測(cè)量物體投射光的光發(fā)射元件，由位置敏感的光檢測(cè)器組成的用于按照光進(jìn)入位置敏感的光檢測(cè)器的位置，成比例地輸出從其兩末端獲得的光電電流的光接受元件，和用于處理流過位置敏感的光檢測(cè)器的公共端和兩個(gè)末端之一的光電電流的信號(hào)的信號(hào)處理電路;該信號(hào)處理電路包括用以將流過公共端和其中一個(gè)末端的光電電流變換為電壓的電流/電壓變換器，和通過計(jì)算由電流/電壓變換器獲得的各自電壓之比，用以計(jì)算流過公共端和一個(gè)末端的光電流之比的除法器，由此檢測(cè)從光發(fā)射元件射出的并經(jīng)測(cè)量物體反射的光進(jìn)入位置敏感光檢測(cè)器的位置，以便根據(jù)該位置測(cè)量距離傳感器和測(cè)量物體之間的距離。
就本發(fā)明的第二方面而言，所提供的自動(dòng)小便池沖洗設(shè)備運(yùn)用距離傳感器檢測(cè)用戶和距離傳感器之間的距離和當(dāng)用戶進(jìn)入預(yù)定距離時(shí)自動(dòng)沖洗小便池。
就本發(fā)明的第三方面，所提供的自動(dòng)抽水馬桶沖洗設(shè)備運(yùn)用距離傳感器檢測(cè)用戶和距離傳感器之間的距離和當(dāng)用戶進(jìn)入預(yù)定距離時(shí)自動(dòng)沖洗抽水馬桶。
就本發(fā)明的第四方面，所提供的自動(dòng)抽水馬桶沖洗設(shè)備運(yùn)用距離傳感器檢測(cè)用戶和距離傳感器之間的距離并當(dāng)用戶離開預(yù)定距離時(shí)自動(dòng)沖洗抽水馬桶。
就本發(fā)明的第五方面，所提供的盥洗臺(tái)的自動(dòng)盥洗設(shè)備運(yùn)用距離傳感器檢測(cè)用戶和距離傳感器之間的距離和當(dāng)用戶進(jìn)入預(yù)定距離時(shí)自動(dòng)打開水龍頭。
就本發(fā)明第六方面，所提供的盥洗臺(tái)的自動(dòng)盥洗設(shè)備運(yùn)用距離傳感器檢測(cè)用戶和距離傳感器之間的距離和當(dāng)用戶進(jìn)入預(yù)定距離時(shí)自動(dòng)吹出熱風(fēng)。
就本發(fā)明第七方面所提供的盥洗臺(tái)的自動(dòng)盥洗設(shè)備運(yùn)用距離傳感器檢測(cè)用戶和距離傳感器之間的距離并當(dāng)用戶進(jìn)入預(yù)定距離時(shí)自動(dòng)滴出皂液。
就本發(fā)明第八方面，所提供的噴射熱水的抽水馬桶具有蓋子打開機(jī)構(gòu)，它運(yùn)用距離傳感器檢測(cè)用戶和距離傳感器之間的距離并當(dāng)用戶進(jìn)入預(yù)定距離時(shí)自動(dòng)打開或合上蓋子。
就本發(fā)明的第九方面，所提供的抽水馬桶座圈打開裝置運(yùn)用距離傳感器檢測(cè)用戶和距離傳感器之間的距離和當(dāng)用戶進(jìn)入預(yù)定距離時(shí)自動(dòng)打開或合上馬桶座圈。
依照本發(fā)明的距離傳感器采用信號(hào)處理電路，用以處理流過位置敏感的光檢測(cè)器的公共端和一個(gè)終端的光電電流的信號(hào)。流信號(hào)處理電路僅僅由將流過公共端和一個(gè)終端的光電電流變換為電壓的電流/電壓變換器所組成，并省去了常規(guī)距離傳感器中所必須的加法器或減法器。因此可能減少距離傳感器中運(yùn)算放大器的數(shù)目，從而減小運(yùn)算放大器本身的誤差影響和提高測(cè)量精度。
該距離傳感器適用于開啟或停止抽水馬桶，小便池和盥洗臺(tái)的各種操作的設(shè)備。
本發(fā)明提供配置有距離傳感器的諸如自動(dòng)水龍頭，抽水馬桶沖洗設(shè)備等的衛(wèi)生設(shè)備，該距離傳感器包括用以間歇地向測(cè)量物體投射光的發(fā)光元件;作為光接收元件的位置敏感的光檢測(cè)器，它用與光進(jìn)入的位置成比例的光電流來表示;用以將位置敏感的光檢測(cè)器輸出的光電流變化為電壓的電流/電壓變換器;用于平均電流/電壓變換器輸出的各自電壓的積分器，依照三角學(xué)原理，根據(jù)平均后的電壓計(jì)算測(cè)量物體和位置敏感的光檢測(cè)器之間的距離的距離計(jì)算機(jī);和當(dāng)從其中一個(gè)電流/電壓變換器輸出的電壓超過預(yù)定值時(shí)降低發(fā)光元件的光照度的光照度降低電路。
依照有上述結(jié)構(gòu)的距離傳感器，由于當(dāng)因干擾光進(jìn)入位置敏感的光檢測(cè)器而引起輸出電壓超過預(yù)定值時(shí)，光照度降低電路按照電流/電壓變換器的輸出電壓將光照度降低至相應(yīng)照度，電壓取作正比于所接收的反射光值，因此距離計(jì)算機(jī)可以精確計(jì)算位置敏感的光檢測(cè)器和測(cè)量物體之間的距離。
圖1a是依照本發(fā)明的距離傳感器一個(gè)實(shí)施例的信號(hào)處理電路的電路圖;
圖1b是PSD的等效電路圖;
圖1c是取樣保持電路的電路圖;
圖2是距離傳感器的基本結(jié)構(gòu)的示意圖;
圖3是常規(guī)距離傳感器的電路方塊圖;
圖4是依照本發(fā)明的衛(wèi)生設(shè)備一個(gè)實(shí)施例的距離傳感器的電路方塊圖;
以下結(jié)合諸


依照本發(fā)明的距離傳感器的一個(gè)實(shí)施例。距離傳感器的基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。本發(fā)明的距離傳感器的特性在于用于處理PSD(1)輸出信號(hào)的信號(hào)處理電路8。
如圖2所示，光從發(fā)光元件2射向測(cè)量物體3，經(jīng)物體3表面反射而射向距離傳感器5。反射光在PSD1的特定位置上形成光點(diǎn)。
PSD1產(chǎn)生與光點(diǎn)所具有能量成比例的電荷。該電荷作為光電流從PSD1的兩個(gè)終端6，7輸出。
如圖1a和1b所示，兩終端6，7之一個(gè)7為接地的(從端7流出的電流值假定為I2)，而流過另一端6的電流值I1和流過公共端11的電流值I3要經(jīng)過處理。
按照PSD(1)的特性，光電流I1，I2反比于光點(diǎn)至各個(gè)終端6，7之間距離分配的，并從兩終端6，7取出。
當(dāng)光點(diǎn)最接近終端7時(shí)，從終端6或7取出的光電流值I2等于I3，而從終端6取出的光電流值I1為零。
當(dāng)光點(diǎn)形成在離終端6距離為“X2”的點(diǎn)處時(shí)，電流值I1和I3由下列方程表示I1＝I3X/L ……(1)式中“L”是終端6和7之間間隔(對(duì)應(yīng)于PSD(1)的長(zhǎng)度)。流入公共端11的電流值I3用下列方程表示I3＝I1＋I(xiàn)2
光電電流值I1，I3先分別經(jīng)由運(yùn)算放大器12，13和電阻R14，R15組成的電流/電壓變換器14，15變換為電壓值V1，V3。
運(yùn)算放大器12的反相輸入端與公共端11相連，而非反相端與電壓約為2.5V的電池E14相連。運(yùn)算放大器13的反相輸入端與終端6相連，而非反相端接地。
運(yùn)算放大器12的輸出端經(jīng)過電容C14和取樣保持電路16與微機(jī)18相連。運(yùn)算放大器13的輸出端經(jīng)過電容C15和取樣保持電路17與微機(jī)18相連。運(yùn)算放大器12，13的各個(gè)反相輸入端和輸出端分別通過電阻R14，R15連接。
如后面所述，電容C14，C15可通過取樣保持電路16，17的電池E1被再充電。
在此實(shí)施例中，距離傳感器中發(fā)光元件以脈沖模式發(fā)光。在光接收元件接收光期間，電流I3，I1不流動(dòng)，而在電容C14，C15中充電的電壓變成等于電池電壓E1每個(gè)運(yùn)算放大器12，13是日本的Hamamatsu Photonics公司型號(hào)為＃S3272的產(chǎn)品。電阻14，15的阻值為4.3MΩ。電容C14，C15的容量為0.047μF。
由于因虛擬短路，運(yùn)算放大器的反相輸入端電壓和非反相輸入端電壓是相同的，運(yùn)算放大器12的非反相輸入端電壓是E和運(yùn)算放大器13的非反相輸入端電壓是0。(E值是電池E14的電壓。)電流I3，I1沿圖1a所示箭頭方向流過電阻R14，R15。因此，運(yùn)算放大器12，13的輸出端電壓V3，V1以下列方程表示V3＝E+R14·I3V1＝R15·I1
根據(jù)上述方程，電流I3，I1可由下列方程計(jì)算I3＝ (V3- E)/(R1f) ……(2)I = (V1)/(R15) ……(3)如上所述，電壓值V3是值KI。它只取決于光點(diǎn)的直徑和光強(qiáng)，而與光點(diǎn)位置無關(guān)。由于接收光的強(qiáng)度從加法結(jié)果來判斷，可能自動(dòng)地調(diào)節(jié)光發(fā)射。例如，當(dāng)值太小時(shí)增大光強(qiáng)。
指示電壓值V3，V1的信號(hào)在由取樣保持(S.H)電路16，17調(diào)節(jié)的其輸出時(shí)間后輸入至由微機(jī)包含的除法器18。所除的值X/L如下計(jì)算(X)/(L) = (I1)/(Ia) ¨¨¨¨¨ (1)=V1R15V3-ER14]]>= (V1)/(V3- E)(∵R14= R15= 4.3MΩ)
為了獲得光點(diǎn)離終端的距離X，將[X/L]值的結(jié)果乘以L。在算出光點(diǎn)的距離X以后，可以運(yùn)用三角原理計(jì)算距離傳感器5與物體3之間的距離4。
現(xiàn)參考圖1c介釋取樣保持電路16的結(jié)構(gòu)。取樣保持電路17具有與電路16相同的結(jié)構(gòu)。
電池E1通過開關(guān)SW2與電容器C14的其中一端相連，而運(yùn)算放大器IC100的反相輸入端通過開關(guān)SW1和電阻1KΩ也和電容C14的該端相連。
運(yùn)算放大器IC100的輸出端通過容量為0.22μF的電容與運(yùn)算放大器IC100的反相輸入端相連。運(yùn)算放大器IC100的輸出端也與微機(jī)18和運(yùn)算放大器IC101的非反相輸入端相連。運(yùn)算放大器IC101的反相輸入端與電池E1相連。運(yùn)算放大器IC101的輸出端通過開關(guān)SW3，10KΩ電阻，阻值為1KΩ的電阻和容量為0.1μF的電容接地。
10KΩ電阻和1KΩ電阻的連接點(diǎn)與放大器IC100的非反相輸入端相連。
放大器Ic100為德克塞斯儀器公司(Texas)的TL082型產(chǎn)品和放大器Ic101為NEC公司μPC4570型產(chǎn)品。開關(guān)SW1，SW2和SW3由微機(jī)18的信號(hào)控制為合上和斷開。
取樣保持電路按以下動(dòng)作①當(dāng)所有開關(guān)SW1，SW2和SW3合上時(shí)，電路的模擬電平被啟動(dòng)，其輸出變?yōu)镋1(電池E1的電壓)。
②當(dāng)只有開關(guān)SW1合上和開關(guān)SW2和SW3斷開時(shí)，電壓V3被取樣。
③當(dāng)開關(guān)SW1和SW3斷開和只有開關(guān)SW2合上時(shí)，取樣電壓被保持。而在此情況下電容C14被電池E1充電。
在上述部分中，使用V1作為被除數(shù)。另一方面，可以將終端6接地，使用通過將從終端7輸出的電流值I變換為電壓值所獲得的值V。
這實(shí)施例適用于例如自動(dòng)小便池沖洗設(shè)備，當(dāng)用戶站在預(yù)定距離內(nèi)時(shí)它自動(dòng)沖洗小便池。在此情況下，由于測(cè)量距離傳感器和小便池之間距離，故可能精確地自動(dòng)沖洗小便池，而與用戶的衣服顏色等無關(guān)。
該實(shí)施例也可應(yīng)用于抽水馬桶自動(dòng)沖洗設(shè)備，通過檢測(cè)用戶和距離傳感器之間的距離，當(dāng)用戶進(jìn)入或離開預(yù)定距離時(shí)它自動(dòng)沖洗抽水馬桶。按照這種設(shè)備，由于抽水馬桶是自動(dòng)沖洗的，不必?fù)?dān)心由于前面使用戶忘記沖水，而使后一用戶為此不快。
當(dāng)這實(shí)施例應(yīng)用于盥洗臺(tái)的自動(dòng)沖洗設(shè)備時(shí)，可檢測(cè)用戶和距離傳感器之間距離，并當(dāng)用戶進(jìn)入預(yù)定距離時(shí)，它自動(dòng)打開水龍頭，吹出熱風(fēng)，滴下皂液，或按場(chǎng)合需要依次執(zhí)行這些操作。
若抽水馬桶配置一開蓋機(jī)構(gòu)或開座機(jī)構(gòu)，則可檢測(cè)用戶和距離傳感器之間的距離，并當(dāng)用戶進(jìn)入預(yù)定距離時(shí)它自動(dòng)打開或關(guān)上蓋子或座。
如上所述，依照本發(fā)明，不必提供一個(gè)運(yùn)算放大器專用于PSD的兩終端的輸出求和或提供一個(gè)專用于輸出求差的運(yùn)算放大器。因此可能減小由運(yùn)算放大器本身產(chǎn)生的誤差。
現(xiàn)結(jié)合圖4來解釋依照本發(fā)明的衛(wèi)生設(shè)備實(shí)施例。如圖4所示，被裝入諸如自動(dòng)水龍頭，抽水馬桶沖洗設(shè)備，噴射熱水的馬桶座圈，裝備有熱風(fēng)風(fēng)扇的抽水馬桶和手干燥器等的衛(wèi)生設(shè)備中的距離傳感器40與圖3所示的距離傳感器5的不同之處在于它包括一個(gè)光照度降低電路46。為了使電壓值V2正比于接收到的反射光而變化，從而能精確地計(jì)算位置敏感的光檢測(cè)器1和測(cè)量物體3(人體等)之間的距離，當(dāng)由于較強(qiáng)的干擾光進(jìn)入位置敏感的光檢測(cè)器1，而使電流電壓變換器42的輸出電壓值V2超過一預(yù)定值時(shí)，光照度降低電路46降低從發(fā)光元件2發(fā)出的光的照度。
以下將解釋距離傳感器40。對(duì)于與圖3所示的距離傳感器5中元件相同的元件標(biāo)以相同的標(biāo)號(hào)并省去對(duì)其的解釋。
在圖4，電流/電壓變換器42的輸出電壓V2通過電容器C2輸入至運(yùn)算放大器OP3的非反相端(+)。由電阻R5和R6將電源電壓VB分壓所獲得的基準(zhǔn)電壓加在運(yùn)算放大器OP3的反相端(-)上。由電阻R7，電容C3和電阻R8組成的積分器47與運(yùn)算放大器OP3的輸出端相連。
NPN三極管Q2的輸出端與積分器17的輸出側(cè)相連。當(dāng)積分器17的輸出電壓變得更高，三極管Q2的基極變得更高，以致三極管Q2的內(nèi)阻(集電極和發(fā)射極之間的電阻)變得更高。
晶體管Q2的集電極與微機(jī)15相連。集電極也通過電阻R3與晶體管Q1的基極相連。晶體管Q1根據(jù)微機(jī)15輸出的光照脈沖而導(dǎo)通和截止。正如在常規(guī)距離傳感器5中所介紹的，當(dāng)晶體管Q1導(dǎo)通時(shí)，來自電源電壓VB的電流施加到發(fā)光元件2上。
在圖3所示的常規(guī)距離傳感器5中，由于施加在發(fā)光元件2上的電流是恒定的，不可能調(diào)節(jié)所發(fā)出的光量。相反，在本發(fā)明中當(dāng)進(jìn)入位置敏感的光檢測(cè)器1的干擾光強(qiáng)于預(yù)定量級(jí)時(shí)，光照度降低電路16便可自動(dòng)減小所發(fā)出的光量。
在圖4所示的電路中，元件1與圖1a所示元件相同。每個(gè)電阻的阻值，電容容量和電源電壓VB為如下R1，R2 4.3MΩ
R3 2.7KΩR4 1.3ΩR5 1.5KΩR6 6.8KΩR7 4.7KΩR8 10KΩC1，C2 0.047μFC3 0.1μFVB 12V現(xiàn)在解釋光照度降低電路46的操作。
當(dāng)電流/電壓變換器42的輸出電壓V2輸入至運(yùn)算放大器OP3的非反相端(+)時(shí)，運(yùn)算放大器OP3將電壓V2與加在反相端(-)上的電壓相比較。假如由于強(qiáng)烈的干擾光進(jìn)入位置敏感的光檢測(cè)器1，使得電壓V2超過加在反相端(-)上的電壓時(shí)，運(yùn)算放大器OP3便輸出與兩電壓之差值相對(duì)應(yīng)的正電壓。運(yùn)算放大器OP3的輸出電壓以由電阻R7，R8和電容C3所組成電路的時(shí)間常數(shù)所規(guī)定的延遲輸出至晶體管Q2的基極。
當(dāng)運(yùn)算放大器OP3的該輸出電壓加在晶體管Q2的基極上時(shí)，晶體管Q2的內(nèi)組(集電極和發(fā)射極之間的電阻)被減小，因此晶體管Q1的基極電壓減小。結(jié)果，三極管Q1的內(nèi)阻(集電極和發(fā)射極之間的電阻)增大，這就自動(dòng)降低發(fā)光元件2的光照度。因此電壓V2隨所接收光的照度而成比例地變化，從而使微機(jī)45能精確地計(jì)算光檢測(cè)器1和物體之間的距離4。
當(dāng)干擾光的強(qiáng)度降低，電壓V2低于運(yùn)算放大器OP3的反相端上電壓時(shí)，晶體管Q2的基極電壓以由積分器47的時(shí)間常數(shù)所定的延遲也下降。因此，晶體管Q1的基極電壓變得較高，因此更多的電流流入發(fā)光元件2從而使光照度變得較高。
依照本發(fā)明的距離傳感器10可以用于檢測(cè)小便池，抽水馬桶之類的用戶，盥洗臺(tái)的盥洗設(shè)備的用戶，手干燥器的用戶等。
如上所述，依照本發(fā)明，諸如自動(dòng)水龍頭和抽水馬桶沖洗設(shè)備等的衛(wèi)生設(shè)備裝配有距離傳感器，該距離傳感器包括用以間歇地向測(cè)量物體投射光的發(fā)光元件，作為光接收元件的位置敏感的光檢測(cè)器，光檢測(cè)器上的光電流用比例于光進(jìn)入的位置來表示，用于將位置敏感的光檢測(cè)器輸出的光電流變換為電壓的電流/電壓變換器，用于平均從電流/電壓變換器輸出的各個(gè)電壓的積分器;用于根據(jù)三角原理基于平均后的電壓，計(jì)算測(cè)量物體與位置敏感的光檢測(cè)器之間距離的距離計(jì)算機(jī);和用于當(dāng)其中一個(gè)電流/電壓變換器輸出的電壓超過預(yù)定值時(shí)，降低發(fā)光元件的光照度的光照度降低電路。因此，當(dāng)由于較強(qiáng)的干擾光進(jìn)入位置敏感的光檢測(cè)器使得其中一個(gè)電流/電壓變換器輸出的電壓超過預(yù)定值時(shí)，可降低發(fā)光元件的光照度。因此該電壓比例于所接收的反射光而變化，從而能精確地測(cè)量位置敏感的光檢測(cè)器和測(cè)量物體之間的距離。這樣，便可能精確地控制自動(dòng)水龍頭，抽水馬桶沖洗設(shè)備等的電磁閥。
雖然現(xiàn)已介紹了當(dāng)今認(rèn)為的本發(fā)明的一個(gè)最佳實(shí)施例，但應(yīng)理解對(duì)其可以作出各種修改，現(xiàn)打算用所附權(quán)利要求書來復(fù)蓋屬于本發(fā)明真正精神和范圍的所有這種修改。
權(quán)利要求
1.一種距離傳感器，包括發(fā)光元件，用以向測(cè)量物體投射光；光接收元件，它由位置敏感的光檢測(cè)器構(gòu)成，用以按照光進(jìn)入所述位置敏感的光檢測(cè)器的位置，成比例地輸出從其二終端獲得的光電流；和信號(hào)處理電路，用以處理流過所述位置敏感的光檢測(cè)器的公共端和其中一個(gè)所述終端的光電流的信號(hào)。所述信號(hào)處理電路包括用于將流過所述公共端和所述其中一個(gè)終端的所述光電流變換為電壓的電流/電壓變換器，和通過計(jì)算由所述電流/電壓變換器獲得的各個(gè)電壓之比，來計(jì)算流過所述公共端和所述一個(gè)終端的所述光電流之比的除法器，從而檢測(cè)從所述發(fā)光元件投射的和經(jīng)所述測(cè)量物體反射的光進(jìn)入所述位置敏感的光檢測(cè)器的位置，從而根據(jù)所述位置測(cè)量所述距離傳感器和所述測(cè)量物體之間的距離。
2.裝有依照權(quán)利要求1的距離傳感器的自動(dòng)小便池沖洗設(shè)備，其特征在于運(yùn)用所述距離傳感器檢測(cè)在用戶和所述距離傳感器之間的距離并當(dāng)用戶進(jìn)入預(yù)定距離時(shí)自動(dòng)沖洗小便池。
3.裝有依照權(quán)利要求1的距離傳感器的自動(dòng)抽水馬桶沖洗設(shè)備，其特征在于運(yùn)用所述距離傳感器檢測(cè)在用戶和所述距離傳感器之間的距離并當(dāng)用戶進(jìn)入預(yù)定距離時(shí)自動(dòng)沖洗抽水馬桶。
4.裝有依照權(quán)利要求1的距離傳感器的自動(dòng)抽水馬桶沖洗設(shè)備，其特征在于運(yùn)用所述距離傳感器檢測(cè)在用戶和所述距離傳感器之間的距離并當(dāng)用戶離開預(yù)定距離時(shí)自動(dòng)沖洗抽水馬桶。
5.裝有依照權(quán)利要求1的距離傳感器的盥洗臺(tái)的自動(dòng)盥洗設(shè)備，其特征在于運(yùn)用所述距離傳感器檢測(cè)在用戶和所述距離傳感器之間的距離并當(dāng)用戶進(jìn)入預(yù)定距離時(shí)自動(dòng)打開水龍頭。
6.裝有依照權(quán)利要求1的距離傳感器的盥洗臺(tái)的自動(dòng)盥洗設(shè)備，其特征在于運(yùn)用所述距離傳感器檢測(cè)在用戶和所述距離傳感器之間的距離并當(dāng)用戶進(jìn)入預(yù)定距離時(shí)自動(dòng)吹出熱風(fēng)。
7.裝有依照權(quán)利要求1的距離傳感器的盥洗臺(tái)的自動(dòng)盥洗設(shè)備，其特征在于運(yùn)用所述距離傳感器檢測(cè)在用戶和所述距離傳感器之間的距離并當(dāng)用戶進(jìn)入預(yù)定距離時(shí)自動(dòng)滴出皂液。
8.裝有依照權(quán)利要求1的距離傳感器的配有開蓋機(jī)構(gòu)的熱水噴射馬桶，其特征在于運(yùn)用所述距離傳感器檢測(cè)用戶和所述距離傳感器之間的距離并當(dāng)用戶進(jìn)入預(yù)定距離時(shí)自動(dòng)打開或合上蓋子。
9.裝有依照權(quán)利要求1的距離傳感器的馬桶座圈打開設(shè)備，其特征在于運(yùn)用所述距離傳感器檢測(cè)用戶和所述距離傳感器之間的距離并當(dāng)用戶進(jìn)入預(yù)定距離時(shí)自動(dòng)打開或合上該座圈。
10.如權(quán)利要求1所規(guī)定的距離傳感器，其特征在于每個(gè)所述電流/電壓變換器配備有一個(gè)運(yùn)算放大器，其反相端與光接收元件相連，其非反相端通過電池或直接接地，和一電阻，將所述運(yùn)算放大器的反向端和輸出端相連。
11.如權(quán)利要求10所規(guī)定的距離傳感器，其特征在于每個(gè)變換器的所述運(yùn)算放大器的所述輸出端通過一電容與一取樣保持電路相連接。
12.如權(quán)利要求11所述的距離傳感器，其特征在于所述取樣保持電路的所述輸出被輸入至所述微計(jì)算機(jī)。
13.在裝有距離傳感器的諸如自動(dòng)水龍頭和馬桶沖洗設(shè)備的衛(wèi)生設(shè)備中，所述距離傳感器包括發(fā)光元件，用于間歇地向測(cè)量物體投射光;作為光接收元件的位置敏感光檢測(cè)器，該光檢測(cè)器用比例于光射入位置的光電流來表示;電流/電壓變換器，用于將所述位置敏感的光檢測(cè)器輸出的光電流變換為電壓;積分器，用于平均所述電流/電壓變換器輸出的各個(gè)電壓;距離計(jì)算機(jī)，用于根據(jù)運(yùn)用三角原理平均的電壓計(jì)算所述測(cè)量物體和所述位置敏感的光檢測(cè)器之間的距離;和光照度降低電路，用于當(dāng)其中一個(gè)所述電流/電壓變換器輸出的電壓超過預(yù)定值時(shí)，降低所述發(fā)光元件的光照度。
14.如權(quán)利要求13所述的傳感裝置，其特征在于每個(gè)所述電流/電壓變換器配備有一個(gè)運(yùn)算放大器，其反相端與光接收元件相連，非反相端通過電池接地，和一電阻，將所述運(yùn)算放大器的反相端連接到輸出端。
15.如權(quán)利要求14所述的傳感裝置，其特征在于所述運(yùn)算放大器的輸出端通過一電容連接到所述積分器。
16.如權(quán)利要求15所述的傳感裝置，其特征在于所述積分器的所述輸出被輸入至微計(jì)算機(jī)。
17.如權(quán)利要求13所述的傳感裝置，其特征在于所述光照度降低電路具有電流控制裝置，當(dāng)流入所述光接收元件的電流變得大于預(yù)定值時(shí)該裝置降低流入所述發(fā)光元件的電流。
全文摘要
距離傳感器的信號(hào)電路配有將PSD的兩終端之一的輸出電流變換為電壓的運(yùn)算放大器和將從公共端輸出的電流變?yōu)殡妷旱倪\(yùn)算放大器。計(jì)算與總電流值和從一終端輸出的電流值對(duì)應(yīng)的電壓之比，從而測(cè)量物體和距離傳感器間的距離。該距離傳感器適用于小便池沖洗設(shè)備，抽水馬桶沖洗設(shè)備，盥洗臺(tái)的盥洗設(shè)備，噴熱水的馬桶，馬桶蓋打開機(jī)構(gòu)等，通過自動(dòng)檢測(cè)用戶靠近或離開一預(yù)定距離，自動(dòng)開始或停止沖洗，盥洗，打開等操作。
文檔編號(hào)G01S17/46GK1101985SQ94107690
公開日1995年4月26日 申請(qǐng)日期1994年6月29日 優(yōu)先權(quán)日1993年6月29日
發(fā)明者新木宏明 申請(qǐng)人:株式會(huì)社伊奈斯