補償法在紅外反射式傳感器檢測電路中的應用測試

吳天強 朱劍 葉敏

摘要：在紅外檢測電路中，通過轉(zhuǎn)換電阻將檢測到的光電流變化轉(zhuǎn)為對應的電壓輸出時，增大該轉(zhuǎn)換電阻的阻值，能提高傳感器的檢測靈敏度，同時降低傳感器的抗干擾能力；減小該轉(zhuǎn)換電阻的阻值，降低傳感器檢測靈敏度，提高傳感器的抗干擾能力。文章對補償法在紅外反射式傳感器檢測電路中的應用測試進行了探討。

關鍵詞：紅外線；反射型；光電傳感器；檢測電路；補償法 文獻標識碼：A

中圖分類號：P422 文章編號：1009-2374（2016）27-0041-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.27.019

在一般工作環(huán)境中，反射式傳感器檢測結(jié)果受環(huán)境照度強弱變化的影響，反射光的強弱與發(fā)射管工作電流、反射距離、反射面材料及傳播介質(zhì)特性等因素相關，紅外反射式光電傳感器用于導航識別時，導航軌跡宜使用黑色與其他顏色組成。不同種類的紅外反射型光電傳感器件，有效檢測距離各不相同；同一類型的反射式紅外光電傳感器件采用不同的封裝型式，其有效檢測范圍亦有差異。本文以TCRT5000反射式紅外光電傳感器為例，利用檢測補償電路，提高反射式紅外光電傳感器的檢測抗干擾性能，以優(yōu)化傳感器的檢測效果。

1 實驗方法說明

圖1為測試電路原理圖，mA表測量發(fā)射管電流（以下簡稱IR），V1表是有環(huán)境光照補償（以下簡稱有補償）的檢測電壓，V2表是無環(huán)境光照補償（以下簡稱無補償）的檢測電壓，①是紅外傳感器檢測管，②是環(huán)境光照補償檢測管，③是無環(huán)境光照的檢測管，且有遮光處理。R3是轉(zhuǎn)換電阻。實驗檢測時，補償管與檢測管平行安裝于同一等高平面，相距2cm左右。檢測傳感器型號為TCRT5000。

檢測中使用的直流穩(wěn)壓電源為YB1370A，電壓和電流的測量儀表是VC890D，干擾光源采用涂覆有銀色球形反射面的1000W舞臺白熾燈泡（以下簡稱白熾燈），使用TDJC2J-1自耦調(diào)壓器改變加在白熾燈上的電壓，以控制改變干擾光強度。光照強度檢測儀型號是VICTOR1010A，光強檢測探頭放置在反射面附近。檢測環(huán)境光照變化對傳感器的影響時，傳感器離反射面距離100mm，檢測裝置結(jié)構(gòu)同參考文獻[2]，連接線路采用雙絞線。

實驗檢測過程，使用的白色和黑色反射卡紙，其尺寸、大小、放置的位置，應保持不變；周圍環(huán)境也應保持不變，包括實驗者進行實驗操作時的位置，均要保持相對不變，以減小環(huán)境因素變化對實驗檢測的干擾。

2 實驗數(shù)據(jù)分析

2.1 轉(zhuǎn)換電阻的影響

白色表面對紅外光線反射強烈，補償電路先達到飽和閥值。圖2特性曲線1中，R3為20K，IR為10mA，白色表面照射光強為290lX時，補償電路達到飽和值。圖3特性曲線2中，R3為10K，IR為10mA，白色表面照射光強為800lX時，補償電路達飽和值。圖4特性曲線中，R3為5K，IR為10mA，白色表面照射光強為3000lX時，補償電路達飽和值。以上三組曲線對比得出，R3的取值影響補償電路的有效光照檢測工作范圍，R3取值減小，對環(huán)境紅外光照強度變化的抗干擾能力增強。

2.2 發(fā)射管工作電流的影響

圖4特性曲線3中，R3取5K，IR取10mA，白色表面在光照強度3000lx時，補償電路達到飽和值。圖5特性曲線4中，R3取5K，IR取20mA，白色表面在光照強度2840lx時，補償電路達到飽和值。提高紅外發(fā)射管的工作電流，紅外檢測管可以接收到更多的紅外光。發(fā)射管發(fā)出的紅外光，與環(huán)境光照中的紅外光相疊加，同時被紅外檢測器所接收，在檢測器所能接收的最大紅外光強值確定時，提高紅外發(fā)射管的工作電流，反而削弱了補償電路對環(huán)境光照變化的動態(tài)有效工作范圍。

2.3 補償電路的作用

環(huán)境光照較弱時，有無設置補償電路，對檢測結(jié)果影響不大。圖6特性曲線5中，R3為5K，IR為10mA，圖7特性曲線6中，R3為5K，IR為20mA，環(huán)境干擾光照較強，均為2000lx。從兩者的特性曲線中可以看出，無補償電路的黑白表面檢測結(jié)果，失去區(qū)分度；有補償電路的檢測器，能有效區(qū)分黑白表面。圖6與圖7的特性曲線對比還表明，在補償電路的有效工作范圍內(nèi)，增加發(fā)射管的工作電流，同時減小轉(zhuǎn)換電阻的阻值，能提高檢測器件的檢測效果。

3 結(jié)語

在檢測電路中，通過轉(zhuǎn)換電阻將檢測到的光電流變化，轉(zhuǎn)為對應電壓輸出時，增大該電阻的阻值，能提高傳感器的檢測靈敏度，同時減弱傳感器，對環(huán)境紅外光照強度變化的抗干擾能力；為避免傳感器檢測進入飽和區(qū)，提高發(fā)射管的工作電流宜與減小轉(zhuǎn)換電阻的阻值相匹配。沒有設置補償電路的紅外反射式傳感器，在紅外發(fā)射管工作電流偏小時發(fā)出的紅外光，容易被較強的環(huán)境紅外光湮滅，失去檢測作用。

傳感器接收器件的線性工作范圍確定時，環(huán)境光中動態(tài)變化的紅外干擾光，與發(fā)射管發(fā)出的紅外光相疊加，同時被傳感檢測器件接收，相互疊加的光強容易使紅外接收器件進入飽和區(qū)，失去檢測作用，壓縮了傳感器件對環(huán)境光照動態(tài)變化的有效檢測范圍。帶補償電路的傳感器工作在線性區(qū)域時，能夠有效抑制環(huán)境光照變化對檢測結(jié)果的影響。白色表面對紅外光線的反射比黑色表面強烈，補償電路先達到飽和閥值，白色表面的檢測范圍決定傳感器的有效檢測范圍。綜上所述，紅外反射式傳感器件宜根據(jù)環(huán)境光照的變化范圍，合適選擇工作狀態(tài)，使其始終工作于線性區(qū)域內(nèi)，以實現(xiàn)最佳的動態(tài)有效檢測。

參考文獻

[1] 吳天強，葉敏，朱劍.RPR220反射式光電傳感器的 性能測試與分析[J].科技與企業(yè)，2015，（7）.

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[3] 張文娜，葉湘濱.傳感器接口電路的抗干擾技術(shù)及其 應用[J].計算機自動測量與控制，2001，9（3）.

[4] 馮笑笑，胡佳娟，等.紅外光電傳感器的性能分析與 應用[J].蘇州大學學報（工科版），2012，32（1）.

基金項目：本文為2015年浙江省教育廳一般科研項目，項目編號：Y201533061。

作者簡介：吳天強（1977-），男，浙江天臺人，臺州科技職業(yè)學院講師，研究方向：電子電路教學與研究。

（責任編輯：蔣建華）