Барьеры на модулированном ИК излучении

Надежность работы оптического барьера с непрерывным спектром излучения зависит от внешнего освещения. Однако инфракрасное излучение можно модулировать с частотой от 1000 до 3000 Гц, то есть прерывать его с очень высокой скоростью (от 1000 до 3000 раз в секунду). В приемнике следует предусмотреть избирательную цепь, выделяющую модулированный «сигнал» барьера, который фототранзистор трансформирует в переменное напряжение на фоне непрерывного освещения от внешних источников.

На рис. 5.6 приведена схема излучателя модулированного излучения И К диапазона.

Элементы схемы, изображенной на рис. 5.6:

• С1: 10 нФ, пленочный;
• С2: 220 мкФ, 15 В;
• R1: 22 кОм;
• R2: 33 кОм, подстроечный;
• R3: 4,7 кОм;
• диоды ИК диапазона LD271, CQY 37, CQW 89 В или эквивалентные;
• выпрямитель (4x1 N 4001 или готовый мост);
• трансформатор для источника питания 6 В, 0,3 А;
• интегральная схема NE 555.

Здесь в качестве мультивибратора, генерирующего импульсы излучения, используется интегральная схема NE 555. Частота мультивибратора может регулироваться с помощью резистора R2 путем согласования частот излучателя и приемника. Схема, представленная на рис. 5.6, имеет дополнительный выход, который используется для синхронизации между собой излучателя и приемника, о чем будет сказано ниже.

Можно увеличить КПД приемника при помощи последовательного или последовательно-параллельного включений большого числа светодиодов, как об этом было написано в главе 2. Однако практически не имеет смысла строить излучатель (рис. 5.6) на интегральной схеме, так как число элементов невелико. Достаточно собрать устройство в корпусе малых размеров.

Схема соответствующего приемника представлена на рис. 5.7. Элементы схемы, изображенной на рис. 5.7-5.9 (приемное устройство оптического барьера для модулированного сигнала):

• C1: 1 нФ, керамический или пленочный;
• С2: 22 мкФ, 15 В, электролитический;
• СЗ: 100 нФ, пленочный;
• С4: 22 мкФ, 15 В, электролитический;
• С5: 22 нФ, пленочный;
• С6: 100 нФ, пленочный;
• С7: 2,2 мкФ, 25 В, электролитический (предпочтительно танта-ловый);
• D1 - D5: 1 N 4148, 1 N 914 или эквивалентные;
• R1: 10 кОм;
• R2: 330 кОм;
• R3: 470 кОм;
• R4: 2,7 кОм;
• R6: 330 кОм;
• R7, R8: 2,2 кОм;
• R9: 47 кОм;
• R10, R11: 4,7 МОм;
• R12: 2,2 кОм;
•  R13: 1 кОм;
•  R14: 220 Ом, 0,5 Вт;
• Т1: фототранзистор BP 103, BPW 14 В, BPW 22 А или эквивалентные;
• Т2: 2 N 2219, ВС 140-16 или ВС 635;
• симистор на 220 В и минимум 2 А. Без радиатора, для лампочки мощностью до 100 Вт;
• сдвоенный операционный усилитель МС 1458 или двойной - 741.

Схема работает на сдвоенном операционном усилителе типа 1458. Для снижения уровня шума транзистор Т1 получает питание через делитель. Первый операционный усилитель используется как активный полосовой фильтр с резонансной частотой близкой к 2 кГц.

После демодуляции огибающей переменного сигнала с помощью диодов Dl, D3 приступают к ее ограничению на диоде D2, а затем к усилению постоянной составляющей. С помощью конденсатора С7 диодов D4, D5 формируют сигнал расширения, то есть временную задержку, которая позволяет симистору оставаться во включенном состоянии несколько десятков секунд при каждом, даже кратковременном пересечении человеком линии прямой видимости (оптической связи) между излучателем и приемником. Это может быть особенно полезно при подаче сигнала включения света в момент пересечения человеком линии оптической связи. Длительность сигнала расширения меняется емкостью конденсатора С7: каждая микрофарада соответствует выдержке от 5 до 15 с.

При изготовлении приемника, схема которого показана на рис. 5.8, были использованы элементы достаточно больших размеров.

Допустимо сэкономить место, установив малогабаритные резисторы с мощностью рассеивания 0,1 Вт, за исключением R14 (0,5 Вт). Применяя также электролитические танталовые конденсаторы капельного типа, можно прийти к варианту, изображенному на рис. 5.9, -более компактному и легко реализуемому.

Регулировка состоит в настройке излучателя на рабочую частоту приемника. Для определения переменной составляющей сигнала на выходе первого каскада усиления (вывод 7 конденсатора С1) используются электронно-лучевой осциллограф и милливольтметр НЧ.

Выбирается такая дальность действия между излучателем и приемником, при которой перегрузка в приемнике невозможна. Согласование считается полным, когда на выходе приемника получен максимальный неискаженный сигнал.

Ориентируясь исключительно на срабатывание симистора, можно выполнить настройку излучателя, учитывая, что на заданном расстоянии чувствительность будет тем больше, чем сильнее допустимое рассогласование. Во время этой операции предполагается временное исключение конденсатора С7 из схемы, для того чтобы не мешала временная задержка, которую вызывает этот элемент при каждом срабатывании симистора. Во время настройки необходимо также исключить любое фоновое излучение от объектов, находящихся поблизости.

Кроме того, схемы, изображенные на рис. 5.6 и 5.7, могут быть использованы для оптического барьера, работающего по отраженному излучению. Их можно установить на одной стороне коридора, получая отраженный сигнал от противоположной стороны. Однако расстояние между излучателем и приемником должно быть достаточно большим (приблизительно 1 м), чтобы отражение от одежды человека, пересекающего барьер, легко распознавалось.

Литература:  2003 · Инфракрасные лучи в электронике. Шрайбер Г