吳 超（新興鑄管新疆有限公司,新疆 和靜 841300）

紅外反射式傳感器在天車防撞設(shè)備中的應(yīng)用

吳 超
（新興鑄管新疆有限公司,新疆 和靜 841300）

天車是一種工業(yè)生產(chǎn)過程中的起重裝置，其利用橋架結(jié)構(gòu)和軌道來控制起重小車的運(yùn)動，完成吊運(yùn)物品的目的，并且不會被地面上的社會所影響。本文即是對紅外反射式傳感器在天車防撞設(shè)備當(dāng)中的應(yīng)用進(jìn)行分析，其防撞系統(tǒng)主要指的是在橋架軌道上的多臺天車互相進(jìn)行識別，進(jìn)而自動判斷停止距離，同時輸出控制信號制動天車。首先探討了傳感器的選擇類型，并對紅外反射式光電傳感器特性和工作原理進(jìn)行分析，最后對該系統(tǒng)的具體設(shè)計和實現(xiàn)方法進(jìn)行闡述，以期能為相關(guān)工作提供參考。

天車防撞;紅外反射式傳感器;特性;原理;設(shè)計

隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展和進(jìn)步，機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)日漸成熟，近幾年當(dāng)中以視覺傳感器的發(fā)展最快，成為了現(xiàn)代機(jī)器人自動行走和判別事物的主要設(shè)備。但目前國際上的視覺傳感技術(shù)當(dāng)中圖像處理已經(jīng)較為發(fā)達(dá)，但圖像分析技術(shù)還沒有較大的突破，這也就使得很多機(jī)器人在運(yùn)行過程中只能夠識別結(jié)構(gòu)簡單的環(huán)境和物體，在一定程度上阻礙了機(jī)器人技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。因此科研者開始考慮利用其它技術(shù)代替視覺傳感器，并實現(xiàn)機(jī)械運(yùn)行當(dāng)中的自動識別。

1 傳感器的選擇

天車是橋式起重機(jī)的簡稱，也是工業(yè)生產(chǎn)過程中運(yùn)送物料和產(chǎn)品的主要設(shè)備，在工業(yè)生產(chǎn)和物資儲存過程中起到了重要的作用。目前天車的傳感器種類的選擇具有多樣性，其一般根據(jù)視覺功能需要和接近覺功能需要被分為很多種。其中可以利用CCD攝像頭來進(jìn)行圖像的識別，但這種攝像頭僅能夠滿足大體積的設(shè)備，對于小體積系統(tǒng)的適應(yīng)性較差。接近傳感器則可以采用電容式設(shè)備，這種設(shè)備能夠有效對識別目標(biāo)表面所附帶的電容變化進(jìn)行識別，這樣當(dāng)兩臺及多臺天車相接近時，就能夠互相進(jìn)行識別，保證天車之間不會出現(xiàn)相撞的情況。另外還可以采用超聲波傳感器對天車的運(yùn)動進(jìn)行識別，這種傳感器主要是利用設(shè)備所發(fā)出的光波作為識別對象，通過接受和分析來判斷物體與自身接近的距離。并且在此基礎(chǔ)上研究出了紅外反射式光電傳感器，這一系統(tǒng)包括紅外線二極管光源、接收器和光敏接收器三個部分組成，可以在實際應(yīng)用過程中利用物體所散發(fā)出的紅外線強(qiáng)弱來感知物體的接近距離，并在系統(tǒng)當(dāng)中設(shè)置分檔，借此判斷是否停止運(yùn)行。一般在一臺天車上分別安裝四個傳感器，其中兩個對前方的物體進(jìn)行識別，另外兩個則對后方的物體進(jìn)行感知。在實際應(yīng)用時，對傳感器的選擇需要結(jié)合其工作內(nèi)容和環(huán)境的不同進(jìn)行選擇，如果其工作環(huán)境簡單，工作距離較短，為了節(jié)省設(shè)備的制造和維護(hù)成本，就可以選擇價格最低的普通紅外二極管，而如果在工作環(huán)境極為惡劣的條件下，為了進(jìn)一步保證設(shè)備工作的穩(wěn)定性，最大程度避免天車相撞，則應(yīng)該選擇價格最貴，但性能最優(yōu)的激光二極管。但在一般情況下，紅外反射二極管的應(yīng)用范圍較廣，并且價格適中，能夠滿足絕大多數(shù)工廠生產(chǎn)的需求，降低成本。

2 紅外反射式光電傳感器特性與工作原理

目前應(yīng)用的反射式光電傳感器的種類較多，但其中應(yīng)用最為廣泛的就是接收紅外光的，其根據(jù)接收紅外光源設(shè)備的不同可以分為紅外發(fā)光二極管、普通發(fā)光二極管和激光二極管三個種類，其中激光二極管在工作過程中所發(fā)出的光束頻率較為集中，是以激光的形式發(fā)射，而接收器就是接收和識別這一頻率范圍較窄的光束，不容易被外界的光波所干擾，而另外兩種設(shè)備則容易受到外界紅外光波的干擾，但激光二極管的造價較貴，成本較高。

從理論角度出發(fā)，傳感器本身只要處于能夠接收到光源的位置就能夠?qū)ζ溥M(jìn)行檢測，但是在實際應(yīng)用的過程中，由于光線本身具有著較為分散的特性，并且容易被不同物體所折射或反射，進(jìn)而使得其顏色、形狀以及頻率等受到影響，如果在設(shè)備性能測試過程中直接通過發(fā)射光束的方式則會對實驗結(jié)果造成極大的影響。而采用對反射光進(jìn)行檢測的模式能夠有效提升對光波頻率測試的準(zhǔn)確性，紅外反射式光電傳感器的工作原理就是利用反射光的識別來判斷物體的距離，通過調(diào)制紅外線的反射光源，并將其送入紅外光進(jìn)行發(fā)射，再由另外一臺設(shè)備進(jìn)行接收，進(jìn)而提高設(shè)備判斷的準(zhǔn)確性。

在實際運(yùn)行過程中，兩臺天車相遇，其各自向?qū)Ψ桨l(fā)出紅外線光波，二者在同時接收到光波后即會借由系統(tǒng)對光波的頻率進(jìn)行分析，并進(jìn)一步判斷二者之間的距離，在此過程中，光波的發(fā)射處于不間斷的情況下，因此系統(tǒng)就能夠?qū)α硗庖慌_天車的位置進(jìn)行實時掌控。當(dāng)二者到達(dá)控制范圍內(nèi)時，系統(tǒng)即作出停止運(yùn)行的指令，防止兩臺天車發(fā)生碰撞，保證設(shè)備的安全性。

3 紅外反射式光電傳感器的設(shè)計和實現(xiàn)

在紅外反射式光電傳感器應(yīng)用的過程中，根據(jù)其應(yīng)用的場所不同就需要選擇不同的設(shè)備類型，其傳感器的識別范圍可以從毫米級到米級不等。在傳統(tǒng)的天車設(shè)備早期識別裝置研究中，其對于障礙物或其它天車的識別主要依靠的是超聲波識別，這種識別方式是基于聲波反射的原理，但天車所處的工作環(huán)境極為復(fù)雜，所發(fā)出的超聲波容易受到外界聲波的影響，極易失靈，因此難以適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的需求。同時，采用激光二極管生產(chǎn)的傳感器本身成本較高，而普通的傳感器的識別范圍有限，無法滿足米級的識別范圍，因此根據(jù)研究顯示，符合目前天車工作性能要求的傳感器應(yīng)為大功率長波段雙光束的反射式紅外光電傳感器。

目前研制的紅外線傳感器所發(fā)生的紅外線頻率為38，在接收器接受這一紅外線后，利用放大設(shè)備將光線的頻率進(jìn)行放大，并由系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的處理，并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號。在測量兩臺天車距離時，其對信號的判別主要是基于四個信號點的輸出，借此來調(diào)節(jié)探測的距離。由于該系統(tǒng)主要采用的是低功耗的數(shù)字變頻處理系統(tǒng)，因此在結(jié)構(gòu)上可以增加高敏電路和抗干擾設(shè)備，并且還可以增加強(qiáng)光過濾設(shè)備，這樣就能夠使該系統(tǒng)對外界環(huán)境當(dāng)中所發(fā)出的強(qiáng)光進(jìn)行過濾，避免強(qiáng)光線對紅外光線的影響。這一系統(tǒng)的感光度可以達(dá)到99%以上，能夠在較多惡劣的條件下進(jìn)行工作，工廠或車間當(dāng)中由于生產(chǎn)的產(chǎn)品品種和性能的差異，其工廠內(nèi)環(huán)境也會有較大的差異，并且大多數(shù)工廠內(nèi)部需要保證陽光的照射，這樣在白天市場過程中可以減少對電能的消耗，而自然光譜當(dāng)中就包含了大量的紅外線，對傳感器就會造成影響，同時由于工行內(nèi)部生產(chǎn)設(shè)備需要長時間運(yùn)轉(zhuǎn)，會產(chǎn)生巨大的熱量，而這種熱量對于紅外光譜的影響也非常大，擾亂紅外光譜的頻率，利用普通紅外二極管難以對這種惡劣條件下的光線頻率進(jìn)行識別。同時，為了更加方便和準(zhǔn)確地識別各天車之間的距離，同樣也必須對廠房內(nèi)各燈光所發(fā)出的光波頻率進(jìn)行分析，并將其對設(shè)備造成的影響數(shù)值進(jìn)行計算，在系統(tǒng)設(shè)計過程中將誤差數(shù)值代入其中，這樣可以進(jìn)一步提升設(shè)備識別的準(zhǔn)確性。

在對天車防撞器進(jìn)行設(shè)計時，應(yīng)對主程序的穩(wěn)定性和抗干擾性進(jìn)行提高，因為在設(shè)備接受和發(fā)射紅外光線的過程中，其本身對于系統(tǒng)也會造成一定的影響，價值周圍環(huán)境當(dāng)中電磁波的影響，就會降低程序運(yùn)行的穩(wěn)定性，降低識別能力。并且，在傳感其內(nèi)設(shè)置抗感染裝置本身也會對系統(tǒng)的識別能力造成影響，在實際應(yīng)用過程中傳感器的收碼、解調(diào)或運(yùn)算步驟都需要整個設(shè)備的通力合作，其中一個環(huán)節(jié)受到影響就會影響整體識別效果，導(dǎo)致誤差的產(chǎn)生，影響設(shè)備的使用情況。

4 結(jié)語

在天車防撞設(shè)備當(dāng)中應(yīng)用紅外反射式光電傳感器的成功說明了光學(xué)傳感器應(yīng)用的可行性，在較短的距離內(nèi)（小于20米），這一系統(tǒng)能夠起到較好的識別作用，并且其自身的抗干擾能力較強(qiáng)，其主要特點就在于設(shè)備為非接觸型識別設(shè)備，并且靈敏度極高，分辨時間較短，對于空間位置的識別能力極強(qiáng)，能夠?qū)υO(shè)備的位置進(jìn)行全方位的測試。但目前我國所應(yīng)用的各類傳感器本身仍具有一定的局限性，其智能性發(fā)展程度較低，能夠識別的信息數(shù)量極為有限。但是在未來的發(fā)展過程中，隨著智能系統(tǒng)的不斷完善，傳感器的技術(shù)必然會進(jìn)一步提升。

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