Come rendere il rilevatore di prossimità IR immune alla luce del giorno?

Sto cercando di realizzare un dispositivo di misurazione della prossimità a infrarossi.

Voglio che sia nell'intervallo di 10 cm o 4 "(forse 15 cm?). La frequenza che uso è 10 KHz. Ecco il circuito che ho usato, tranne per il fatto che ho usato condensatori e resistori da 1 nF adatti a loro per la banda -passando 10 KHz. Ho usato LM358A per OP-AMP e non conosco l'ID parte del mio diodo IR.

Per aumentare la sensibilità e rimuovere l'offset, ho aggiunto un amplificatore di differenza con un guadagno di 10 usando l'altro OP-AMP all'interno dell'LM358A. Ho usato un potenziometro per impostare la tensione da sottrarre dal circuito di sotto.

Funziona! Con una ragionevole linearità. Tuttavia, i livelli di tensione cambiano con l'intensità della luce del giorno.

Esiste un modo per rendere questo dispositivo immune alla luce del giorno usando un LDR? Ho provato a collegare l'LDR in parallelo con il potenziometro per la rimozione dell'offset, tuttavia, come ovvio, ciò non ha dato buoni risultati logici. Non ho filtri IR ed è molto costoso ottenerli da Farnell o simili in Turchia.

Da qui .

Modificare:

Ecco il mio schema:

Non penso che l'uso del segnale di un LDR possa fare molto perché il circuito ha già una sorta di soppressione della luce ambientale: è il filtro passa alto sul condensatore C8.

Concordo con MikeJ-UK sul fatto che il segnale è probabilmente saturo di luce ambientale.

Se vuoi solo far funzionare il sensore di prossimità con più luce ambientale, ti suggerisco di mettere un filtro IR davanti al rilevatore.

Se questo è troppo facile (o hai anche molta luce IR ambientale, ad es. Perché il sole splende sul rivelatore):
Devi risolvere il problema del segnale totalmente bloccato dalla luce ambientale.

Supponiamo che la fotocorrente causata dal segnale sia pari o inferiore a qualche micro ampere e che la luce ambientale fornisca già circa 0,1 mA, sul divisore della tensione di ingresso (D1 / R10) esiste solo una tensione di segnale molto piccola. Più corrente (causata dalla luce ambientale) scorre nel divisore di tensione, più piccolo sarà il tuo singal.

Il solo aumento dell'amplificazione non aiuta, perché anche il rumore sarà amplificato e penso che tu entri in regioni in cui il rapporto segnale-rumore è ciò di cui devi preoccuparti.

Quindi, invece di avere un divisore di tensione sul rivelatore, un approccio migliore sarebbe quello di utilizzare un amplificatore di transimpedenza:

La sua tensione di uscita è lineare rispetto alla corrente della foto. Quindi questo ti darà almeno un livello di segnale costante, indipendentemente da quanta luce ambientale hai (vedi anche questo articolo su questo problema di Bob Pease).

Naturalmente questo è vero solo nei limiti: se l'amplificatore è bloccato, non puoi fare molto.

Quindi l'amplificazione prima del filtro passa-banda non deve essere troppo grande. Ma se si restringe abbastanza il filtro passa-banda, è possibile effettuare successivamente un'enorme amplificazione (come nei ricevitori radio).

Si desidera estrarre l'ampiezza di una frequenza nota dal segnale del proprio diodo. Come hai già provato, puoi farlo con un filtro passa banda molto stretto, tuttavia ci sono dei limiti. Un'altra opzione è quella di utilizzare un amplificatore lock-in . Possono essere di molti ordini di grandezza migliori dei filtri passa banda analogici.

Un amplificatore lock-in moltiplica sostanzialmente il segnale in ingresso con un segnale di riferimento della frequenza desiderata. L'uscita viene quindi filtrata passa-basso. In questo processo tutti i componenti di frequenza che non corrispondono al riferimento non generano alcuna uscita CC significativa poiché i valori di periodi diversi si compensano reciprocamente in modo distruttivo.

Ho provato a trovare alcune buone illustrazioni e ho trovato una nota sull'app LabView e una breve descrizione funzionale .

Approccio software: microcontrollore

Chip pronto all'uso: AD630 (devono essere più economici)

Bene, anche se le idee qui sembrano abbastanza eleganti .. bene, se non puoi renderlo semplice, potrebbe non essere giusto. Oli Glaser aveva forse l'idea migliore qui, anche io l'ho provato prima. devi spegnere il LED IR per campionare la luce ambientale, quindi riaccenderlo per campionare la tua lettura, sottraendo quelle misure otterrai la misura corretta. Ci saranno alcuni inconvenienti dovuti ai livelli di saturazione del transistor fotografico, ma è il massimo che puoi ottenere da esso. I filtri IR cap non sono davvero consigliati se si dispone di un LED a bassa potenza.

Sospetto che l'ingresso sia saturo. Ad alti livelli di luce ambientale con il diodo che passa vicino a 100uA non resterà alcun bias. Prova a ridurre la resistenza da 50k.

Se si sta alimentando il segnale in un microcontrollore, è possibile utilizzare una routine di calibrazione per regolare la luce ambientale.

Ad esempio, se si legge il livello quando non viene trasmesso nulla, è possibile sottrarre questo valore dalla lettura "ON" per ottenere la differenza causata dall'emettitore IR.
Qualcosa del genere dovrebbe aiutare. Si potrebbe fare qualcosa di simile con un LDR nel feedback di opamp per regolare il guadagno, ma sarebbe più difficile ottenere il giusto.

Un'altra cosa potrebbe essere quella di avere un filtro passa-banda più nitido (ad es. Sfalsamento di 2 o 3 stadi) in modo da "vedere" solo la frequenza modulata.

Guardando lo spettro della luce solare su Wikipedia, c'è un calo a 940 nm a causa dell'assorbimento di IR da parte del vapore acqueo nell'atmosfera.

L'uso di una sorgente IR e di un sensore che funzionano a 940nm ridurrà notevolmente la raccolta della luce ambientale.

L'RPR220 è uno, che ha una versione da 800nm ​​e 940nm.

Seguirei il suggerimento di Oli Glaser di usare un microcontrollore, ma suggerirei anche un paio di modifiche al circuito:

1. Suggerirei di aggiungere un secondo ingresso ADC al microcontrollore per rilevare il livello CC dal fotodiodo. La mia ipotesi sarebbe che la sensibilità del fotodiodo non sia lineare. Se l'ingresso CA ha 100 volte il guadagno dell'ingresso CC, quindi calcolare il valore combinato degli ingressi (100 volte il valore CC il valore CA) ed eseguire una trasformazione (o interpolare utilizzando una tabella di ricerca) per ottenere un valore linearizzato.
2. Potrebbero esserci dei vantaggi nell'aggiungere un filtro passa-banda analogico ma rimuovere il demodulatore. Chiedi al processore di campionare l'ingresso a 40KHz. Utilizzare quattro filtri a media mobile (primo campione linearizzato per filtrare 0, accanto al filtro 1, quindi 2, 3, 0, 1, 2, 3, ecc.) E calcolare il livello del segnale CA come (f2-f0) * (f2 -F0) + (f3-f1) * (f3-f1). Questo approccio offrirà un'immunità al rumore molto migliore rispetto a un rilevatore di picco.

Ho visto alcune varianti dei circuiti del preamplificatore IR per controllare la polarizzazione del diodo per evitare la saturazione, ad esempio con questo dispositivo Elmos e questo antichissimo preamplificatore IR SL480 che ho usato un circuito basato sul primo esempio per un sensore di prossimità esterno e ha funzionato molto bene.

È anche possibile una soluzione meccanica, uno "snoot" che è un tubo che protegge il ricevitore dalla maggior parte della luce ambientale.

Hai provato ad avere un sensore aggiuntivo come gruppo di controllo, uno che è esposto alla stessa luce ambientale ma non rileva l'ostruzione del tuo vero sensore? Quindi, si sottrae il segnale del sensore del gruppo di controllo al sensore di lavoro.

Ha funzionato per me alcune volte in progetti accademici, ahah. Fu allora che non sapevo come programmare un filtro software.