Wie kann der IR-Näherungssensor gegen Tageslicht geschützt werden?

Ich versuche ein Infrarot-Näherungsmessgerät herzustellen.

Ich möchte, dass es im Bereich von 10 cm oder 4 "(vielleicht 15 cm?) Liegt. Die Frequenz, die ich verwende, beträgt 10 kHz. Hier ist die Schaltung, die ich verwendet habe, außer dass ich 1 nF Kondensatoren und Widerstände verwendet habe, die für das Band geeignet sind Ich habe LM358A für den OP-AMP verwendet und kenne die Teile-ID meiner IR-Diode nicht.

Um die Empfindlichkeit zu erhöhen und den Offset zu entfernen, habe ich mit dem anderen OP-AMP im LM358A einen Differenzverstärker mit einer Verstärkung von 10 hinzugefügt. Ich habe ein Potentiometer verwendet, um die Spannung einzustellen, die von dem unten stehenden Stromkreis subtrahiert werden soll.

Es klappt! Mit einer vernünftigen Linearität. Die Spannungspegel ändern sich jedoch mit der Tageslichtintensität.

Gibt es eine Möglichkeit, dieses Gerät mit einem LDR gegen Tageslicht zu schützen? Ich habe versucht, den LDR parallel zum Potentiometer zum Entfernen des Offsets zu schalten, was jedoch offensichtlich zu keinen guten, logischen Ergebnissen geführt hat. Ich habe keine IR-Filter und es ist sehr teuer, sie von Farnell oder einem anderen Anbieter in der Türkei zu beziehen.

Von hier .

Bearbeiten:

Hier ist mein Schaltplan:

Ich denke nicht, dass die Verwendung des Signals eines LDR viel bewirken kann, da die Schaltung bereits eine Art Unterdrückung des Umgebungslichts aufweist: Es ist das Hochpassfilter am Kondensator C8.

Ich stimme MikeJ-UK zu, dass das Signal wahrscheinlich durch Umgebungslicht gesättigt ist.

Wenn Sie nur möchten, dass der Näherungssensor mit mehr Umgebungslicht funktioniert, empfiehlt es sich, einen IR-Filter vor dem Detektor anzubringen.

Wenn dies zu einfach ist (oder Sie auch viel Umgebungs-IR-Licht haben, z. B. weil die Sonne auf den Detektor scheint):
Sie müssen das Problem lösen, dass das Signal vollständig vom Umgebungslicht gestört wird.

Nehmen wir an, der durch das Signal verursachte Fotostrom beträgt einige Mikroampere oder weniger und das Umgebungslicht gibt Ihnen bereits 0,1 mA. Am Eingangsspannungsteiler (D1 / R10) liegt nur eine sehr sehr kleine Signalspannung an. Je mehr Strom (durch Umgebungslicht verursacht) im Spannungsteiler fließt, desto kleiner wird Ihr Singal.

Nur die Verstärkung zu erhöhen, hilft nicht, denn das Rauschen wird auch verstärkt, und ich denke, Sie kommen in Regionen, in denen das Signal-Rausch-Verhältnis das ist, worauf Sie achten müssen.

Anstelle eines Spannungsteilers am Detektor wäre es daher besser, einen Transimpedanzverstärker zu verwenden:

Seine Ausgangsspannung ist linear zum Fotostrom. So erhalten Sie unabhängig vom Umgebungslicht mindestens einen konstanten Signalpegel (siehe auch diesen Artikel zu diesem Problem von Bob Pease).

Das gilt natürlich nur in Grenzen: Wenn Ihr Verstärker verklemmt ist, können Sie nicht viel tun.

Die Verstärkung vor der Bandpassfilterung darf also nicht zu groß sein. Wenn Sie Ihren Bandpassfilter jedoch schmal genug machen, können Sie anschließend eine enorme Verstärkung vornehmen (wie bei Radioempfängern).

Sie möchten die Amplitude einer bekannten Frequenz aus Ihrem Diodensignal extrahieren. Das kann, wie Sie bereits versucht haben, mit einem sehr schmalen Bandpassfilter geschehen, es gibt jedoch Grenzen. Eine andere Möglichkeit ist die Verwendung eines Lock-In-Verstärkers . Sie können viele Größenordnungen besser sein als analoge Bandpassfilter.

Ein Lock-In-Verstärker multipliziert grundsätzlich Ihr Eingangssignal mit einem Referenzsignal der gewünschten Frequenz. Der Ausgang wird dann tiefpassgefiltert. Dabei erzeugen alle Frequenzkomponenten, die nicht mit der Referenz übereinstimmen, keine signifikante Gleichstromleistung, da sich Werte unterschiedlicher Perioden destruktiv kompensieren.

Ich habe versucht, einige gute Abbildungen zu finden, und fand eine LabView-App-Notiz und eine kurze Funktionsbeschreibung .

Software-Ansatz: Mikrocontroller

Gebrauchsfertiger Chip: AD630 (es muss billigere geben)

Naja, obwohl die Ideen hier ziemlich elegant wirken ... naja, wenn Sie es nicht einfach machen können, ist es vielleicht nicht richtig. Oli Glaser hatte hier vielleicht die beste Idee, auch ich habe es selbst schon versucht. Sie müssen die IR-LED ausschalten, um das Umgebungslicht abzutasten, und dann wieder einschalten, um den Messwert abzutasten. Durch Subtrahieren dieser Messungen erhalten Sie die richtige Messung. Aufgrund der Sättigung des Fototransistors wird es nur wenige Unannehmlichkeiten geben, aber es ist das Beste, was Sie daraus machen können. IR-Filter werden nicht wirklich empfohlen, wenn Sie eine LED mit niedriger Leistung haben.

Ich vermute, der Eingang ist gesättigt. Bei hohen Umgebungslichtpegeln mit einer Diode nahe 100 uA bleibt keine Vorspannung übrig. Reduzieren Sie den 50k-Widerstand.

Betrachtet man das Sonnenlichtspektrum auf Wikipedia, ergibt sich aufgrund der Absorption von IR durch Wasserdampf in der Atmosphäre ein Abfall bei 940 nm.

Die Verwendung einer IR-Quelle und eines Sensors bei 940 nm verringert die Umgebungslichtaufnahme erheblich.

Der RPR220 ist einer mit einer 800-nm- und einer 940-nm-Version.

Wenn Sie das Signal in einen Mikrocontroller einspeisen, können Sie möglicherweise eine Kalibrierungsroutine verwenden, um das Umgebungslicht anzupassen.

Wenn Sie beispielsweise den Pegel ablesen, während gerade nichts übertragen wird, können Sie diesen Wert vom Wert "EIN" abziehen, um die von Ihrem IR-Sender verursachte Differenz zu ermitteln.
So etwas sollte helfen. Sie könnten mit einem LDR in der Operationsverstärker-Rückkopplung ähnliche Schritte ausführen, um die Verstärkung anzupassen, aber es wäre schwieriger, die richtige Einstellung vorzunehmen.

Eine andere Möglichkeit ist ein schärferes Bandpassfilter (z. B. 2 oder 3 Stufen versetzt), damit nur die modulierte Frequenz "gesehen" wird.

Ich würde dem Vorschlag von Oli Glaser folgen, einen Mikrocontroller zu verwenden, aber ich würde auch ein paar Schaltkreisänderungen vorschlagen:

1. Ich würde vorschlagen, einen zweiten ADC-Eingang zum Mikrocontroller hinzuzufügen, um den Gleichstrompegel von der Fotodiode zu erfassen. Ich vermute, dass die Empfindlichkeit der Fotodiode nicht linear ist. Wenn Ihr AC-Eingang das 100-fache der Verstärkung des DC-Eingangs hat, berechnen Sie den kombinierten Wert der Eingänge (das 100-fache des DC-Werts des AC-Werts) und führen Sie eine Transformation durch (oder interpolieren Sie mithilfe einer Nachschlagetabelle), um einen linearisierten Wert zu erhalten.
2. Das Hinzufügen eines analogen Bandpassfilters, aber das Entfernen des Demodulators kann einige Vorteile haben. Lassen Sie den Prozessor den Eingang mit 40 kHz abtasten. Verwenden Sie vier Mittelwertfilter (zuerst linearisiertes Sample, um 0 zu filtern, neben Filter 1, dann 2, 3, 0, 1, 2, 3 usw.) und berechnen Sie den Wechselstromsignalpegel als (f2-f0) * (f2 -f0) + (f3-f1) * (f3-f1). Dieser Ansatz bietet eine viel bessere Störfestigkeit als ein Spitzendetektor.

Ich habe ein paar Varianten von IR - Vorverstärker - Schaltungen gesehen mit der Diodenvorspannung zu vermeiden Sättigung zu steuern, zum Beispiel Dieses Elmos Gerät und dieser sehr alt IR - Vorverstärker SL480 Ich habe eine Schaltung auf dem ersten Beispiel für einen Outdoor - Näherungssensor auf Basis verwendet und es hat sehr gut funktioniert.

Möglich ist auch eine mechanische Lösung, ein "Snoot", eine Röhre, die den Empfänger vor dem größten Teil des Umgebungslichts schützt.

Haben Sie versucht, einen zusätzlichen Sensor als Kontrollgruppe zu haben, der demselben Umgebungslicht ausgesetzt ist, aber das Hindernis Ihres realen Sensors nicht erkennt? Anschließend subtrahieren Sie das Signal des Kontrollgruppensensors zum Arbeitssensor.

Es hat bei mir ein paar Mal in wissenschaftlichen Projekten funktioniert, haha. Damals wusste ich nicht, wie man einen Softwarefilter programmiert.