一種高可靠性光電開關的實現

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

　　本文介紹的一套光電開關電路，它具有抗外光干擾、靈敏度可以不用人工調整，工作穩定可靠等優點，在反射式或對射式光電開關中均可應用。

　　本電路由發光電路和光電接收電路兩部分組成。

　　1 　發光電路

　　圖1 給出了一個具有大功率輸出的發光二極管驅動電路，它具有發射15kHz 調制光的能力。

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

　　為了穩定被調制光信號的頻率，電路中使用了分頻器CD4060 。它帶有一個外接晶體振蕩器，內部有多級分頻器。對于1M 晶振來說，經過4 060 的六次分頻，可以得到頻率穩定的151625kHz 的方波，再通過功率場效應管的電流放大，就可以同時驅動上百個發光二極管同時發光。

　　
圖1 　發光二極管的大功率驅動器

　　2 　帶自動增益控制的光電開關接收電路

　　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的負反饋，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

　 當輸入光信號較強時， T3 集電極信號有變強趨勢，導致光電三極管T2 基極的直流工作點電壓下降，從而使T2 和T3 的交流輸出均減小。因此，這個負反饋系統將使T3 的交流輸出信號在很大范圍內與T2 得到的光強大小幾乎無關?？芍?，該接收電路在輸入光發生變化時，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整。二極管D1 和電容C14組成檢波電路，可以從151625kHz 信號上解調出包絡信號。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的臨界抖動現象，避免光電開關的誤翻現象。最后，光電開關的輸出狀態由發光二極管D2顯示。

　　3 　實驗數據

　　表1 為實驗測得的數據。發光管和接收管之間正面相對， 兩者之間無聚焦光學元件。用有無遮光對整機主要參數進行測試。由表可知，兩管表面之間的相對距離在015～170mm范圍內，無需調整靈敏度都能正常工作。

表1 　光電開關整機實驗數據

　　在距離接收管100mm 處用1 個40W白熾燈照射時，接收管仍可正常工作，表現為接收管不會飽和，抗干擾性極強。倘要加大工作距離，應加入光學透鏡;在2m以上光射距離時，可用半導體激光二極管作調制光源。

　　4 　結束語

　　本文所介紹的高級光電開關電路具有如下特點：

　　① 由于負反饋使接收光電三極管不容易飽和。

　　只要該管不飽和，外來光干擾就能抑制。

　?、?由于使用了調制和解調電路，所以在各種磁、電、光干擾之下，都能可靠工作。

　?、?施密特電路可以對開關進行消抖。

　?、?由于電路盡量采用集成電路，特別是大功率FET 的應用，使本文所介紹的電路更適于陣列式光電開關應用的場合。

　?、?由于采用了AGC 電路，導致了接收靈敏度幾乎無需調整。

　　本文所介紹的電路，在100 條微小產品的自動生產線上進行聯合精確計數，取得良好效果。