一種高可靠性光電開關(guān)的實(shí)現(xiàn)

分類：解決方案日期：2011-10-25 00:00:00 來源：西部工控網(wǎng)

　光電開關(guān)屬于無接觸測量傳感器，其檢測距離范圍比較寬，在計(jì)數(shù)、測距和行程控制等許多測控系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。但是，光電傳感器的輸出信號與發(fā)光管的強(qiáng)度有關(guān)，與發(fā)光管和接收管的距離有關(guān)，與外來干擾光也有關(guān)。因此使用每一個光電開關(guān)時(shí)，必須首先調(diào)整接收電路的靈敏度，才能保證光電開關(guān)工作于最佳狀態(tài)。

　　本文介紹的一套光電開關(guān)電路，它具有抗外光干擾、靈敏度可以不用人工調(diào)整，工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，在反射式或?qū)ι涫焦怆婇_關(guān)中均可應(yīng)用。

　　本電路由發(fā)光電路和光電接收電路兩部分組成。

　　1 　發(fā)光電路

　　圖1 給出了一個具有大功率輸出的發(fā)光二極管驅(qū)動電路，它具有發(fā)射15kHz 調(diào)制光的能力。

　　第一級4001 為單脈沖發(fā)生器，可以人工按鍵輸出檢測脈沖，用于故障維修。

　　為了穩(wěn)定被調(diào)制光信號的頻率，電路中使用了分頻器CD4060 。它帶有一個外接晶體振蕩器，內(nèi)部有多級分頻器。對于1M 晶振來說，經(jīng)過4 060 的六次分頻，可以得到頻率穩(wěn)定的151625kHz 的方波，再通過功率場效應(yīng)管的電流放大，就可以同時(shí)驅(qū)動上百個發(fā)光二極管同時(shí)發(fā)光。

　　
圖1 　發(fā)光二極管的大功率驅(qū)動器

　　2 　帶自動增益控制的光電開關(guān)接收電路

　　圖2 給出了光電三極管的檢測電路。紅外光電三極管T2 帶有基極引出腳。因此可以對其進(jìn)行靈敏度控制。它射極輸出的光電流被放大管T3 反相之后，反饋到光電三極管的基極。由于反饋回路中有由R13和C11組成的低通濾波器，因此這個反饋是對于直流工作點(diǎn)的負(fù)反饋，也使得交流電壓增益得到控制，這就是自動增益控制(AGC) 電路。

　　
圖2 　光電接收電路

　當(dāng)輸入光信號較強(qiáng)時(shí)， T3 集電極信號有變強(qiáng)趨勢，導(dǎo)致光電三極管T2 基極的直流工作點(diǎn)電壓下降，從而使T2 和T3 的交流輸出均減小。因此，這個負(fù)反饋系統(tǒng)將使T3 的交流輸出信號在很大范圍內(nèi)與T2 得到的光強(qiáng)大小幾乎無關(guān)。可知，該接收電路在輸入光發(fā)生變化時(shí)，T3 輸出信號變化不大。就是說，光源和光電三極管之間的距離變化，在很大范圍內(nèi)對T3 輸出信號影響不大。只有光源被充分隔擋之后，T3 的輸出信號才有明顯變化。

圖2 中的U11 組成二階帶通濾波器，可以濾去151625kHz 以外的信號。該級增益為1 , Q 值為5 ,截止頻率、中心頻率以及濾波特性容易調(diào)整。二極管D1 和電容C14組成檢波電路，可以從151625kHz 信號上解調(diào)出包絡(luò)信號。上述兩部分電路可以濾除陽光、日光燈、白熾燈等干擾源的作用。

　　圖2 中的輸出電路由放大級U12和施密特電路U13組成。U13的遲滯作用可以消除光電開關(guān)的臨界抖動現(xiàn)象，避免光電開關(guān)的誤翻現(xiàn)象。最后，光電開關(guān)的輸出狀態(tài)由發(fā)光二極管D2顯示。

　　3 　實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

　　表1 為實(shí)驗(yàn)測得的數(shù)據(jù)。發(fā)光管和接收管之間正面相對，兩者之間無聚焦光學(xué)元件。用有無遮光對整機(jī)主要參數(shù)進(jìn)行測試。由表可知，兩管表面之間的相對距離在015～170mm范圍內(nèi)，無需調(diào)整靈敏度都能正常工作。