專利名稱:被動光探測器的制作方法
本發(fā)明涉及一種光探測器，這種光探測器是一種具有光電池和與其連接的放大器，以及繼電器裝置或諸如此類裝置的被動光探測器。
已知的光探測器易受干擾，因為它們用一人工光源對著光電池工作。振動會破壞調(diào)定光源一光電池，并因而危害探測器的功能。此外，光電池和光源必須始終是在被探測的物體沿著該通路經(jīng)過的那條通路的各自的一側(cè)。對于長的探測距離，需要一個比較強的光源，而在這種情形中，環(huán)境光能影響光電池并引起探測器的錯誤動作。這里應(yīng)該指出的，關(guān)于這種光電池和人工光源可能需要使用反射鏡，根據(jù)實際經(jīng)驗，其中反射的光只有入射光的約50%。為了使光電池不受環(huán)境光的影響，已經(jīng)嘗試使用脈沖光，但這會使指示器比較遲鈍并且對移動方向和速度指示產(chǎn)生有害的作用。
上面提到的光探測器可以用于提供例如關(guān)于物品在傳送帶上、自動電梯上、車間門口移動的光探測，大距離移動的探測，移動速度等的指示。
本發(fā)明的目的特別在于消除或減輕已知光探測器的缺點。還具有一個目的是提供在介紹中提到的那種不易受振動影響、耐用、易安裝和適用于長距離探測的探測器。
這由給出下列區(qū)別特征的本發(fā)明來完成，該特征是二個光電池成對串聯(lián)連接，兩者之間有一中心輸出端，所述光電池的光線路徑或互相平行或集中于一點，所述光電池適宜于感測環(huán)境、現(xiàn)有的光，例如日光，所述中心輸出端連接至具有一零-通放大器的信號處理電路上的輸入端，該零-通放大器經(jīng)過信號形成級適宜于激勵其輸出端連接至一繼電器裝置或諸如此類裝置的一個繼電器電路。
本發(fā)明的光探測器打算取代用專門受照的光電池工作的型式的設(shè)備，該設(shè)備中待探測的物體阻斷了光源和光電池之間的射出光束。
本發(fā)明的原理是基于這樣的認識，如果能省去專門光源，就能取得更好的可靠性和大大地簡單化。因此，本發(fā)明利用了流行的光、日光、室內(nèi)照明或其他現(xiàn)有的、環(huán)境光。這簡化了象這樣的被動光探測器的結(jié)構(gòu)，且不需要輔助裝置和調(diào)整。
使用了不是一個而是兩個成對工作的和對可見光或不可見光敏感的元件，例如硫化鎘電池、太陽能電池、光敏三極管或光敏二極管。對于這些光敏元件在下文無論在說明書或權(quán)利要求
書中均使用術(shù)語“光電池”。兩個光電池在光學上是互相對準一個遠距離目標。兩個光電池是串聯(lián)地進行電氣連接，而光探測器信號是從兩個光電池之間的連接點，直接或者經(jīng)過電容器或電阻器，傳送至有零-通放大器的信號處理電路上的輸入端，該零-通放大器通過信號形成級激勵并連接至繼電器裝置或諸如此類裝置的繼電器電路。
零-通放大器可以包括使各光電池與放大器相連接的分支電路。此外在相應(yīng)的分支電路中的信號形成級包括一個施米特觸發(fā)器或類似的器件，而在從觸發(fā)器之一將信號轉(zhuǎn)換這后，它們的輸出信號被加至包括在繼電器控制電路中的一個“或”門?！盎颉遍T的輸出連接至繼電器裝置或諸如此類的裝置，該裝置再提供必需的工作指示或控制，雖然這不是本發(fā)明的主題。
就根據(jù)本發(fā)明的被動光探測器來說，通過二對或多對光電池連接成與電子電路相互作用，能以簡單和可靠的方法來檢測大面積上物體的移動。因而有可能有效地監(jiān)視一個大的連續(xù)的區(qū)域或者在這區(qū)域內(nèi)諸分離的點。
現(xiàn)參考說明諸實施例的附圖來詳細解說本發(fā)明，但本發(fā)明不局限于這些實施例，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明和具有電阻改變光敏元件的被動光探測器的線路圖;
圖2是改進型實施例的線路圖;
圖3是施米特觸發(fā)器的曲線圖;
圖4說明另一種輸入具有光敏電池產(chǎn)生電流的電路的方式;以及圖5說明本發(fā)明的一個實施例，其中多對光電池是用來監(jiān)視一個寬闊的區(qū)域。
在由圖1線路圖說明的本發(fā)明的基本實施例中，有兩個串聯(lián)連接的光電池11、12，兩者之間有一接線端1。光電池11、12朝著離開中心端1的方向經(jīng)過相應(yīng)的電阻器21和22，接至電源的正和負工作電壓。探測信號本身是取自光電池11、12兩者之間的中心端1，而加至信號處理電路100的一個輸入端10上。信號處理電路包括零-通放大器106和信號形成級107。在本發(fā)明的最佳實施例中，電路100對于相應(yīng)的光電池11、12也分別包括分支電路41-71和42-72。于是放大器106包括二個分支電路，各以其相應(yīng)的電容器41、42或電阻器51、52連接至放大器61、62。兩放大器借助于電容器或電阻器得到平衡，以致一個支路的放大器放大正向電壓變化，而另外一個放大器放大負向電壓變化。信號形成級107被連接在放大器61、62的后面，且為相應(yīng)的分支電路設(shè)置施米特觸發(fā)器71、72，來自觸發(fā)器之一的信號被倒相，因此兩輸出信號具有相同的極性。這或者通過放大器中的一個具有倒相輸出或者通過在放大器中的一個后面連接的倒相裝置2來達到。兩觸發(fā)器71、72的輸出端被連接到“或”門3上的各輸入端。如果在光電池之一上的入射光量與另一個光電池上的入射光量相比有了差額，于是“或”門將給出一個信號。為發(fā)送探測信號，差額應(yīng)該存在一段時間，這個時間能容易地用選定合適大小的電容器41、42或電阻器51、52來變更。
為了穩(wěn)定的目的，在圖2中電阻器31、32可以與光電池并聯(lián)地設(shè)置。這些電阻器是適宜的高電阻，用兆歐的數(shù)量級。
“或”門3的輸出端接至例如簧片繼電器4或一個光耦合器(optocoupler)，以達到從設(shè)備中分離出光探測器的電流，該設(shè)備是準備連接和由其控制的。在本技術(shù)領(lǐng)域：
內(nèi)的專業(yè)人員是能作出進一步的改進。另外的施米特觸發(fā)器5可以設(shè)置在“或”門3和繼電器裝置4之間，如圖2所示。
本發(fā)明的光探測器是用電池或諸如此類的電源來激勵，和如果采用互補型金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)電子線路，則電流消耗將非常低，即，為幾個微安的數(shù)量級，因此電池的壽命極長。
圖3是施米特觸發(fā)器曲線圖，觸發(fā)點是由T表示。調(diào)節(jié)相關(guān)的放大器，以致FI和FII兩個位置是清楚地分別在觸發(fā)點T的左面和右面，因而在從FI至FII上提供可靠的觸發(fā)。為了改變放大器61、62至適當?shù)奈恢茫瑸樗鼈冊O(shè)置有相應(yīng)的調(diào)節(jié)電阻器81、82，如圖2所示。諸電阻器的滑動輸出端被連接至相應(yīng)的放大器61、62的輸入端。作為一種變換，如從圖5所見到的，單個調(diào)節(jié)電阻器8可以連接到一個放大器的正輸入端和另一個放大器的負輸入端，所提到的兩個放大器的輸入端，然后經(jīng)過相應(yīng)的固定電阻器連接至電源的正或負電位。
現(xiàn)聯(lián)系圖4對改進的電路輸入端作出說明。圖中改變它們阻值的光電池，是用太陽能電池91、92來代替，以產(chǎn)生電流或電壓，在這里作為一個工作例子來說明。
僅用本來已知的光學系統(tǒng)來示意地說明，兩個太陽能電池91、92以銳角朝向一個具有給定光強的物體P。作為一種變換，太陽能電池也可平行朝向或偏斜向著它們的相應(yīng)的點P和P′，該兩個點可以是一樣光亮或光亮稍有不同。較小的差別能借助于電位計裝置95、96調(diào)除。低增益放大器93、94被連接在太陽能電池91、92的后面，放大器中的一個(在這里是94)具有倒相輸出端。當一物體F以方向R橫過了兩個太陽能電池91、92時，光束I首先被阻斷，于是電池91相對于另一個電池92的電流i2改變其輸出電流i1。電流i1供給放大器93，而電流i2供給放大器94。如果假定物體F是較點P為暗，則電流i1將少于以前。這意味著以前調(diào)整的存在在放大器93、94中的電流電壓之間的平衡將被破壞，導(dǎo)致在電位計95的輸出端96上有一相應(yīng)的變化，即，在這種情形這里的電壓減弱，向負改變。如果物體是較點P為亮，或光束11先被阻斷，則電壓將向正改變。改變是經(jīng)過電容器41、42，放大器61、62和觸發(fā)電路71、72傳送到“或”門3的兩個輸入端，其中一個得到信號，從而符合“或”條件，而在“或”門的輸出端發(fā)送出一個信號到繼電器4將其觸發(fā)。
在圖上作為例子說明的線路圖，可由本技術(shù)領(lǐng)域：
內(nèi)的專業(yè)人員用本身已知的方法作進一步的修改。因此，可以實現(xiàn)表示是光束I還是光束II先被阻斷，以及阻斷物體較點P是亮還是暗的各種指示，于是能使表示方向的指示成為可能。也有可能按照在一個或另一個方面的需要來選擇或調(diào)節(jié)點P和P′的亮度。而且，通過適當?shù)剡x擇部件，可以改進和/或調(diào)節(jié)反應(yīng)靈敏度。
用本發(fā)明提出的解決辦法，可以得到一種被動移動探測器，這種探測器除了為其工作需要某種形式的光以外，或多或少與光源無關(guān)。從實際的試驗，也已經(jīng)發(fā)現(xiàn)對光的要求是非常低的。根據(jù)本發(fā)明的光探測器使用現(xiàn)場可用的光，將光探測器本身調(diào)節(jié)到適應(yīng)于指示時刻存在的光環(huán)境。因為光可以改變，從整體來看，本發(fā)明的光探測器在弱光中與在強光中同樣工作。實際上在點P處幾乎完全不受光變化的影響，即使光來自一個舊的經(jīng)常斷續(xù)發(fā)亮的有缺陷地工作的熒光管，也沒有什么困難。但這種光源對一般的用直接入射光束工作的光電池來說是非常不足的。如果這光束變化太小，一般設(shè)備的光電池接收此光束意味著光束已被阻斷，而發(fā)送出一個相應(yīng)于這個效應(yīng)的信號。因為本發(fā)明使用成對連接的光電池11、12，兩個光池的入射光路徑互相平行或設(shè)置成互成銳角的形式，因而意味著一個光電池能連續(xù)地接收較強的光，而另一個光電池能連續(xù)地接收較弱的光，根本的差別是本發(fā)明的光探測器單獨探測來自兩個光電池的信號的不同，即，是否兩個光電池中的一個與另一個相比較突然接收到的確少的光量。實際試驗也已說明在如幾毫秒那樣的短時間內(nèi)的信號差異是完全足夠去起動光探測器以發(fā)送一個工作信號的。
因為本發(fā)明的光探測器本身調(diào)節(jié)到適應(yīng)當時的光的環(huán)境，當結(jié)合適當?shù)墓鈱W裝置時，能很好的探測物體或大間距的移動。這種光學裝置在先有技中是眾所周知的，而不是本發(fā)明的一部分，因為它們能由本技術(shù)領(lǐng)域：
內(nèi)的專業(yè)人員在他的能力范圍內(nèi)來提供。他也能容易地改進本發(fā)明的光探測器，使它能指示由它探測的物體的速度，從而將它轉(zhuǎn)變成一個移動探測器，和也能以一般的方式實現(xiàn)指示去或來的移動方向。反應(yīng)的速度僅僅取決于光電池的靈敏度。
本發(fā)明的被動光探測器的進一步發(fā)展在圖5中說明，打算檢測在大區(qū)域內(nèi)移動的物體。更準確地說，這探測器可以用作指示一個人只有一次是在某一區(qū)域之中。
這進一步發(fā)展的指示器因而包括多對光電池11-12(64對這種光電池11-12表示在圖中)均勻地分布在待監(jiān)視的區(qū)域上。光電池能設(shè)置在區(qū)域上方的頂部內(nèi)，頂部采取一種平表面的形式，在平表面中為各光電池11、12設(shè)置于槽，在本情形中有128個槽。藉對相應(yīng)的槽給出適宜的長度和對相應(yīng)的光電池對的槽給予適當?shù)姆较颍景l(fā)明的第一個指標已經(jīng)達到，即，各對光電池將在光學上這樣取向，使得各個光電池接收的光線是平行于其他光電池接收的光線，或者這些光線互相形成銳角。
來自光電池對11-12的諸信號被周期地采樣，而采樣信號通過時鐘電路103控制的轉(zhuǎn)換電路102來調(diào)整。來自被采樣的光電池對11-12的信號被接到數(shù)據(jù)收集電路101，該收集電路饋給信號處理電路100上的輸入端10。存儲電路104連接至信號處理電路100的輸出端，用以鑒定來自電路100的各信號。為了確定物體/人的數(shù)目(探測器將為之發(fā)送一個信號)，有一數(shù)量電路105連接至來自信號處理電路100的輸出線，它可以將輸出信號饋送至繼電器或光耦合器4，如與圖1和圖2有關(guān)的實施例所敘述的那樣。數(shù)量電路105有兩個輸出端，在圖5中上面的輸出端是用來將在監(jiān)視區(qū)域內(nèi)“多于一人”的狀態(tài)信號化，而下面的輸出端是將在監(jiān)視區(qū)域內(nèi)“多于兩人”的狀態(tài)信號化。數(shù)量電路105可以根據(jù)要被監(jiān)視物體/人的希望的數(shù)量進行調(diào)定。
數(shù)據(jù)收集電路和鑒定電路是由電子集成電路組成。于是IC1-IC11代表8位模似多路傳輸設(shè)備/多路分解器的集成電路(MUX/DEMUX′s)，IC12和IC18代表8位“與非”門，IC13和IC16代表所謂脈動計數(shù)器(七位，CD4024)，IC14是324型放大器，IC19和IC20是“或”門，IC15是具有雙輸入端(兩輸入端均有施米特觸發(fā)器)的四元型“與非”門，以及IC17是一個2×4位的存儲器。
因此移動物體/人在給定的區(qū)域內(nèi)可以由根據(jù)圖5的光探測器來檢測。區(qū)域可以是一間設(shè)有一門的房或走廊，該門打開能產(chǎn)生一復(fù)位信號“RES”給探測器，以致打開門引起探測從初始狀態(tài)開始。對本技術(shù)領(lǐng)域：
內(nèi)的專業(yè)人員應(yīng)該澄清的是另外的電子鑒定電路也能被連接到系統(tǒng)里，以及設(shè)置光電池對11-12有不同的可能性。光電池對在天花板上和墻上可有不同的相互位置關(guān)系，用以在不同區(qū)域結(jié)構(gòu)和在三維檢測。應(yīng)該認為也是清楚的是，圖4和5的實施例能結(jié)合用作遠距離探測，可以利用日光或人造光(紅外線或激光)來照射目標點P、P′。
本發(fā)明的光探測器是完全不受光變化的影響的，該光變化可存在于被監(jiān)測的現(xiàn)場。因此，太陽或陰天的陰影或照明設(shè)備的照明等的作用，不會有害地影響來自探測器的信號。由光電池感受到輻射可借助于適當?shù)妮o助裝置得到希望的結(jié)構(gòu)。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的探測器，能制成對振動不敏感和光學上堅固耐用。此外，能使用價廉的電子設(shè)備來實現(xiàn)本發(fā)明，能使探測器以低價格在市場上出售。例如信號處理電路100的零-通放大器106和信號形成級107，可以都做成是一個“異-或”門，它經(jīng)過包括另外一個“異-或”門的繼電器控制電路，激勵一晶體管，它作為提到的繼電器4工作。
權(quán)利要求
1.一種被動光探測器，具有光電池(11、12)和與其連接的放大器(61、62)以及繼電器裝置(4)或諸如此類的裝置，其特征在于，光電池(11、12)成對而串聯(lián)連接，在兩者之間有一中心輸出端(1)，所述光電池(11、12)的光線路徑或互相平行或集中于一點，所述光電池適宜于感測環(huán)境的、現(xiàn)有的光，例如日光，所述中心輸出端(1)連接至有一零-通放大器(106)的信號處理電路(100)上的輸入端(10)，該零-通放大器經(jīng)過信號形成級(107)適宜于激勵其輸出端連接至繼電器裝置(4)或諸如此類裝置的繼電器電路(3、5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的光探測器，其特征在于，零-通放大器(106)包括相應(yīng)于各光電池(11、12)的分支電路(41-71和42-72)，分支電路(41-71和42-72)也分別與放大器(61、62)相連接，在相應(yīng)的分支電路中的信號形成級(107)包括施米特觸發(fā)器(71、72)或諸如此類的裝置，連接在那里，還在于繼電器控制電路(3、5)包括一個“或”門(3)，“或”門(3)的輸入端連接至分支電路(41-71和42-72)的輸出端，其輸出端連接至繼電器裝置(4)或諸如此類的裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的光探測器，其特征在于，放大器(61、62)中的一個放大器有一倒相輸出端，或其輸出端連接至倒相裝置(2)。
4.根據(jù)權(quán)利要求
2或3所述的光探測器，其特征在于，電容器(41、42)和/或電阻器(51、52)是連接在各光電池(11、12)和有關(guān)的放大器(61、62)之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求
2至4的一個或多個權(quán)利要求
所述的光探測器，其特征在于，調(diào)整電阻器(81、82;8)設(shè)置在放大器(61、62)的輸入端，以便保持在相應(yīng)的放大器(61、62)的輸出端上的信號是在連接的施米特觸發(fā)器(71、72)的觸發(fā)點的任何一側(cè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求
5所述的光探測器，其特征在于，調(diào)整電阻器(81、82)的滑動輸出端是連接至有關(guān)的放大器(61、62)的輸入端。
7.根據(jù)一個或多個前述權(quán)利要求
所述的光探測器，其特征在于，有高歐姆電阻器(31、32)與各光電池(11、12)并聯(lián)連接。
8.根據(jù)一個或多個前述權(quán)利要求
所述的光探測器，其特征在于光電池包括產(chǎn)生電流的光電池(91、92)，例如太陽能電池，來自電池的電流(11、12)被加至連接在低增益放大器(93、94)的輸出端之間，且有一用作從探測器輸出信號的滑動輸出端(96)的電阻器(95)的兩端，所說低增益放大器(93、94)是任意的且連接在光電池(11、12)的后面，所說放大器中的一個有一倒相輸出端。(圖4)
9.根據(jù)任何前面一個權(quán)利要求
所述的光探測器，其特征在于，兩對或多對光電池(11-12)被連接至信號處理電路(100)，用以檢測照明在一個大的監(jiān)測區(qū)域和/或在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)不同的點上的當時環(huán)境光中的變化。(圖5)
10.根據(jù)權(quán)利要求
9所述的光探測器，其特征在于，各光電池對(11-12)是獨立地可連接至信號處理電路(100)，最好通過適宜的連接電路(102)，周期地將單獨的光電池對連接至信號處理電路。
11.根據(jù)權(quán)利要求
10所述的光探測器，其特征在于，光電池對(11-12)被連接至數(shù)據(jù)收集電路(101)，數(shù)據(jù)收集電路的輸出端被連接至信號處理電路(100)的輸入端(10)，信號處理電路(100)的輸出端被連接至存儲電路(104)，用以鑒定由各光電池對(11-12)所給出的信號信息。
12.根據(jù)權(quán)利要求
9至11所述的光探測器，其特征在于，一個可以是可編程序的數(shù)量確定裝置(105)被連接至存儲電路(104)，用以預(yù)定光電池對(11-12)的數(shù)目，它必須把一個獲得輸出信號的被激勵的信號信息送至繼電器裝置(4)或諸如此類裝置。
專利摘要
本發(fā)明涉及一種有光電池的被動光探測器，它單獨使用當時的環(huán)境光，例如日光或正常的空間照明來進行光探測。通過包括兩個串聯(lián)連接的被動光電池(11、12)，其間有一中心輸出端(1)的光探測器來完成。諸光電池是這樣設(shè)置的，其相應(yīng)的入射光線路徑或是互相平行或是集中在一點。施米特觸發(fā)器(71、72)設(shè)置在放大器(61、62)的后面，放大器(61、62)連接至各光電池(11、12)，觸發(fā)器(71、72)，的輸出端連接至“或”門(3)上相應(yīng)的輸入端，“或”門的輸出端連接至繼電器裝置(4)。
文檔編號G01P13/00GK87101582SQ87101582
公開日1987年9月30日 申請日期1987年2月25日
發(fā)明者羅伯特·安德森, 博·斯特蘭德·曼, 摩根·費格曼 申請人:西爾弗格蘭南創(chuàng)新公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan