吳天強(qiáng) 葉敏 朱劍

【摘要】通過(guò)給定的測(cè)量電路，檢測(cè)反射式紅外光電傳感器在多種顏色表面的反射特性。近紅外反射式光電傳感器在白色、紅色、綠色、藍(lán)色、橙色、玖紅、金黃、淺藍(lán)、木板等表面反射特性相類似，沒(méi)有區(qū)分度；青綠、咖啡色表面反射特性與白色表面相比較，略有差異，區(qū)分度不明顯；黑色表面與上述各種顏色表面差異最大，區(qū)分度明顯。提高發(fā)射管工作電流，可以增加傳感器的有效探測(cè)范圍。加裝紅外濾光片，能降低環(huán)境光對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響。

【關(guān)鍵詞】紅外線；反射式；光電傳感器

序言

在機(jī)器人競(jìng)賽和電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽中經(jīng)常會(huì)用到反射式紅外光電傳感器[1]。反射式紅外光電傳感器是利用檢測(cè)反射光強(qiáng)度進(jìn)行工作的，反射光的強(qiáng)弱與發(fā)射管工作電流、反射距離、反射面材料及傳播介質(zhì)特性等因素相關(guān)。在一般工作環(huán)境中，傳感器檢測(cè)結(jié)果受環(huán)境照度強(qiáng)弱變化的影響。

RPR220是日本羅姆（ROHM）株式會(huì)社生產(chǎn)的一款常用反射式紅外光電傳感器[2]，中心波長(zhǎng)800nm，屬于近紅外傳感器。本文通過(guò)給定的測(cè)試電路，測(cè)出RPR220傳感器在不同顏色表面及木材表面的反射特性。

1、實(shí)驗(yàn)方法

測(cè)試電路中，VCC取+5V，Rx取20KΩ[3]，改變紅外發(fā)光管工作電流、傳感器與反射面之間的距離、反射面材料與顏色及環(huán)境光的照度強(qiáng)弱等因素，記錄輸出電壓變化，以判別傳感器的工作狀態(tài)。

實(shí)驗(yàn)均在晴天室內(nèi)操作，室溫26℃。測(cè)試紅外發(fā)光管不同工作電流對(duì)傳感器性能影響時(shí)，室內(nèi)環(huán)境光照度為400Lx，照度誤差10%。測(cè)試各種反射面對(duì)傳感器性能影響時(shí)，發(fā)射管取額定工作電流10mA。檢測(cè)環(huán)境光、紅外濾光片對(duì)傳感器性能影響時(shí)，發(fā)射管電流10mA，傳感器距離白色反射面高度15cm。測(cè)量?jī)x表為VICTOR1010A、VC890D。

2、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

圖1是白色反射面的特性曲線，發(fā)射管電流5mA時(shí)，處于欠電流工作狀態(tài)，曲線最低點(diǎn)，檢測(cè)距離3mm，輸出電壓1.4V；發(fā)射管電流10mA曲線，檢測(cè)距離3mm～10mm，輸出電壓≤0.3V；發(fā)射管電流15mA曲線，檢測(cè)距離3mm～14mm，輸出電壓≤0.3V。圖2是黑色反射面的特性曲線，發(fā)射管電流15mA曲線，檢測(cè)距離5mm，輸出電壓為最小值3.51V。發(fā)射管工作電流增強(qiáng)，近距離檢測(cè)易引起“鏡面反射”效應(yīng)。

圖3～圖5是各種顏色反射面的測(cè)試特性曲線圖，黑色表面與其他顏色表面，反射特性區(qū)分明顯。紅色、綠色、藍(lán)色、橙紅、玖紅、金黃、淺藍(lán)、木板與白色表面之間的反射特性，幾乎沒(méi)有差別。青綠、咖啡與白色表面反射特性略有差別，區(qū)分度不明顯，易受環(huán)境照度變化影響。

圖6是傳感器接收窗前側(cè)是否加裝紅外濾光片，傳感器尾部是否遮光處理，對(duì)檢測(cè)性能性能影響的特性曲線圖。傳感器紅外接收管正面環(huán)境光照度，從20Lx增加到1547Lx，無(wú)紅外濾光片時(shí)，檢測(cè)輸出電壓從4.36V遞減至1.94V；加裝威特郎IR800濾光片，環(huán)境光照度從17Lx變化到1500Lx，輸出電壓從4.6V減小至3.28V。加裝紅外濾光片后，輸出電壓變化量減少約1.1V。紅外濾光片可有效濾除可見光中的紅外線部分，降低環(huán)境照度變化對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響。RPR220傳感器尾部有無(wú)遮光處理，對(duì)檢測(cè)結(jié)果沒(méi)有影響。

3、結(jié)語(yǔ)

紅外反射式光電傳感器用于導(dǎo)航軌跡識(shí)別時(shí)，其軌跡宜用黑色與其他顏色組成。實(shí)驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果表明，RPR220在白色與黑色組成的反射面，有效檢測(cè)距離為3mm～11mm時(shí)，距離小于3mm時(shí)為盲區(qū)，最佳檢測(cè)距離為7mm，紅外發(fā)射管不宜工作于欠電流狀態(tài)，在散熱許可條件下適當(dāng)提高發(fā)射管工作電流，可以增加傳感器有效探測(cè)范圍。

參考文獻(xiàn)

[1]黃智偉.全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽訓(xùn)練教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005：105-107.

[2]ROHM.RPR-220.PDF[DB/OL].http：//www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/429705/ROHM/RPR-220_05.html，2014-12-20.

[3]馮笑笑，胡佳娟等.紅外光電傳感器的性能分析與應(yīng)用[J].蘇州大學(xué)學(xué)報(bào)：工科版，2012，32（1）：11-14.

作者簡(jiǎn)介

吳天強(qiáng)（1977-），男，浙江省天臺(tái)縣人，講師，從事電子電路教學(xué)與研究工作。