[发明专利]一种抗环境光干扰的运动物体挡光时间测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种抗环境光干扰的运动物体挡光时间测量装置及方法，属于传感器测控技术领域。

背景技术

光电管测量运动物体的挡光时间受环境光干扰较大，致使测量结果不精确。为了避免环境光的干扰，目前通过光电管来测量运动物体挡光时间的方法主要有两种：第一种是通过尽可能缩短被测物体与发射管、接收管的距离来减少环境光的干扰，第二种是通过发射特定波长频率的光波来排除环境光的干扰。然而，这两种方法的效果不尽人意，第一种方法造成运动物体在高速运动时会有撞击光电管的现象发生，另外运动物体即使尽可能接近光电管也会存在环境光干扰，不能完全避免；第二种方法虽然能够通过发射特定频率的光波来排除环境光的干扰，但是不能精确地测量物体经过的时间，尤其是在要求测量的时间单位很小的时候会存在计时偏差，例如微秒级别的时间。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术存在的缺陷，提出一种抗环境光干扰的运动物体挡光时间测量装置，同时给出了其测量方法，该方法测量精度高。

为了达到以上目的，本发明的抗环境光干扰的运动物体挡光时间测量装置，包括光电对管，用于将光信号转化为电信号，并将电信号传递给耦合电路；

耦合电路，用于接收光电对管发送的电信号并进一步滤除恒定的环境光干扰信号以获得挡光信号，再将滤除环境光干扰的挡光信号传递给信号放大模块；

信号放大模块，用于接收并放大耦合电路发送的挡光信号；

信号比较模块，用于接收信号放大模块发送的挡光信号并将挡光信号转换成方波脉冲信号；

微控制器模块，用于接收信号比较模块发送的方波脉冲信号并对方波脉冲信号进行计时，以获得物体经过光电对管之间的时间；

在所述光电对管之间的光路设有挡光板，所述挡光板上具有用于滤掉部分环境光的平行光缝。

本发明的光电对管之间的光路被挡光板处理成狭窄的平行光路，以达到物体进入光电对管之间光路时信号突变比较明显的目的，同时减少环境光中干扰光源的输入，增加光电对管测量运动物体挡光时间的精度。另外，光电对管将物体经过的信息（光信号）转换成交流电信号（即将运动物体经过光路的时间转换成挡光信号），同时将恒定的环境光转化成直流电信号（即环境光干扰信号），并将转换后的物体经过信息传给后级的检测比较电路，检测比较电路为耦合电路、信号放大模块、信号比较模块。耦合电路将不同强度的稳定环境光以及稳定发射光转化来的直流电进一步滤除掉，只让变化快速的挡光信号-交流电进入后级电路，以减少环境光对比较基准电平的影响，避免影响信号比较模块的比较门槛值偏差；信号放大模块把经过耦合电路的交流小信号进一步放大，以利于信号比较模块进行判断，准确分辨出物体进入光路点的时刻，防止直流小信号干扰导致的误触发；信号比较模块设定固定门槛值（即物体进入光路时的固定比较阈值），物体进入光路后达到固定门槛值就能检测到信号变动，最终将有用的挡光信号处理成方波脉冲信号送入微控制器模块进行实时计时处理。总之，耦合电路、信号放大模块、信号比较模块相互配合能够消除通过挡光板的部分环境光干扰信号，使得测量更为精确。

进一步的，所述光电对管由发射管和接收管组成，在所述发射管与接收管之间的光路设有平行布置的第一挡光板和第二挡光板。

再进一步的，所述第一、第二挡光板的中部均具有一条沿其竖直方向延伸的狭缝或细长孔，并且所述第一挡光板的狭缝或细长孔与第二挡光板的狭缝或细长孔位于同一垂面上。这样，通过挡光板狭缝或细长孔的光路为平行光路，狭缝或细长孔将光路信号处理成平行的细缝或细小长孔，以减少环境光的干扰量，提高物体进入光电对管光路时反应的灵敏度，最终达到物体瞬时、完全遮挡光电对管之间光路的目的。

进一步的，所述光电对管、耦合电路、信号放大模块、信号比较模块和微控制器模块均与电源模块连接。

再进一步的，所述发射管为红外发光二极管，所述红外发光二极管的一端接地，另一端通过电阻一接VCC，所述接收管为红外接收二极管，所述红外接收二极管的一端接地，另一端通过电阻二接VCC。

更进一步的，所述耦合电路包括耦合电容，所述耦合电容的一端接红外接收二极管的输出端，另一端接电阻八的输入端。

更进一步的，所述信号放大模块包括第一集成电路，所述第一集成电路的4脚接地，7脚接VCC，3脚接对地并联的电容二和电阻六，2脚接电阻八的输出端，6脚接电容四的输入端，对地并联的电容二和电阻六通过电阻三接VCC，并且在所述第一集成电路的2脚、6脚之间并联电阻九。