紅外反射式傳感器在天車(chē)防撞設(shè)備中的應(yīng)用

吳 超（新興鑄管新疆有限公司,新疆 和靜 841300）

紅外反射式傳感器在天車(chē)防撞設(shè)備中的應(yīng)用

吳 超
（新興鑄管新疆有限公司,新疆 和靜 841300）

天車(chē)是一種工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的起重裝置，其利用橋架結(jié)構(gòu)和軌道來(lái)控制起重小車(chē)的運(yùn)動(dòng)，完成吊運(yùn)物品的目的，并且不會(huì)被地面上的社會(huì)所影響。本文即是對(duì)紅外反射式傳感器在天車(chē)防撞設(shè)備當(dāng)中的應(yīng)用進(jìn)行分析，其防撞系統(tǒng)主要指的是在橋架軌道上的多臺(tái)天車(chē)互相進(jìn)行識(shí)別，進(jìn)而自動(dòng)判斷停止距離，同時(shí)輸出控制信號(hào)制動(dòng)天車(chē)。首先探討了傳感器的選擇類(lèi)型，并對(duì)紅外反射式光電傳感器特性和工作原理進(jìn)行分析，最后對(duì)該系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行闡述，以期能為相關(guān)工作提供參考。

天車(chē)防撞;紅外反射式傳感器;特性;原理;設(shè)計(jì)

隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展和進(jìn)步，機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)日漸成熟，近幾年當(dāng)中以視覺(jué)傳感器的發(fā)展最快，成為了現(xiàn)代機(jī)器人自動(dòng)行走和判別事物的主要設(shè)備。但目前國(guó)際上的視覺(jué)傳感技術(shù)當(dāng)中圖像處理已經(jīng)較為發(fā)達(dá)，但圖像分析技術(shù)還沒(méi)有較大的突破，這也就使得很多機(jī)器人在運(yùn)行過(guò)程中只能夠識(shí)別結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的環(huán)境和物體，在一定程度上阻礙了機(jī)器人技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。因此科研者開(kāi)始考慮利用其它技術(shù)代替視覺(jué)傳感器，并實(shí)現(xiàn)機(jī)械運(yùn)行當(dāng)中的自動(dòng)識(shí)別。

1 傳感器的選擇

天車(chē)是橋式起重機(jī)的簡(jiǎn)稱(chēng)，也是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中運(yùn)送物料和產(chǎn)品的主要設(shè)備，在工業(yè)生產(chǎn)和物資儲(chǔ)存過(guò)程中起到了重要的作用。目前天車(chē)的傳感器種類(lèi)的選擇具有多樣性，其一般根據(jù)視覺(jué)功能需要和接近覺(jué)功能需要被分為很多種。其中可以利用CCD攝像頭來(lái)進(jìn)行圖像的識(shí)別，但這種攝像頭僅能夠滿(mǎn)足大體積的設(shè)備，對(duì)于小體積系統(tǒng)的適應(yīng)性較差。接近傳感器則可以采用電容式設(shè)備，這種設(shè)備能夠有效對(duì)識(shí)別目標(biāo)表面所附帶的電容變化進(jìn)行識(shí)別，這樣當(dāng)兩臺(tái)及多臺(tái)天車(chē)相接近時(shí)，就能夠互相進(jìn)行識(shí)別，保證天車(chē)之間不會(huì)出現(xiàn)相撞的情況。另外還可以采用超聲波傳感器對(duì)天車(chē)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行識(shí)別，這種傳感器主要是利用設(shè)備所發(fā)出的光波作為識(shí)別對(duì)象，通過(guò)接受和分析來(lái)判斷物體與自身接近的距離。并且在此基礎(chǔ)上研究出了紅外反射式光電傳感器，這一系統(tǒng)包括紅外線(xiàn)二極管光源、接收器和光敏接收器三個(gè)部分組成，可以在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中利用物體所散發(fā)出的紅外線(xiàn)強(qiáng)弱來(lái)感知物體的接近距離，并在系統(tǒng)當(dāng)中設(shè)置分檔，借此判斷是否停止運(yùn)行。一般在一臺(tái)天車(chē)上分別安裝四個(gè)傳感器，其中兩個(gè)對(duì)前方的物體進(jìn)行識(shí)別，另外兩個(gè)則對(duì)后方的物體進(jìn)行感知。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，對(duì)傳感器的選擇需要結(jié)合其工作內(nèi)容和環(huán)境的不同進(jìn)行選擇，如果其工作環(huán)境簡(jiǎn)單，工作距離較短，為了節(jié)省設(shè)備的制造和維護(hù)成本，就可以選擇價(jià)格最低的普通紅外二極管，而如果在工作環(huán)境極為惡劣的條件下，為了進(jìn)一步保證設(shè)備工作的穩(wěn)定性，最大程度避免天車(chē)相撞，則應(yīng)該選擇價(jià)格最貴，但性能最優(yōu)的激光二極管。但在一般情況下，紅外反射二極管的應(yīng)用范圍較廣，并且價(jià)格適中，能夠滿(mǎn)足絕大多數(shù)工廠(chǎng)生產(chǎn)的需求，降低成本。

2 紅外反射式光電傳感器特性與工作原理

目前應(yīng)用的反射式光電傳感器的種類(lèi)較多，但其中應(yīng)用最為廣泛的就是接收紅外光的，其根據(jù)接收紅外光源設(shè)備的不同可以分為紅外發(fā)光二極管、普通發(fā)光二極管和激光二極管三個(gè)種類(lèi)，其中激光二極管在工作過(guò)程中所發(fā)出的光束頻率較為集中，是以激光的形式發(fā)射，而接收器就是接收和識(shí)別這一頻率范圍較窄的光束，不容易被外界的光波所干擾，而另外兩種設(shè)備則容易受到外界紅外光波的干擾，但激光二極管的造價(jià)較貴，成本較高。

從理論角度出發(fā)，傳感器本身只要處于能夠接收到光源的位置就能夠?qū)ζ溥M(jìn)行檢測(cè)，但是在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，由于光線(xiàn)本身具有著較為分散的特性，并且容易被不同物體所折射或反射，進(jìn)而使得其顏色、形狀以及頻率等受到影響，如果在設(shè)備性能測(cè)試過(guò)程中直接通過(guò)發(fā)射光束的方式則會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成極大的影響。而采用對(duì)反射光進(jìn)行檢測(cè)的模式能夠有效提升對(duì)光波頻率測(cè)試的準(zhǔn)確性，紅外反射式光電傳感器的工作原理就是利用反射光的識(shí)別來(lái)判斷物體的距離，通過(guò)調(diào)制紅外線(xiàn)的反射光源，并將其送入紅外光進(jìn)行發(fā)射，再由另外一臺(tái)設(shè)備進(jìn)行接收，進(jìn)而提高設(shè)備判斷的準(zhǔn)確性。

在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，兩臺(tái)天車(chē)相遇，其各自向?qū)Ψ桨l(fā)出紅外線(xiàn)光波，二者在同時(shí)接收到光波后即會(huì)借由系統(tǒng)對(duì)光波的頻率進(jìn)行分析，并進(jìn)一步判斷二者之間的距離，在此過(guò)程中，光波的發(fā)射處于不間斷的情況下，因此系統(tǒng)就能夠?qū)α硗庖慌_(tái)天車(chē)的位置進(jìn)行實(shí)時(shí)掌控。當(dāng)二者到達(dá)控制范圍內(nèi)時(shí)，系統(tǒng)即作出停止運(yùn)行的指令，防止兩臺(tái)天車(chē)發(fā)生碰撞，保證設(shè)備的安全性。

3 紅外反射式光電傳感器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

在紅外反射式光電傳感器應(yīng)用的過(guò)程中，根據(jù)其應(yīng)用的場(chǎng)所不同就需要選擇不同的設(shè)備類(lèi)型，其傳感器的識(shí)別范圍可以從毫米級(jí)到米級(jí)不等。在傳統(tǒng)的天車(chē)設(shè)備早期識(shí)別裝置研究中，其對(duì)于障礙物或其它天車(chē)的識(shí)別主要依靠的是超聲波識(shí)別，這種識(shí)別方式是基于聲波反射的原理，但天車(chē)所處的工作環(huán)境極為復(fù)雜，所發(fā)出的超聲波容易受到外界聲波的影響，極易失靈，因此難以適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的需求。同時(shí)，采用激光二極管生產(chǎn)的傳感器本身成本較高，而普通的傳感器的識(shí)別范圍有限，無(wú)法滿(mǎn)足米級(jí)的識(shí)別范圍，因此根據(jù)研究顯示，符合目前天車(chē)工作性能要求的傳感器應(yīng)為大功率長(zhǎng)波段雙光束的反射式紅外光電傳感器。

目前研制的紅外線(xiàn)傳感器所發(fā)生的紅外線(xiàn)頻率為38，在接收器接受這一紅外線(xiàn)后，利用放大設(shè)備將光線(xiàn)的頻率進(jìn)行放大，并由系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的處理，并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)。在測(cè)量?jī)膳_(tái)天車(chē)距離時(shí)，其對(duì)信號(hào)的判別主要是基于四個(gè)信號(hào)點(diǎn)的輸出，借此來(lái)調(diào)節(jié)探測(cè)的距離。由于該系統(tǒng)主要采用的是低功耗的數(shù)字變頻處理系統(tǒng)，因此在結(jié)構(gòu)上可以增加高敏電路和抗干擾設(shè)備，并且還可以增加強(qiáng)光過(guò)濾設(shè)備，這樣就能夠使該系統(tǒng)對(duì)外界環(huán)境當(dāng)中所發(fā)出的強(qiáng)光進(jìn)行過(guò)濾，避免強(qiáng)光線(xiàn)對(duì)紅外光線(xiàn)的影響。這一系統(tǒng)的感光度可以達(dá)到99%以上，能夠在較多惡劣的條件下進(jìn)行工作，工廠(chǎng)或車(chē)間當(dāng)中由于生產(chǎn)的產(chǎn)品品種和性能的差異，其工廠(chǎng)內(nèi)環(huán)境也會(huì)有較大的差異，并且大多數(shù)工廠(chǎng)內(nèi)部需要保證陽(yáng)光的照射，這樣在白天市場(chǎng)過(guò)程中可以減少對(duì)電能的消耗，而自然光譜當(dāng)中就包含了大量的紅外線(xiàn)，對(duì)傳感器就會(huì)造成影響，同時(shí)由于工行內(nèi)部生產(chǎn)設(shè)備需要長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，會(huì)產(chǎn)生巨大的熱量，而這種熱量對(duì)于紅外光譜的影響也非常大，擾亂紅外光譜的頻率，利用普通紅外二極管難以對(duì)這種惡劣條件下的光線(xiàn)頻率進(jìn)行識(shí)別。同時(shí)，為了更加方便和準(zhǔn)確地識(shí)別各天車(chē)之間的距離，同樣也必須對(duì)廠(chǎng)房?jī)?nèi)各燈光所發(fā)出的光波頻率進(jìn)行分析，并將其對(duì)設(shè)備造成的影響數(shù)值進(jìn)行計(jì)算，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中將誤差數(shù)值代入其中，這樣可以進(jìn)一步提升設(shè)備識(shí)別的準(zhǔn)確性。

在對(duì)天車(chē)防撞器進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對(duì)主程序的穩(wěn)定性和抗干擾性進(jìn)行提高，因?yàn)樵谠O(shè)備接受和發(fā)射紅外光線(xiàn)的過(guò)程中，其本身對(duì)于系統(tǒng)也會(huì)造成一定的影響，價(jià)值周?chē)h(huán)境當(dāng)中電磁波的影響，就會(huì)降低程序運(yùn)行的穩(wěn)定性，降低識(shí)別能力。并且，在傳感其內(nèi)設(shè)置抗感染裝置本身也會(huì)對(duì)系統(tǒng)的識(shí)別能力造成影響，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中傳感器的收碼、解調(diào)或運(yùn)算步驟都需要整個(gè)設(shè)備的通力合作，其中一個(gè)環(huán)節(jié)受到影響就會(huì)影響整體識(shí)別效果，導(dǎo)致誤差的產(chǎn)生，影響設(shè)備的使用情況。

4 結(jié)語(yǔ)

在天車(chē)防撞設(shè)備當(dāng)中應(yīng)用紅外反射式光電傳感器的成功說(shuō)明了光學(xué)傳感器應(yīng)用的可行性，在較短的距離內(nèi)（小于20米），這一系統(tǒng)能夠起到較好的識(shí)別作用，并且其自身的抗干擾能力較強(qiáng)，其主要特點(diǎn)就在于設(shè)備為非接觸型識(shí)別設(shè)備，并且靈敏度極高，分辨時(shí)間較短，對(duì)于空間位置的識(shí)別能力極強(qiáng)，能夠?qū)υO(shè)備的位置進(jìn)行全方位的測(cè)試。但目前我國(guó)所應(yīng)用的各類(lèi)傳感器本身仍具有一定的局限性，其智能性發(fā)展程度較低，能夠識(shí)別的信息數(shù)量極為有限。但是在未來(lái)的發(fā)展過(guò)程中，隨著智能系統(tǒng)的不斷完善，傳感器的技術(shù)必然會(huì)進(jìn)一步提升。

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