补偿法在红外反射式传感器检测电路中的应用测试

吴天强 朱剑 叶敏

摘要：在红外检测电路中，通过转换电阻将检测到的光电流变化转为对应的电压输出时，增大该转换电阻的阻值，能提高传感器的检测灵敏度，同时降低传感器的抗干扰能力；减小该转换电阻的阻值，降低传感器检测灵敏度，提高传感器的抗干扰能力。文章对补偿法在红外反射式传感器检测电路中的应用测试进行了探讨。

关键词：红外线；反射型；光电传感器；检测电路；补偿法 文献标识码：A

中图分类号：P422 文章编号：1009-2374（2016）27-0041-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.27.019

在一般工作环境中，反射式传感器检测结果受环境照度强弱变化的影响，反射光的强弱与发射管工作电流、反射距离、反射面材料及传播介质特性等因素相关，红外反射式光电传感器用于导航识别时，导航轨迹宜使用黑色与其他颜色组成。不同种类的红外反射型光电传感器件，有效检测距离各不相同；同一类型的反射式红外光电传感器件采用不同的封装型式，其有效检测范围亦有差异。本文以TCRT5000反射式红外光电传感器为例，利用检测补偿电路，提高反射式红外光电传感器的检测抗干扰性能，以优化传感器的检测效果。

1 实验方法说明

图1为测试电路原理图，mA表测量发射管电流（以下简称IR），V1表是有环境光照补偿（以下简称有补偿）的检测电压，V2表是无环境光照补偿（以下简称无补偿）的检测电压，①是红外传感器检测管，②是环境光照补偿检测管，③是无环境光照的检测管，且有遮光处理。R3是转换电阻。实验检测时，补偿管与检测管平行安装于同一等高平面，相距2cm左右。检测传感器型号为TCRT5000。

检测中使用的直流稳压电源为YB1370A，电压和电流的测量仪表是VC890D，干扰光源采用涂覆有银色球形反射面的1000W舞台白炽灯泡（以下简称白炽灯），使用TDJC2J-1自耦调压器改变加在白炽灯上的电压，以控制改变干扰光强度。光照强度检测仪型号是VICTOR1010A，光强检测探头放置在反射面附近。检测环境光照变化对传感器的影响时，传感器离反射面距离100mm，检测装置结构同参考文献[2]，连接线路采用双绞线。

实验检测过程，使用的白色和黑色反射卡纸，其尺寸、大小、放置的位置，应保持不变；周围环境也应保持不变，包括实验者进行实验操作时的位置，均要保持相对不变，以减小环境因素变化对实验检测的干扰。

2 实验数据分析

2.1 转换电阻的影响

白色表面对红外光线反射强烈，补偿电路先达到饱和阀值。图2特性曲线1中，R3为20K，IR为10mA，白色表面照射光强为290lX时，补偿电路达到饱和值。图3特性曲线2中，R3为10K，IR为10mA，白色表面照射光强为800lX时，补偿电路达饱和值。图4特性曲线中，R3为5K，IR为10mA，白色表面照射光强为3000lX时，补偿电路达饱和值。以上三组曲线对比得出，R3的取值影响补偿电路的有效光照检测工作范围，R3取值减小，对环境红外光照强度变化的抗干扰能力增强。

2.2 发射管工作电流的影响

图4特性曲线3中，R3取5K，IR取10mA，白色表面在光照强度3000lx时，补偿电路达到饱和值。图5特性曲线4中，R3取5K，IR取20mA，白色表面在光照强度2840lx时，补偿电路达到饱和值。提高红外发射管的工作电流，红外检测管可以接收到更多的红外光。发射管发出的红外光，与环境光照中的红外光相叠加，同时被红外检测器所接收，在检测器所能接收的最大红外光强值确定时，提高红外发射管的工作电流，反而削弱了补偿电路对环境光照变化的动态有效工作范围。

2.3 补偿电路的作用

环境光照较弱时，有无设置补偿电路，对检测结果影响不大。图6特性曲线5中，R3为5K，IR为10mA，图7特性曲线6中，R3为5K，IR为20mA，环境干扰光照较强，均为2000lx。从两者的特性曲线中可以看出，无补偿电路的黑白表面检测结果，失去区分度；有补偿电路的检测器，能有效区分黑白表面。图6与图7的特性曲线对比还表明，在补偿电路的有效工作范围内，增加发射管的工作电流，同时减小转换电阻的阻值，能提高检测器件的检测效果。

3 结语

在检测电路中，通过转换电阻将检测到的光电流变化，转为对应电压输出时，增大该电阻的阻值，能提高传感器的检测灵敏度，同时减弱传感器，对环境红外光照强度变化的抗干扰能力；为避免传感器检测进入饱和区，提高发射管的工作电流宜与减小转换电阻的阻值相匹配。没有设置补偿电路的红外反射式传感器，在红外发射管工作电流偏小时发出的红外光，容易被较强的环境红外光湮灭，失去检测作用。

传感器接收器件的线性工作范围确定时，环境光中动态变化的红外干扰光，与发射管发出的红外光相叠加，同时被传感检测器件接收，相互叠加的光强容易使红外接收器件进入饱和区，失去检测作用，压缩了传感器件对环境光照动态变化的有效检测范围。带补偿电路的传感器工作在线性区域时，能够有效抑制环境光照变化对检测结果的影响。白色表面对红外光线的反射比黑色表面强烈，补偿电路先达到饱和阀值，白色表面的检测范围决定传感器的有效检测范围。综上所述，红外反射式传感器件宜根据环境光照的变化范围，合适选择工作状态，使其始终工作于线性区域内，以实现最佳的动态有效检测。

参考文献

[1] 吴天强，叶敏，朱剑.RPR220反射式光电传感器的 性能测试与分析[J].科技与企业，2015，（7）.

[2] 吴天强，朱剑，叶敏.几种常用反射型红外光电传感 器件的性能探析[J].中国高新技术企业，2016， （14）.

[3] 张文娜，叶湘滨.传感器接口电路的抗干扰技术及其 应用[J].计算机自动测量与控制，2001，9（3）.

[4] 冯笑笑，胡佳娟，等.红外光电传感器的性能分析与 应用[J].苏州大学学报（工科版），2012，32（1）.

基金项目：本文为2015年浙江省教育厅一般科研项目，项目编号：Y201533061。

作者简介：吴天强（1977-），男，浙江天台人，台州科技职业学院讲师，研究方向：电子电路教学与研究。

（责任编辑：蒋建华）