被动光探测器

本发明涉及一种光探测器，这种光探测器是一种具有光电池和与其连接的放大器，以及继电器装置或诸如此类装置的被动光探测器。

已知的光探测器易受干扰，因为它们用一人工光源对着光电池工作。振动会破坏调定光源一光电池，并因而危害探测器的功能。此外，光电池和光源必须始终是在被探测的物体沿着该通路经过的那条通路的各自的一侧。对于长的探测距离，需要一个比较强的光源，而在这种情形中，环境光能影响光电池并引起探测器的错误动作。这里应该指出的，关于这种光电池和人工光源可能需要使用反射镜，根据实际经验，其中反射的光只有入射光的约50%。为了使光电池不受环境光的影响，已经尝试使用脉冲光，但这会使指示器比较迟钝并且对移动方向和速度指示产生有害的作用。

上面提到的光探测器可以用于提供例如关于物品在传送带上、自动电梯上、车间门口移动的光探测，大距离移动的探测，移动速度等的指示。

本发明的目的特别在于消除或减轻已知光探测器的缺点。还具有一个目的是提供在介绍中提到的那种不易受振动影响、耐用、易安装和适用于长距离探测的探测器。

这由给出下列区别特征的本发明来完成，该特征是：二个光电池成对串联连接，两者之间有一中心输出端，所述光电池的光线路径或互相平行或集中于一点，所述光电池适宜于感测环境、现有的光，例如日光，所述中心输出端连接至具有一零-通放大器的信号处理电路上的输入端，该零-通放大器经过信号形成级适宜于激励其输出端连接至一继电器装置或诸如此类装置的一个继电器电路。

本发明的光探测器打算取代用专门受照的光电池工作的型式的设备，该设备中待探测的物体阻断了光源和光电池之间的射出光束。

本发明的原理是基于这样的认识，如果能省去专门光源，就能取得更好的可靠性和大大地简单化。因此，本发明利用了流行的光、日光、室内照明或其他现有的、环境光。这简化了象这样的被动光探测器的结构，且不需要辅助装置和调整。

使用了不是一个而是两个成对工作的和对可见光或不可见光敏感的元件，例如硫化镉电池、太阳能电池、光敏三极管或光敏二极管。对于这些光敏元件在下文无论在说明书或权利要求书中均使用术语“光电池”。两个光电池在光学上是互相对准一个远距离目标。两个光电池是串联地进行电气连接，而光探测器信号是从两个光电池之间的连接点，直接或者经过电容器或电阻器，传送至有零-通放大器的信号处理电路上的输入端，该零-通放大器通过信号形成级激励并连接至继电器装置或诸如此类装置的继电器电路。

零-通放大器可以包括使各光电池与放大器相连接的分支电路。此外在相应的分支电路中的信号形成级包括一个施米特触发器或类似的器件，而在从触发器之一将信号转换这后，它们的输出信号被加至包括在继电器控制电路中的一个“或”门。“或”门的输出连接至继电器装置或诸如此类的装置，该装置再提供必需的工作指示或控制，虽然这不是本发明的主题。

就根据本发明的被动光探测器来说，通过二对或多对光电池连接成与电子电路相互作用，能以简单和可靠的方法来检测大面积上物体的移动。因而有可能有效地监视一个大的连续的区域或者在这区域内诸分离的点。

现参考说明诸实施例的附图来详细解说本发明，但本发明不局限于这些实施例，其中：图1是根据本发明和具有电阻改变光敏元件的被动光探测器的线路图;

图2是改进型实施例的线路图;

图3是施米特触发器的曲线图;

图4说明另一种输入具有光敏电池产生电流的电路的方式;以及图5说明本发明的一个实施例，其中多对光电池是用来监视一个宽阔的区域。

在由图1线路图说明的本发明的基本实施例中，有两个串联连接的光电池11、12，两者之间有一接线端1。光电池11、12朝着离开中心端1的方向经过相应的电阻器21和22，接至电源的正和负工作电压。探测信号本身是取自光电池11、12两者之间的中心端1，而加至信号处理电路100的一个输入端10上。信号处理电路包括零-通放大器106和信号形成级107。在本发明的最佳实施例中，电路100对于相应的光电池11、12也分别包括分支电路41-71和42-72。于是放大器106包括二个分支电路，各以其相应的电容器41、42或电阻器51、52连接至放大器61、62。两放大器借助于电容器或电阻器得到平衡，以致一个支路的放大器放大正向电压变化，而另外一个放大器放大负向电压变化。信号形成级107被连接在放大器61、62的后面，且为相应的分支电路设置施米特触发器71、72，来自触发器之一的信号被倒相，因此两输出信号具有相同的极性。这或者通过：放大器中的一个具有倒相输出或者通过在放大器中的一个后面连接的倒相装置2来达到。两触发器71、72的输出端被连接到“或”门3上的各输入端。如果在光电池之一上的入射光量与另一个光电池上的入射光量相比有了差额，于是“或”门将给出一个信号。为发送探测信号，差额应该存在一段时间，这个时间能容易地用选定合适大小的电容器41、42或电阻器51、52来变更。

为了稳定的目的，在图2中电阻器31、32可以与光电池并联地设置。这些电阻器是适宜的高电阻，用兆欧的数量级。

“或”门3的输出端接至例如簧片继电器4或一个光耦合器（optocoupler），以达到从设备中分离出光探测器的电流，该设备是准备连接和由其控制的。在本技术领域内的专业人员是能作出进一步的改进。另外的施米特触发器5可以设置在“或”门3和继电器装置4之间，如图2所示。

本发明的光探测器是用电池或诸如此类的电源来激励，和如果采用互补型金属氧化物半导体（CMOS）电子线路，则电流消耗将非常低，即，为几个微安的数量级，因此电池的寿命极长。

图3是施米特触发器曲线图，触发点是由T表示。调节相关的放大器，以致FI和FII两个位置是清楚地分别在触发点T的左面和右面，因而在从FI至FII上提供可靠的触发。为了改变放大器61、62至适当的位置，为它们设置有相应的调节电阻器81、82，如图2所示。诸电阻器的滑动输出端被连接至相应的放大器61、62的输入端。作为一种变换，如从图5所见到的，单个调节电阻器8可以连接到一个放大器的正输入端和另一个放大器的负输入端，所提到的两个放大器的输入端，然后经过相应的固定电阻器连接至电源的正或负电位。

现联系图4对改进的电路输入端作出说明。图中改变它们阻值的光电池，是用太阳能电池91、92来代替，以产生电流或电压，在这里作为一个工作例子来说明。

仅用本来已知的光学系统来示意地说明，两个太阳能电池91、92以锐角朝向一个具有给定光强的物体P。作为一种变换，太阳能电池也可平行朝向或偏斜向着它们的相应的点P和P′，该两个点可以是一样光亮或光亮稍有不同。较小的差别能借助于电位计装置95、96调除。低增益放大器93、94被连接在太阳能电池91、92的后面，放大器中的一个（在这里是94）具有倒相输出端。当一物体F以方向R横过了两个太阳能电池91、92时，光束I首先被阻断，于是电池91相对于另一个电池92的电流i2改变其输出电流i1。电流i1供给放大器93，而电流i2供给放大器94。如果假定物体F是较点P为暗，则电流i1将少于以前。这意味着以前调整的存在在放大器93、94中的电流电压之间的平衡将被破坏，导致在电位计95的输出端96上有一相应的变化，即，在这种情形这里的电压减弱，向负改变。如果物体是较点P为亮，或光束11先被阻断，则电压将向正改变。改变是经过电容器41、42，放大器61、62和触发电路71、72传送到“或”门3的两个输入端，其中一个得到信号，从而符合“或”条件，而在“或”门的输出端发送出一个信号到继电器4将其触发。

在图上作为例子说明的线路图，可由本技术领域内的专业人员用本身已知的方法作进一步的修改。因此，可以实现表示是光束I还是光束II先被阻断，以及阻断物体较点P是亮还是暗的各种指示，于是能使表示方向的指示成为可能。也有可能按照在一个或另一个方面的需要来选择或调节点P和P′的亮度。而且，通过适当地选择部件，可以改进和/或调节反应灵敏度。

用本发明提出的解决办法，可以得到一种被动移动探测器，这种探测器除了为其工作需要某种形式的光以外，或多或少与光源无关。从实际的试验，也已经发现对光的要求是非常低的。根据本发明的光探测器使用现场可用的光，将光探测器本身调节到适应于指示时刻存在的光环境。因为光可以改变，从整体来看，本发明的光探测器在弱光中与在强光中同样工作。实际上在点P处几乎完全不受光变化的影响，即使光来自一个旧的经常断续发亮的有缺陷地工作的荧光管，也没有什么困难。但这种光源对一般的用直接入射光束工作的光电池来说是非常不足的。如果这光束变化太小，一般设备的光电池接收此光束意味着光束已被阻断，而发送出一个相应于这个效应的信号。因为本发明使用成对连接的光电池11、12，两个光池的入射光路径互相平行或设置成互成锐角的形式，因而意味着一个光电池能连续地接收较强的光，而另一个光电池能连续地接收较弱的光，根本的差别是本发明的光探测器单独探测来自两个光电池的信号的不同，即，是否两个光电池中的一个与另一个相比较突然接收到的确少的光量。实际试验也已说明在如几毫秒那样的短时间内的信号差异是完全足够去起动光探测器以发送一个工作信号的。

因为本发明的光探测器本身调节到适应当时的光的环境，当结合适当的光学装置时，能很好的探测物体或大间距的移动。这种光学装置在先有技中是众所周知的，而不是本发明的一部分，因为它们能由本技术领域内的专业人员在他的能力范围内来提供。他也能容易地改进本发明的光探测器，使它能指示由它探测的物体的速度，从而将它转变成一个移动探测器，和也能以一般的方式实现指示去或来的移动方向。反应的速度仅仅取决于光电池的灵敏度。

本发明的被动光探测器的进一步发展在图5中说明，打算检测在大区域内移动的物体。更准确地说，这探测器可以用作指示一个人只有一次是在某一区域之中。

这进一步发展的指示器因而包括多对光电池11-12（64对这种光电池11-12表示在图中）均匀地分布在待监视的区域上。光电池能设置在区域上方的顶部内，顶部采取一种平表面的形式，在平表面中为各光电池11、12设置于槽，在本情形中有128个槽。藉对相应的槽给出适宜的长度和对相应的光电池对的槽给予适当的方向，本发明的第一个指标已经达到，即，各对光电池将在光学上这样取向，使得各个光电池接收的光线是平行于其他光电池接收的光线，或者这些光线互相形成锐角。

来自光电池对11-12的诸信号被周期地采样，而采样信号通过时钟电路103控制的转换电路102来调整。来自被采样的光电池对11-12的信号被接到数据收集电路101，该收集电路馈给信号处理电路100上的输入端10。存储电路104连接至信号处理电路100的输出端，用以鉴定来自电路100的各信号。为了确定物体/人的数目（探测器将为之发送一个信号），有一数量电路105连接至来自信号处理电路100的输出线，它可以将输出信号馈送至继电器或光耦合器4，如与图1和图2有关的实施例所叙述的那样。数量电路105有两个输出端，在图5中上面的输出端是用来将在监视区域内“多于一人”的状态信号化，而下面的输出端是将在监视区域内“多于两人”的状态信号化。数量电路105可以根据要被监视物体/人的希望的数量进行调定。

数据收集电路和鉴定电路是由电子集成电路组成。于是IC1-IC11代表8位模似多路传输设备/多路分解器的集成电路（MUX/DEMUX′s），IC12和IC18代表8位“与非”门，IC13和IC16代表所谓脉动计数器（七位，CD4024），IC14是324型放大器，IC19和IC20是“或”门，IC15是具有双输入端（两输入端均有施米特触发器）的四元型“与非”门，以及IC17是一个2×4位的存储器。

因此移动物体/人在给定的区域内可以由根据图5的光探测器来检测。区域可以是一间设有一门的房或走廊，该门打开能产生一复位信号“RES”给探测器，以致打开门引起探测从初始状态开始。对本技术领域内的专业人员应该澄清的是另外的电子鉴定电路也能被连接到系统里，以及设置光电池对11-12有不同的可能性。光电池对在天花板上和墙上可有不同的相互位置关系，用以在不同区域结构和在三维检测。应该认为也是清楚的是，图4和5的实施例能结合用作远距离探测，可以利用日光或人造光（红外线或激光）来照射目标点P、P′。

本发明的光探测器是完全不受光变化的影响的，该光变化可存在于被监测的现场。因此，太阳或阴天的阴影或照明设备的照明等的作用，不会有害地影响来自探测器的信号。由光电池感受到辐射可借助于适当的辅助装置得到希望的结构。

已经发现本发明的探测器，能制成对振动不敏感和光学上坚固耐用。此外，能使用价廉的电子设备来实现本发明，能使探测器以低价格在市场上出售。例如信号处理电路100的零-通放大器106和信号形成级107，可以都做成是一个“异-或”门，它经过包括另外一个“异-或”门的继电器控制电路，激励一晶体管，它作为提到的继电器4工作。