光电传感器以及信号处理方法与流程

1.本技术涉及光电检测领域，特别涉及一种光电传感器以及信号处理方法。


背景技术：

2.光电传感器被广泛的应用在各个领域。光电传感器包括投光部和受光部，投光部根据产生的具有一定占空比的载波信号发出光信号，受光部接收光信号并转换为与载波信号具有相同占空比的接收信号，并对该接收信号进行放大和整形后输出。
3.应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本技术的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本技术的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。


技术实现要素：

4.但是，发明人发现，投光部的发光能耗较大，而当投光部的光源例如led光源的功耗受到限制时，发光电流的增加有限，使得光冗余度偏低；另外，在投光部的外部干扰光无法被受光部接收时，被受光部接收的外部干扰光转换为电信号而输出，容易对光电传感器的检测结果产生不良影响。
5.本技术实施例提供一种光电传感器以及信号处理方法，能够解决上述问题中的一个或多个。
6.根据本技术实施例的第一方面，提供了一种光电传感器，所述光电传感器包括：信号发生部，其产生第一电信号，所述第一电信号具有第一占空比；投光部，其将所述信号发生部产生的所述第一电信号转换为第一光信号并发送所述第一光信号；受光部，其接收第二光信号并将所述第二光信号转换为第二电信号；同步放大部，其在所述投光部发送的所述第一光信号的发光期间，对所述受光部接收并转换成的所述第二电信号进行放大并输出放大后的第二电信号，在所述投光部发送的所述第一光信号的非发光期间，不对所述受光部接收并转换成的所述第二电信号进行放大并阻止所述受光部接收并转换成的所述第二电信号的输出；以及展宽部，其对所述同步放大部输出的所述放大后的第二电信号进行展宽，输出展宽后的第二电信号，所述展宽后的第二电信号具有第二占空比，所述第二占空比大于所述第一占空比。
7.根据本技术实施例的第二方面，其中，所述同步放大部包括：同步电路，其在所述投光部发送的所述第一光信号的发光期间，允许所述受光部接收并转换成的所述第二电信号通过，在所述投光部发送的所述第一光信号的非发光期间，阻止所述受光部接收并转换成的所述第二电信号通过；以及放大电路，其对经过所述同步电路的第二电信号进行放大。
8.根据本技术实施例的第三方面，其中，所述同步电路包括：可控门电路或电子开关，其在所述投光部发送的所述第一光信号的发光期间输出低电平信号，在所述投光部发送的所述第一光信号的非发光期间输出高电平信号；晶体管，其与所述可控门电路或电子开关的输出端连接，并且，所述晶体管在所述可控门电路或电子开关输出低电平信号时关
闭，在所述可控门电路或电子开关输出高电平信号时导通；以及第一电阻，其与所述受光部以及所述晶体管连接，在所述晶体管关闭时，所述受光部转换成的第二电信号通过所述第一电阻转换为电压并输入所述放大电路，在所述晶体管导通时，所述第一电阻被短路，所述受光部转换成的第二电信号不能通过所述第一电阻转换为电压。
9.根据本技术实施例的第四方面，其中，所述展宽部包括触发电路和整形电路，所述触发电路根据所述同步放大部输出的所述放大后的第二电信号，触发所述整形电路将所述放大后的第二电信号整形为具有所述第二占空比的第二电信号。
10.根据本技术实施例的第五方面，其中，所述触发电路包括第一比较电路和充放电电路，当输入到所述第一比较电路中的所述同步放大部输出的所述放大后的第二电信号为上升沿且所述放大后的第二电信号的电压超过第一参考电压时，所述第一比较电路输出低电平，所述充放电电路进行充电；当输入到所述第一比较电路中的所述同步放大部输出的所述放大后的第二电信号回落到所述第一参考电压时，所述第一比较电路输出高电平，所述充放电电路进行放电，所述整形电路包括第二比较电路，所述第二比较电路比较所述充放电电路的输出信号和第二参考电压，输出具有所述第二占空比的第二电信号。
11.根据本技术实施例的第六方面，其中，所述第二参考电压能够根据所述第二占空比进行调整。
12.根据本技术实施例的第七方面，其中，所述第二占空比是所述第一占空比的n倍，所述n大于或等于10。
13.根据本技术实施例的第八方面，其中，所述光电传感器是光电传感器，所述光电传感器具有主体，所述主体具有凹槽，多个所述投光部和多个所述受光部对应的设置在所述凹槽的相对的两侧。
14.根据本技术实施例的第九方面，其中，所述信号发生部产生的所述第一电信号包括多个方波脉冲信号，所述多个方波脉冲信号具有相同的所述第一占空比且相位各不相同，多个所述投光部分别将所述多个方波脉冲信号转换为多路第一光信号并分别发送所述多路第一光信号，多个所述受光部分别接收多路第二光信号并分别转换为多个第二电信号，多个所述同步放大部分别对多个第二电信号进行放大，多个所述展宽部分别对多个放大后的第二电信号进行所述展宽并分别输出多个展宽后的第二电信号。
15.根据本技术实施例的第十方面，提供了一种光电传感器的信号处理方法，所述方法包括：产生第一电信号，所述第一电信号具有第一占空比；将产生的所述第一电信号转换为第一光信号并发送所述第一光信号；接收第二光信号并将所述第二光信号转换为第二电信号；在发送的所述第一光信号的发光期间，对接收并转换成的所述第二电信号进行放大并输出放接收大后的第二电信号，在发送的所述第一光信号的非发光期间，不对接收并转换成的所述电信号进行放大并阻止接收并转换成的所述第二电信号的输出；以及对输出的所述放大后的第二电信号进行展宽，输出展宽后的第二电信号，所述展宽后的第二电信号具有第二占空比，所述第二占空比大于所述第一占空比。
16.本技术实施例的有益效果在于：由于在投光侧产生具有较小占空比的第一电信号而在受光侧进行展宽，能够在同等发光功率下，有效提高光冗余度，而在同等光冗余度下，有效降低发光能耗。另外，在发送的第一光信号的非发光期间，不对接收并转换成的第二电信号进行放大并阻止该第二电信号的输出，能够防止外部干扰光的影响，保证了利用光电
传感器的输出信号进行检测的检测结果的准确性。
17.参照后文的说明和附图，详细公开了本技术的特定实施方式，指明了本技术的原理可以被采用的方式。应该理解，本技术的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本技术的实施方式包括许多改变、修改和等同。
18.针对一种实施方式描述以及示出的特征信息可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征信息相组合，或替代其它实施方式中的特征信息。
19.应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征信息、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征信息、整件、步骤或组件的存在或附加。
附图说明
20.参照以下的附图可以更好地理解本技术的很多方面。附图中的部件不是成比例绘制的，而只是为了示出本技术的原理。为了便于示出和描述本技术的一些部分，附图中对应部分可能被放大或缩小。在本技术的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征信息可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征信息相结合。此外，在附图中，类似的标号表示几个附图中对应的部件，并可用于指示多于一种实施方式中使用的对应部件。
21.在附图中：
22.图1是本技术实施例1的光电传感器的一模块化示意图；
23.图2是本技术实施例1的同步放大部140的一电路结构图；
24.图3是本技术实施例1的展宽部150的一电路结构图；
25.图4是图3所示的电路结构中的部分节点处的波形示意图；
26.图5是本技术实施例1的光电传感器的另一模块化示意图；
27.图6是本技术实施例2的光电传感器的信号处理方法的一示意图。
具体实施方式
28.下面参照附图对本技术的优选实施方式进行说明。
29.实施例1
30.本技术实施例提供一种光电传感器。图1是本技术实施例1的光电传感器的一模块化示意图。如图1所示，光电传感器100包括：
31.信号发生部110，其产生第一电信号，该第一电信号具有第一占空比；
32.投光部120，其将信号发生部100产生的该第一电信号转换为第一光信号并发送该第一光信号；
33.受光部130，其接收第二光信号并将该第二光信号转换为第二电信号；
34.同步放大部140，其在投光部120发送的该第一光信号的发光期间，对受光部130接收并转换成的该第二电信号进行放大并输出放大后的第二电信号，在投光部120发送的该第一光信号的非发光期间，不对受光部130接收并转换成的该第二电信号进行放大并阻止受光部130接收并转换成的该第二电信号的输出；以及
35.展宽部150，其对同步放大部140输出的该放大后的第二电信号进行展宽，输出展
宽后的第二电信号，该展宽后的第二电信号具有第二占空比，该第二占空比大于该第一占空比。
36.这样，由于在投光侧产生具有较小占空比的第一电信号而在受光侧进行展宽，能够在同等发光功率下，有效提高光冗余度，而在同等光冗余度下，有效降低发光能耗。另外，在发送的第一光信号的非发光期间，不对接收并转换成的第二电信号进行放大并阻止该第二电信号的输出，能够防止外部干扰光的影响，保证了利用光电传感器的输出信号进行检测的检测结果的准确性。
37.在本技术实施例中，为了对投光侧和受光侧的电信号进行区分，使用第一电信号表示投光侧产生的电信号，使用第二电信号表示受光侧接收光并转换成的电信号。
38.另外，为了对投光侧和受光侧的光信号进行区分，使用第一光信号表示投光侧发出的光信号，使用第二光信号表示受光侧接收的光信号。
39.信号发生部110产生的第一电信号作为用于检测的第一光信号的载波信号，在一种可选的实施方式中，信号发生部110产生的第一电信号为方波脉冲信号，如图1所示，信号发生部110产生具有第一占空比的方波脉冲信号。
40.信号发生部110产生具有第一占空比的第一电信号的具体方法可以参考相关技术，此处不再具体说明。
41.投光部120将信号发生部110产生的该第一电信号转换为用于检测的第一光信号，并发送该第一光信号。
42.投光部120可以是各种类型的电光转换元件，例如，如图1所示，投光部120是发光二极管(led，light emitting diode)。
43.受光部130与投光部120相对设置，以接收第二光信号并将该第二光信号转换为第二电信号；另外，受光部130除了接收投光部120发出的第一光信号经过检测对象之后的光信号之外，还可能接收外部干扰光，例如，太阳光或灯光。
44.受光部130可以是各种类型的光电转换元件，例如，如图1所示，受光部130是光电二极管(pd，photo-diode)。
45.同步放大部140在投光部120发送的该第一光信号的发光期间，对受光部130接收并转换成的该第二电信号进行放大并输出放大后的第二电信号，在投光部120发送的该第一光信号的非发光期间，不对受光部130接收并转换成的该第二电信号进行放大并阻止该第二电信号的输出。
46.在一种可选的实施方式中，同步放大部140与信号发生部110连接，以确定投光部120发送的该第一光信号的发光期间和非发光期间。
47.在一种可选的实施方式中，投光部120发送的第一光信号的发光期间对应于信号发生部110产生的第一电信号为高电平的期间，投光部120发送的第一光信号的非发光期间对应于信号发生部110产生的第一电信号为低电平的期间。
48.在一种可选的实施方式中，如图1所示，同步放大部140包括：
49.同步电路141，其在该投光部120发送的该第一光信号的发光期间，允许该受光部130接收并转换成的该第二电信号通过，在该投光部120发送的该第一光信号的非发光期间，阻止该受光部130接收并转换成的该第二电信号通过；以及
50.放大电路142，其对经过该同步电路141的第二电信号进行放大。
51.以下，对同步放大部140的电路结构进行示例性的说明。
52.图2是本技术实施例1的同步放大部140的一电路结构图。如图2所示，同步放大部140包括同步电路141和放大电路142。
53.如图2所示，同步电路141包括：
54.可控门电路u1，其在投光部120发送的该第一光信号的发光期间也就是第一电信号为高电平期间输出低电平信号，在投光部120发送的第一光信号的非发光期间也就是第一电信号为低电平期间输出高电平信号；
55.晶体管t1，其与可控门电路u1的输出端连接，并且，晶体管t1在可控门电路u1输出低电平信号时关闭，在可控门电路u1输出高电平信号时导通；以及
56.第一电阻r1，其与受光部130以及晶体管t1连接，
57.在晶体管t1关闭时，受光部130转换成的第二电信号通过第一电阻r1转换为电压并输入放大电路142，在晶体管t1导通时，第一电阻r1被短路，受光部130转换成的第二电信号不能通过该第一电阻r1转换为电压。
58.在一种可选的实施方式中，信号发生部110产生的第一电信号输入可控门电路u1，并产生与该第一电信号同步且反相的信号vg。
59.这样，在投光部120发送的该第一光信号的发光期间，可控门电路u1输出低电平信号，晶体管t1关闭，受光部130转换成的第二电信号通过第一电阻r1转换为电压并输入放大电路142；在投光部120发送的第一光信号的非发光期间，可控门电路u1输出高电平信号，晶体管t1导通，第一电阻r1被短路，受光部130转换成的第二电信号不能通过该第一电阻r1转换为电压。由此，可能有效的防止在非发光期间外部干扰光的影响。
60.在一种可选的实施方式中，可控门电路u1可以用电子开关代替，来实现类似的功能。
61.在一种可选的实施方式中，晶体管t1例如是nmos管，第一电阻r1的阻值可以根据实际需要而设置。
62.如图2所示，放大电路142可以包括第二电阻r2、第三电阻r3以及放大器amp，放大器amp的负极输入端经第二电阻r2输入同步电路141的输出信号，正极输入端输入参考电压vref。放大电路142输出的放大后的第二电信号输入到展宽部150中进行展宽。
63.展宽部150对同步放大部140输出的该放大后的第二电信号进行展宽，输出展宽后的第二电信号，该展宽后的第二电信号具有第二占空比，该第二占空比大于该第一占空比。
64.该第二占空比是比第一占空比大的占空比，在一种可选的实施方式中，该第二占空比远大于第一占空比。
65.在一种可选的实施方式中，该第二占空比是该第一占空比的n倍，例如，该n大于或等于10。这样，能够进一步降低发光能耗。
66.如图1所示，展宽部150可以包括触发电路151和整形电路152。
67.触发电路151根据同步放大部140输出的放大后的第二电信号，触发整形电路152将该放大后的第二电信号整形为具有第二占空比的第二电信号。
68.以下，对展宽部150的电路结构进行示例性的说明。
69.图3是本技术实施例1的展宽部150的一电路结构图。
70.如图3所示，展宽部150包括触发电路151和整形电路152，
71.触发电路151包括第一比较电路153和充放电电路154，当输入到第一比较电路153中的同步放大部140输出的放大后的第二电信号为上升沿且该放大后的第二电信号的电压超过第一参考电压vref1时，第一比较电路153输出低电平，充放电电路154进行充电；当输入到第一比较电路153中的同步放大部140输出的该放大后的第二电信号回落到第一参考电压vref1时，第一比较电路153输出高电平，充放电电路154进行放电。
72.第一比较电路153包括第四电阻r4、第一比较器cmp1以及第五电阻r5，充放电电路154由第五电子r6以及电容c1构成阻容放电，图3中的路径1为充电路径，路径2为放电路径。
73.整形电路152包括第二比较电路即第二比较器cmp2，第二比较器cmp2比较充放电电路154的输出信号和第二参考电压vref2，输出具有第二占空比的第二电信号。
74.在一种可选的实施方式中，该第二参考电压根据该第二占空比的大小而确定。这样，能够满足不同的对于第二占空比的要求。
75.图4是图3所示的电路结构中的部分节点处的波形示意图。如图4所示，其示出了图3所示的电路结构中的节点a、b、c处的波形。
76.如图3和图4所示，如节点a处的波形所示，其输入的是同步放大部140输出的放大后的第二电信号，其具有较小的占空比，当放大后的第二电信号为上升沿且该放大后的电信号的电压超过第一参考电压vref1时，充放电电路154开始充电，当输入到第一比较电路153中的同步放大部140输出的该放大后的第二电信号回落到低电平时，充放电电路154开始放电。如节点b处的波形所示，t1为充电期间，t2为放电期间。如节点c处的波形所示，其经过第二比较器cmp2后输出的是展宽后的第二电信号，具有较大的第二占空比，其中，当充放电电路154开始充电时，充放电电路154的输出电压即节点b处的电压从超过第二参考电压vref2降低为小于第二参考电压vref2，第二比较器cmp2输出低电平，在充放电电路154在充电完成后开始放电的过程中，当充放电电路154的输出电压即节点b处的电压从小于第二参考电压vref2升高为超过第二参考电压vref2时，第二比较器cmp2输出高电平。
77.通过上述电路结构，能够可靠的实现脉冲的展宽，且可以根据输出信号占空比的要求调整第二参考电压vref2的大小。
78.在一种可选的实施方式中，如图1所示，光电传感器100还可以包括输出部160，其将展宽部150输出的信号处理为正负两路信号输出。输出部160的具体结构可以参考相关技术，此处不再具体说明。
79.在一种可选的实施方式中，光电传感器100的其他结构可以参考相关技术，此处不再具体说明。
80.在一种可选的实施方式中，光电传感器100具有主体，该主体具有凹槽，多个投光部120和多个受光部130对应的设置在该凹槽的相对的两侧。
81.在一种可选的实施方式中，信号发生部100产生的该第一电信号可以包括多个方波脉冲信号，多个方波脉冲信号具有相同的第一占空比且相位各不相同，多个投光部分别将该多个方波脉冲信号转换为多路第一光信号并分别发送该多路第一光信号，例如，该多路第一光信号分别为a路、b路、c路和z路。
82.多个受光部130分别接收多路第二光信号并分别转换为多个第二电信号，多个同步放大部140分别对多个第二电信号进行放大，多个该展宽部150分别对多个放大后的第二电信号进行展宽并分别输出多个展宽后的第二电信号。另外，多个输出部160分别将多个展
宽部150输出的信号处理为正负两路信号输出。
83.在一种可选的实施方式中，以具有a路、b路、c路和z路这四路信号为例进行说明。
84.图5是本技术实施例1的光电传感器的另一模块化示意图。如图5所示，光电传感器100’包括：
85.信号发生部110，其产生4路方波脉冲信号，这4路方波脉冲信号具有相同的第一占空比且相位各不相同，这4路信号分别为a路、b路、c路和z路信号；
86.4个投光部120，其分别将信号发生部110产生的4路方波脉冲信号转换为第一光信号并发送该第一光信号；
87.4个受光部130，其分别接收第二光信号并将该第二光信号转换为第二电信号；
88.4个同步放大部140，其分别在4个投光部120发送的该第一光信号的发光期间，分别对4个受光部130接收并转换成的该第二电信号进行放大并输出放大后的第二电信号，分别在4个投光部120发送的该第一光信号的非发光期间，不对4个受光部130接收并转换成的该第二电信号进行放大并阻止该第二电信号的输出；
89.4个展宽部150，其分别对4个同步放大部140输出的该放大后的第二电信号进行展宽，输出展宽后的第二电信号，该展宽后的第二电信号具有第二占空比，该第二占空比大于该第一占空比；以及
90.4个输出部160，其分别将4个展宽部150输出的信号处理为正负两路信号输出。
91.其中，信号发生部110、投光部120、受光部130、同步放大部140、展宽部150以及输出部160的结构和功能与图1中相同，此处不再重复说明。
92.由上述实施例可知，由于在投光侧产生具有较小占空比的第一电信号而在受光侧进行展宽，能够在同等发光功率下，有效提高光冗余度，而在同等光冗余度下，有效降低发光能耗。另外，在发送的第一光信号的非发光期间，不对接收并转换成的第二电信号进行放大并阻止该第二电信号的输出，能够防止外部干扰光的影响，保证了利用光电传感器的输出信号进行检测的检测结果的准确性。
93.实施例2
94.本技术实施例还提供一种光电传感器的信号处理方法，该光电传感器可以是实施例1所述的光电传感器。
95.图6是本技术实施例2的光电传感器的信号处理方法的一示意图。如图6所示，该方法包括：
96.步骤601：产生第一电信号，该第一电信号具有第一占空比；
97.步骤602：将产生的该第一电信号转换为第一光信号并发送该第一光信号；
98.步骤603：接收第二光信号并将该第二光信号转换为第二电信号；
99.步骤604：在发送的该第一光信号的发光期间，对接收并转换成的该第二电信号进行放大并输出放大后的第二电信号，在发送的该第一光信号的非发光期间，不对接收并转换成的该第二电信号进行放大并阻止接收并转换成的该第二电信号的输出；以及
100.步骤605：对输出的该放大后的第二电信号进行展宽，输出展宽后的第二电信号，该展宽后的第二电信号具有第二占空比，该第二占空比大于该第一占空比。
101.在一种可选的实施方式中，如图6所示，该方法还可以包括：
102.步骤606：将展宽后的第二电信号处理为正负两路信号输出。
103.在一种可选的实施方式中，该第二占空比是该第一占空比的n倍，该n大于或等于10。
104.上述各个步骤的具体实现方法可以参见实施例1中的记载，此处不再重复说明。
105.由上述实施例可知，由于在投光侧产生具有较小占空比的第一电信号而在受光侧进行展宽，能够在同等发光功率下，有效提高光冗余度，而在同等光冗余度下，有效降低发光能耗。另外，在发送的第一光信号的非发光期间，不对接收并转换成的第二电信号进行放大并阻止该第二电信号的输出，能够防止外部干扰光的影响，保证了利用光电传感器的输出信号进行检测的检测结果的准确性。
106.本技术以上的装置和方法可以由硬件实现，也可以由硬件结合软件实现。本技术涉及这样的计算机可读程序，当该程序被逻辑部件所执行时，能够使该逻辑部件实现上文的装置或构成部件，或使该逻辑部件实现上文的各种方法或步骤。
107.本技术还涉及用于存储以上程序的存储介质，如硬盘、磁盘、光盘、dvd、flash存储器等。
108.以上结合具体的实施方式对本技术进行了描述，但本领域技术人员应该清楚，这些描述都是示例性的，并不是对本技术保护范围的限制。本领域技术人员可以根据本技术的精神和原理对本技术做出各种变型和修改，这些变型和修改也在本技术的范围内。