補償法在紅外反射式傳感器檢測電路中的應(yīng)用測試

吳天強(qiáng) 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(yīng)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(yīng)用測試進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：紅外線；反射型；光電傳感器；檢測電路；補償法 文獻(xiàn)標(biāo)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(qiáng)弱變化的影響，反射光的強(qiáng)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(guān)，紅外反射式光電傳感器用于導(dǎo)航識別時，導(dǎo)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(qiáng)度。光照強(qiáng)度檢測儀型號是VICTOR1010A，光強(qiáng)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(xiàn)[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(yīng)保持不變；周圍環(huán)境也應(yīng)保持不變，包括實驗者進(jìn)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(qiáng)烈，補償電路先達(dá)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(qiáng)為290lX時，補償電路達(dá)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(qiáng)為800lX時，補償電路達(dá)飽和值。圖4特性曲線中，R3為5K，IR為10mA，白色表面照射光強(qiáng)為3000lX時，補償電路達(dá)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(qiáng)度變化的抗干擾能力增強(qiáng)。

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(qiáng)度3000lx時，補償電路達(dá)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(qiáng)度2840lx時，補償電路達(dá)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(qiáng)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(shè)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(qiáng)，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(yīng)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(qiáng)度變化的抗干擾能力；為避免傳感器檢測進(jìn)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(shè)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(qiáng)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(qiáng)容易使紅外接收器件進(jìn)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(qiáng)烈，補償電路先達(dá)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(xiàn)

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[4] 馮笑笑，胡佳娟，等.紅外光電傳感器的性能分析與 應(yīng)用[J].蘇州大學(xué)學(xué)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(qiáng)（1977-），男，浙江天臺人，臺州科技職業(yè)學(xué)院講師，研究方向：電子電路教學(xué)與研究。

（責(zé)任編輯：蔣建華）