高 質(zhì) 量 光 電 開 關(guān) 應(yīng) 用
一、介紹
隨著科技進步,各種電子產(chǎn)品的自動化程度也跟著提高,自動化程度越高的產(chǎn)品,代表也包含了更多的感測組件。為了避免人眼被環(huán)境中各種產(chǎn)品或設(shè)備感測時發(fā)射的光干擾,所以使用人眼無法察覺的紅外線(Infrared; IR)產(chǎn)品做為傳感器。
這份應(yīng)用手冊將會介紹如何利用紅外線發(fā)射組件(InfraredEmitter)及紅外線接收組件(Infrared Receiver)作物體偵測應(yīng)用。
最常見的紅外線發(fā)射及接收組件就是紅外線發(fā)光二極管(IR Light-emitting diode; IR LED)及光三極管(Photo Transistor; PT),圖一為基本的 IR LED 搭配 PT 的應(yīng)用電路。
圖一
原理說明:
IR LED 為發(fā)射端,順向電流(Forward current; IF)越大發(fā)射的輻射強度越大。
PT 為接收端,收到的輻照度越大,產(chǎn)生的光電流 IC(on)越大。
調(diào)整 Rlimit 值可控制 IF 的大小。
調(diào)整 RL 值可控制 Vout 的大小。
Vout 可接 MCU 的 ADC(Analog-to-Digital Converter)或 GPIO 做準位判斷。
判斷說明:
無輻照度時,PT 截止,Vout 輸出為高電平(Vcc)
輻照度低時,PT 導(dǎo)通,Vout 輸出為高電平(Vcc – (Ic x RL))
輻照度高時,PT 飽和,Vout 輸出為低電平(VCE(sat))
注:VCE(sat)為 PT 飽和電壓。
二、利用反射式 ITR 做物體偵測方法:
IR LED 通常和 PT 一起搭配作為物體偵測或是遮斷偵測應(yīng)用。圖二為利用 IR LED 發(fā)射 IR 經(jīng)由物體反射到 PT 做反射式物體偵測的示意圖。
為了避免 IR LED 發(fā)射的 IR 不經(jīng)過物體反射,直接在機構(gòu)內(nèi)照射到 PT 造成誤判,所以 IR LED 跟 PT 必須有效隔離。利用底下的兩項特性,即可做到反射物的距離偵測。
反射物距離越近,PT 收到的反射輻照度越強,輸出的電流會越高。
不同的材料會有不同的反射率,一般顏色越深、表面越粗糙的物體反射率越低,同距離情況下,接收端輸出的電流相對會降低。
圖二
圖三
若使用直流(Direct current; DC)的偵測方式,在 ITR 被環(huán)境光照射時容易造成誤判。
原因是 PT端無法分辨接收到的輻照度是來自于環(huán)境光,還是 IR 經(jīng)物體反射。
改善方式如圖四,把 IR 的發(fā)射方式從DC改為脈沖(Pulse),然后PT需分別偵測每次IR Off及IR On時的電壓值Vout(Off)及Vout(On),此時 Vout(Off)就代表環(huán)境光造成的偏移值(Offset),Vout(On)代表的則是環(huán)境光加上 IR 發(fā)射時的電壓值,故 Vout(On)和 Vout(Off)之間的電壓差就是單純 IR 發(fā)射時造成的電壓值。
此方式除了可以降低環(huán)境光的干擾,也因為 IR 的發(fā)射是利用 Pulse 短時間點亮,故可以利用更強的電流驅(qū)動來偵測更遠的距離。
圖四
圖五為 PT 實際輸出波形的例子,可發(fā)現(xiàn)在 IR 從 On 切換到 Off 時,PT 會有一段延遲時間,故在取樣 Vout(Off)時,需確認 PT 輸出電壓已經(jīng)穩(wěn)定,避免后續(xù)計算物體偵測變異量時造成誤判。
圖五
三、結(jié)論
調(diào)整 IF 或 RL 可以調(diào)整物體偵測距離,若想增加偵測距離且無功耗考慮,建議以增加 IF 優(yōu)先,因加大 RL 同時也會增加光干擾的強度;若是要降低偵測距離則以降低 RL 電阻值優(yōu)先,同時降低環(huán)境光干擾。
四、型號推薦
直插型:ITR20001/T24、ITR-9908、ITR8307
貼片型:ITR8307/S18/TR8、ITR8307/L24/TR8、ITR1502SR40A
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