若是N.C 型,則動作相反,遠離為ON,靠近為OFF。各種不同感測組件,(光電,磁感測,超音波……)都可以當近接開關的感測器。至於開關接點的型式,有晶體管接點,金屬接點和可控硅接點。目前我們要談的產品,是以光電組件當感測頭,所以必須有一個光發射器和一個光接收器,我它們並列安裝,由物體靠近時把發射光反射回來,接收端所得到的反射量的大小,代表物體的遠近。 所以真正的光學式近接開關,採用紅外線波長的發光二極體和光敏三極體外,最重要的是:以交流驅動(而非直流驅動),由振蕩器產生固定頻率f0的信號,經電流放大,去驅動發光二極體,便能發出頻率為f0 的光脈波。接收端所接到的信號,可能有任何光源的變化,但經過中心頻率為0 f 的帶通濾波器,濾除f0以外的信號后,只有與f0頻率相同的信號被放大。而其電壓的大小將隨距離的遠近而改變。 經放大后的交流信號(頻率為f0 ),若加以整流,便能把交流變成直流,就能很方便地用電壓比較器加以判斷,最後才控制開關的ON 和OFF。 圖1 感測開關(N.O 型)動作 圖2 光電接近開關方塊圖 2. 電路分析 圖3 光學式接近開關電路分析 (1) 振蕩器:OP1 任何能夠產生方波,脈波或正玄波的電路,都可以當本單元的振蕩器。目前我們使用OP1 當做方波振蕩電路,並由R 和C 來決定振蕩頻率f0的大小。 若C=0.1μF,R=4.55kΩ,便能得到 f0 =kHz 的方波。而這個振蕩電路我們可以由GS-03 完成之。 圖4 GS-03 改裝成振蕩器 圖4 中,決定振蕩頻率的R 和C,已知C=0.1μF,R= RVA和(10k+ RV3 )並聯,若RV3 調成0Ω,則=(20k可變電阻)//(10kΩ固定電阻),調RVA 能得到R=4.55kΩ…… RVA=8.34kΩ時也可以用一個8.2k 的電阻取代RVA (2) 電流放大:Q1 圖5 電流放大的說明 事實上近接開關偵測的距離都非常短,大都在10mm(1 公分)以內,可以不必加電流放大級。但我們希望把光發射的強度增大,使發射距離增長,那麼就可以把這些電路也當成紅外線遙控開關來使用。 圖6 紅外線遙控應用 把反射組態,變成對設組態的安排便成了紅外線遙控電路。此時除了可以當遙控開關外,也可以當遠距離的光遮斷器使用。判斷有沒有物體通過,或拿來當防盜感應器,偵測有沒有入侵者。 (3) 帶通濾波器:OP2 OP2 配合一些電阻與電容組成帶通濾波器,目前設計成中心頻率為1kHz。 圖7 帶通濾波器特性說明 簡言之,帶通濾波器乃抑制中心頻率f 0 以外的信號,即消除其它頻率(被視為雜訊)的干擾。只讓1kHz 的信號通過。 (4) 信號放大:OP3 OP3 只是一個普通的相反放大器,把帶通濾波器所得到1kHz 的信號加以放大,以利往後的電壓比較和判斷。OP3 的電路,可以拿GS-03~GS-06 來完成。 (5) 整流電路:D2 圖8 半波整流與濾波 當物體越近時,OP3 的輸出電壓V03 越大,當電壓足以讓二極體導通(約0.7V~1V以上)時,便具有半波整流的功用,再加上CF 濾波,便能得到VDC 的直流電壓。物體靠近VDC 上升,物體遠離VDC 下降。則能以VDC 的大小,代表物體的近遠。 |