Diseño de circuito basado en detección fotoeléctrica inteligente ¿Qué es la tecnología de detección fotoeléctrica?
Resumen: Como nueva tecnología de detección, la detección fotoeléctrica se ha desarrollado rápidamente, se utiliza ampliamente y se está desarrollando en la dirección de la inteligencia. Con base en el análisis del sistema de detección fotoeléctrica inteligente, se diseña un circuito de detección fotoeléctrica y se analizan los aspectos relevantes de la tecnología inteligente en el circuito de detección fotoeléctrica.
Palabras clave: Diseño de circuito de interacción persona-computadora de detección fotoeléctrica
Número CLC: TP27 Código de identificación del documento: A Número de artículo: 1007-3973 (2012) 007-051-02
La detección fotoeléctrica es una tecnología de detección emergente producida por la combinación de óptica y electrónica. Incluye principalmente adquisición de información óptica, conversión fotoeléctrica, medición de información óptica y procesamiento inteligente de información de medición. Tiene alta precisión y velocidad. de alta velocidad, larga distancia, gran capacidad, sin contacto, larga vida útil, fácil automatización e inteligencia, se ha desarrollado rápidamente y se ha utilizado ampliamente en diversas industrias de la economía nacional, como escaneo óptico, medición de seguimiento óptico, medición de fibra óptica. , La medición láser, la medición infrarroja, la medición de imágenes, la medición con poca luz, la medición con luz débil, etc. son actualmente la tecnología de información optoelectrónica más importante y potencial. Con el desarrollo de la ciencia y la tecnología, la detección fotoeléctrica inteligente se ha convertido en la dirección de desarrollo de la tecnología de detección fotoeléctrica.
1 Principios básicos de la detección fotoeléctrica inteligente
En los sistemas de detección de rejillas de fibra basados en la recopilación de información óptica y la conversión fotoeléctrica, los instrumentos de detección fotoeléctrica desempeñan un papel clave si el instrumento puede adaptarse a condiciones adversas. entornos y detectar pequeños cambios en la longitud de onda de la red de fibra y convertir señales ópticas en señales eléctricas fáciles de procesar, es necesario diseñar un circuito de detección fotoeléctrica.
El circuito de detección fotoeléctrica inteligente diseñado en este artículo integra nuevas tecnologías como maquinaria, luz, electricidad, informática e inteligencia artificial. La estructura de su sistema de detección varía según el objeto que se mide. Generalmente, los sistemas de detección electrónicos inteligentes se componen de sistemas inteligentes de procesamiento de señales, sistemas de detección fotoeléctrica, sistemas de medición y control, sistemas de salida y unidades de interfaz. Toma un sistema de procesamiento de señales inteligente como núcleo e integra tecnologías como adquisición óptica, transformación óptica, conversión fotoeléctrica, acondicionamiento de circuitos, interfaces periféricas y salida de información. Puede realizar la recopilación de información óptica, la conversión de señales fotoeléctricas, la detección de señales y las operaciones lógicas. Funciones de razonamiento y memoria de almacenamiento y transmisión de información, y completa automáticamente las funciones de autocomprobación, autocalibración, autodiagnóstico y ajuste. Consulte la Figura 1 para conocer la estructura y el principio del sistema.
El sistema de procesamiento inteligente de señales consta de un microprocesador y un módulo inteligente. El microprocesador se encarga de tareas como el procesamiento de datos, el cálculo, el almacenamiento, la gestión y la transmisión de información. El sistema y es el núcleo del sistema de detección fotoeléctrica inteligente determina su rendimiento. Los microprocesadores generalmente constan de microcontroladores de alto rendimiento o microprocesadores integrados, como microcontroladores de la serie 51 de 8 bits, microcontroladores de la serie MSP430 de bajo consumo de 16 bits, sistemas de procesamiento de información DSP y chips de diseño de sistemas ARM, etc. El módulo inteligente es en realidad un programa inteligente que recopila el conocimiento de expertos en el campo de la detección fotoeléctrica y puede reemplazar a los expertos para resolver diversos problemas que surgen durante la detección de manera oportuna. Por lo general, consta de una base de conocimientos de expertos, módulos de datos y lógica. operaciones y programas de razonamiento.
El sistema de sensor fotoeléctrico se compone principalmente de componentes de detección fotoeléctrica, incluidas fuentes de luz, vías ópticas y componentes fotoeléctricos. Su función es realizar transformación óptica y conversión y transmisión fotoeléctrica. En la actualidad, los componentes de detección fotoeléctrica de uso común incluyen fotorresistores, tubos fotomultiplicadores, dispositivos de acoplamiento fotoeléctrico, fotodiodos, fototransistores, diodos emisores de luz (LED), etc.
El circuito de medida y control procesa la señal de entrada del sensor fotoeléctrico en consecuencia. Sus funciones principales son la amplificación, filtrado, modulación, demodulación, cálculo, control, conversión y detección ambiental de la señal.
El sistema de salida se utiliza para generar información del sensor que el sistema de procesamiento de señales inteligente confirma que es correcta para que la utilicen los usuarios, incluido el almacenamiento de información y la visualización de salida.
Las interfaces periféricas incluyen interfaces de interacción persona-computadora e interfaces de bus y red. La primera se utiliza para la interacción externa persona-computadora con el sistema de detección fotoeléctrica inteligente integrado, como modificación, adición, eliminación y mantenimiento de datos. etc.; este último se refiere a la comunicación entre enlaces y redes entre dispositivos para facilitar la transmisión y el intercambio de información.
2 Diseño de circuito del sistema de detección fotoeléctrica inteligente
El sistema de detección fotoeléctrica inteligente consta principalmente de un circuito de conversión fotoeléctrica, un circuito de amplificación de señal, un circuito de filtro, un circuito de detección de entorno periférico, un circuito de control inteligente, y circuito de interfaz periférico, etc. Consulte la Figura 2 para conocer el marco del sistema.
En primer lugar, la información óptica recopilada se convierte en señales eléctricas a través de fotodetectores; en segundo lugar, se llevan a cabo la amplificación de la señal y el filtrado de ruido para abordar los problemas de señales débiles y mucho ruido durante el proceso de conversión de la señal, y el periférico. El entorno es Las señales se detectan de manera oportuna. La señal convertida fotoeléctricamente se convierte en una señal digital mediante el convertidor A/D y ingresa al sistema de procesamiento de señales inteligente para su procesamiento. Luego, la información procesada se transmite por el sistema de salida, completando un ciclo de información. Por lo tanto, un buen diseño de circuito de conversión fotoeléctrica debe cumplir plenamente con los requisitos de una alta relación señal-ruido de salida, sin distorsión de frecuencia de la señal medida y una alta potencia de la señal de salida.
(1) Circuito de conversión fotoeléctrica
Cuando se utiliza tecnología de detección fotoeléctrica, el circuito de conversión fotoeléctrica debe diseñarse primero para resolver el problema de conversión fotoeléctrica. Al recopilar información sobre la luz, dado que la intensidad de la luz reflejada se ve afectada por muchos factores como la forma, el color, la luz solar y la iluminación de la superficie del reflector, además de seleccionar un buen punto de iluminación, también se debe utilizar una fuente de luz con mayor sensibilidad dentro del rango de la fuente de luz. Los componentes como los fototransistores tienen mayor sensibilidad que las células fotovoltaicas, los fotorresistores y los fotodiodos. No solo tienen una mejor linealidad con la transformación de la luz, sino que también amplifican la fotocorriente. La Figura 3 muestra un circuito de conversión fotoeléctrica con sensibilidad ajustable. OPT201 se puede utilizar para construir un circuito de conversión fotoeléctrica con sensibilidad ajustable. Al ajustar la resistencia divisoria de voltaje, es decir, cambiar el potenciómetro 5K?%R, se puede cambiar la ganancia del amplificador.
(2) Circuito de amplificación de señal
En el proceso de conversión de señal fotoeléctrica, dado que la señal de voltaje de salida es débil, es necesario diseñar un circuito de amplificación para amplificarla. La Figura 4 proporciona un circuito de amplificación con una estructura de red en forma de T. En la Figura 4,
Este tipo de circuito amplificador determina la ganancia del amplificador mediante la estructura de relación de resistencia, y la resistencia de retroalimentación se expande (1+Rx/R2) veces, lo que reduce el ruido térmico y la polarización de entrada. Corriente del amplificador operacional. El amplificador tiene las ventajas de alta precisión y buena estabilidad. La desventaja es que cuando se ingresa un solo canal, si la entrada es una señal de error inestable, afectará directamente el extremo de salida, lo que hará que la estabilidad del circuito disminuya.
(3) Circuito de filtro
En el proceso de conversión de señales ópticas en señales eléctricas, debido a la mezcla de fuentes de luz que no son detectables, como la luz natural, más el ruido blanco y el ruido del propio dispositivo, la frecuencia de la señal detectada puede estar distorsionada. Para eliminar este efecto adverso en la conversión de señales fotoeléctricas, se debe diseñar un circuito de filtro para filtrar las interferencias de la luz natural y el ruido. La Figura 5 muestra el circuito de filtro activo.
Los filtros activos son filtros que contienen dispositivos activos como transistores semiconductores. En comparación con los filtros pasivos, tienen las características de tamaño pequeño, peso ligero, bajo precio, estructura sólida y fácil integración. La Figura 5 muestra un filtro activo de fuente de voltaje controlado por voltaje (VCVS), que utiliza un amplificador operacional OP27 y una red RC doble para formar un circuito de filtro activo de segundo orden con excelente rendimiento, que puede filtrar señales por encima de 5 Hz.
3 Conclusión
Este artículo analiza los principios básicos de la detección fotoeléctrica inteligente y, sobre esta base, analiza sistemáticamente el diseño del circuito de cada enlace del sistema completo de detección fotoeléctrica inteligente, incluido el fotoeléctrico. diseño de circuito de conversión, diseño de circuito de amplificación de señal, diseño de circuito de filtro en el sistema de adquisición de información fotoeléctrica, diseño de circuito de detección de sobrecalentamiento de temperatura, diseño de circuito de compensación de temperatura del sistema de detección de señal del entorno periférico, diseño de circuito de módulo inteligente del sistema de procesamiento de señal inteligente y bus y Diseño de circuitos en una interfaz de interacción persona-computadora y un sistema de salida de información. El sistema de detección fotoeléctrica inteligente tiene una gran adaptabilidad ambiental, un amplio rango de medición y una alta precisión de medición. En particular, el sistema de inteligencia artificial mejorado puede corregir automáticamente el ruido, la temperatura, las fluctuaciones de voltaje y los cambios en la fuente de luz, además de una buena interacción entre humanos y computadoras. La interfaz simplifica enormemente los procedimientos operativos y mejora la eficiencia del procesamiento y análisis numérico. Creemos que con el avance continuo de los materiales de fibra óptica, la tecnología informática y la tecnología de inteligencia artificial, la tecnología de detección fotoeléctrica inteligente continuará mejorando y liderará la dirección de desarrollo futuro de la tecnología de detección fotoeléctrica.
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