Jak uczynić detektor podczerwieni odpornym na światło dzienne?

Próbuję wykonać urządzenie do pomiaru zbliżeniowego na podczerwień.

Chcę, aby był w zakresie 10 cm lub 4 "(może 15 cm?). Używam częstotliwości 10 kHz. Oto obwód, z którego korzystałem, z wyjątkiem tego, że użyłem kondensatorów 1 nF i rezystorów, które pasują do nich dla pasma -przebieg 10 KHz. Użyłem LM358A dla OP-AMP i nie znam identyfikatora części mojej diody IR.

Aby zwiększyć czułość i usunąć przesunięcie, dodałem wzmacniacz różnicowy ze wzmocnieniem 10, używając drugiego OP-AMP wewnątrz LM358A. Użyłem potencjometru, aby ustawić napięcie, które ma być odjęte od obwodu poniżej.

To działa! Z rozsądną liniowością. Jednak poziomy napięcia zmieniają się wraz z intensywnością światła dziennego.

Czy istnieje sposób na to, aby urządzenie to było odporne na światło dzienne za pomocą LDR? Próbowałem połączyć LDR równolegle z potencjometrem do usuwania przesunięć, jednak, jak oczywiste, nie dało to dobrych, logicznych rezultatów. Nie mam żadnych filtrów podczerwieni, a ich zakup z Farnell w Turcji jest naprawdę drogi.

Od tutaj .

Edytować:

Oto mój schemat:

Nie sądzę, że użycie sygnału z LDR może wiele zrobić, ponieważ obwód ma już pewne tłumienie światła otoczenia: jest to filtr górnoprzepustowy na kondensatorze C8.

Zgadzam się z MikeJ-UK, że sygnał prawdopodobnie jest nasycony światłem z otoczenia.

Jeśli chcesz, aby czujnik zbliżeniowy działał z większą ilością światła otoczenia, sugeruję umieszczenie filtra podczerwieni przed detektorem.

Jeśli jest to zbyt łatwe (lub masz dużo światła podczerwonego z otoczenia, np. Ponieważ słońce świeci na detektor):
Musisz rozwiązać problem całkowitego zablokowania sygnału przez światło otoczenia.

Przypuśćmy, że fotoprąd wywołany przez sygnał to jakieś mikroampery lub mniej, a światło otoczenia daje już około 0,1mA, na dzielniku napięcia wejściowego (D1 / R10) jest tylko bardzo małe napięcie sygnału. Im więcej prądu (powodowanego przez światło otoczenia) płynie w dzielniku napięcia, tym mniejszy będzie twój śpiew.

Samo zwiększenie wzmocnienia nie pomaga, ponieważ szum również zostanie wzmocniony i myślę, że przybywasz do regionów, w których stosunek sygnału do szumu jest tym, na co musisz uważać.

Dlatego zamiast dzielnika napięcia w detektorze lepszym rozwiązaniem byłoby zastosowanie wzmacniacza transimpedancji:

Jego napięcie wyjściowe jest liniowe do prądu fotograficznego. To da ci co najmniej stały poziom sygnału, bez względu na to, ile masz światła otoczenia (zobacz także ten artykuł o tym problemie autorstwa Boba Pease'a).

Oczywiście jest to prawdą tylko w granicach: jeśli twój wzmacniacz jest zakleszczony, niewiele możesz zrobić.

Zatem wzmocnienie przed filtrowaniem pasmowoprzepustowym nie może być zbyt duże. Ale jeśli odpowiednio ograniczysz filtr pasmowoprzepustowy, możesz później uzyskać ogromne wzmocnienie (jak w odbiornikach radiowych).

Chcesz wyodrębnić amplitudę znanej częstotliwości z twojego sygnału diodowego. Można to zrobić, jak już próbowałeś, za pomocą bardzo wąskiego filtru pasmowego, jednak istnieją ograniczenia. Inną opcją jest użycie wzmacniacza blokującego . Mogą być o wiele rzędów wielkości lepsze niż analogowe filtry pasmowe.

Wzmacniacz blokujący zasadniczo zwielokrotnia sygnał wejściowy przez sygnał odniesienia o pożądanej częstotliwości. Dane wyjściowe są następnie filtrowane dolnoprzepustowo. W tym procesie wszystkie komponenty częstotliwości, które nie pasują do wartości zadanej, nie generują znaczącej mocy wyjściowej prądu stałego, ponieważ wartości różnych okresów kompensują się destrukcyjnie.

Próbowałem znaleźć dobre ilustracje i znalazłem notatkę aplikacji LabView oraz krótki opis działania .

Podejście programowe: mikrokontroler

Gotowy do użycia układ: AD630 (muszą być tańsze)

Cóż, chociaż pomysły tutaj wydają się dość eleganckie ... cóż, jeśli nie możesz tego uprościć, może to nie być właściwe. Oli Glaser miał chyba najlepszy pomysł, nawet ja sam go wcześniej wypróbowałem. musisz wyłączyć diodę podczerwieni, aby próbkować światło otoczenia, a następnie włączyć ją ponownie, aby spróbować odczytać, odejmując te miary, otrzymasz prawidłową miarę. Będzie kilka niedogodności z powodu poziomów nasycenia tranzystora fotograficznego, ale jest to najlepsze, co możesz z niego wydostać. Filtry IR do czapek nie są tak naprawdę zalecane, jeśli masz diodę LED o niskiej mocy.

Podejrzewam, że dane wejściowe są nasycone. Przy wysokich poziomach oświetlenia otoczenia, gdy dioda przechodzi blisko 100uA, nie pozostanie stronniczość. Spróbuj zmniejszyć rezystor 50k.

Jeśli podajesz sygnał do mikrokontrolera, możesz użyć procedury kalibracji w celu dostosowania do światła otoczenia.

Na przykład, jeśli odczytasz poziom, gdy nic nie jest przesyłane, możesz odjąć tę wartość od odczytu „ON”, aby uzyskać różnicę spowodowaną przez nadajnik IR.
Coś takiego powinno pomóc. Możesz zrobić podobnie z LDR w sprzężeniu zwrotnym opampa, aby skorygować wzmocnienie, ale trudniej byłoby mieć rację.

Inną rzeczą może być posiadanie ostrzejszego filtra pasmowo-przepustowego (np. Przesunięcie 2 lub 3 stopni), aby „modulować” tylko częstotliwość modulowaną.

Patrząc na widmo światła słonecznego na Wikipedii, widać zapad przy 940 nm z powodu absorpcji IR przez parę wodną w atmosferze.

Zastosowanie źródła podczerwieni i czujnika działającego przy 940 nm znacznie zmniejszy odbiór światła z otoczenia.

RPR220 to taki, który ma wersje 800nm ​​i 940nm.

Zgodziłbym się z sugestią Oli Glasera dotyczącą użycia mikrokontrolera, ale sugerowałbym również kilka zmian w obwodzie:

1. Sugerowałbym dodanie drugiego wejścia ADC do mikrokontrolera w celu wykrycia poziomu prądu stałego z fotodiody. Domyślam się, że czułość fotodiody jest nieliniowa. Jeśli twoje wejście prądu przemiennego ma 100-krotne wzmocnienie wejścia prądu stałego, to oblicz łączną wartość sygnałów wejściowych (100x wartość prądu stałego wartości prądu przemiennego) i wykonaj transformację (lub interpoluj przy użyciu tabeli przeglądowej), aby uzyskać wartość zlinearyzowaną.
2. Dodanie analogowego filtra pasmowoprzepustowego, ale usunięcie demodulatora, może przynieść pewne korzyści. Poproś procesor o próbkowanie sygnału wejściowego przy 40 kHz. Użyj czterech filtrów średniej kroczącej (pierwsza próbka linearyzowana do filtra 0, obok filtra 1, a następnie 2, 3, 0, 1, 2, 3 itd.) I oblicz poziom sygnału prądu przemiennego jako (f2-f0) * (f2 -f0) + (f3-f1) * (f3-f1). Takie podejście zapewni znacznie lepszą odporność na zakłócenia niż detektor szczytowy.

Widziałem kilka wariantów obwodów przedwzmacniacza IR do sterowania polaryzacją diody, aby uniknąć nasycenia, na przykład To urządzenie Elmos i Ten bardzo stary przedwzmacniacz IR SL480 Użyłem obwodu opartego na pierwszym przykładzie zewnętrznego czujnika zbliżeniowego i działało bardzo dobrze.

Możliwe jest również rozwiązanie mechaniczne, „snoot”, czyli rura, która chroni odbiornik przed większością światła otoczenia.

Czy próbowałeś mieć dodatkowy czujnik jako grupę kontrolną, która jest wystawiona na to samo światło otoczenia, ale nie wykrywa przeszkody, którą robi twój prawdziwy czujnik? Następnie odejmujesz sygnał czujnika grupy kontrolnej od czujnika roboczego.

Kilka razy zadziałało to dla mnie w projektach naukowych, haha. Wtedy nie wiedziałem, jak zaprogramować filtr programowy.