红外反射式传感器在天车防撞设备中的应用

吴 超（新兴铸管新疆有限公司,新疆 和静 841300）

红外反射式传感器在天车防撞设备中的应用

吴 超
（新兴铸管新疆有限公司,新疆 和静 841300）

天车是一种工业生产过程中的起重装置，其利用桥架结构和轨道来控制起重小车的运动，完成吊运物品的目的，并且不会被地面上的社会所影响。本文即是对红外反射式传感器在天车防撞设备当中的应用进行分析，其防撞系统主要指的是在桥架轨道上的多台天车互相进行识别，进而自动判断停止距离，同时输出控制信号制动天车。首先探讨了传感器的选择类型，并对红外反射式光电传感器特性和工作原理进行分析，最后对该系统的具体设计和实现方法进行阐述，以期能为相关工作提供参考。

天车防撞;红外反射式传感器;特性;原理;设计

随着现代科技的不断发展和进步，机器人技术已经日渐成熟，近几年当中以视觉传感器的发展最快，成为了现代机器人自动行走和判别事物的主要设备。但目前国际上的视觉传感技术当中图像处理已经较为发达，但图像分析技术还没有较大的突破，这也就使得很多机器人在运行过程中只能够识别结构简单的环境和物体，在一定程度上阻碍了机器人技术的进一步发展。因此科研者开始考虑利用其它技术代替视觉传感器，并实现机械运行当中的自动识别。

1 传感器的选择

天车是桥式起重机的简称，也是工业生产过程中运送物料和产品的主要设备，在工业生产和物资储存过程中起到了重要的作用。目前天车的传感器种类的选择具有多样性，其一般根据视觉功能需要和接近觉功能需要被分为很多种。其中可以利用CCD摄像头来进行图像的识别，但这种摄像头仅能够满足大体积的设备，对于小体积系统的适应性较差。接近传感器则可以采用电容式设备，这种设备能够有效对识别目标表面所附带的电容变化进行识别，这样当两台及多台天车相接近时，就能够互相进行识别，保证天车之间不会出现相撞的情况。另外还可以采用超声波传感器对天车的运动进行识别，这种传感器主要是利用设备所发出的光波作为识别对象，通过接受和分析来判断物体与自身接近的距离。并且在此基础上研究出了红外反射式光电传感器，这一系统包括红外线二极管光源、接收器和光敏接收器三个部分组成，可以在实际应用过程中利用物体所散发出的红外线强弱来感知物体的接近距离，并在系统当中设置分档，借此判断是否停止运行。一般在一台天车上分别安装四个传感器，其中两个对前方的物体进行识别，另外两个则对后方的物体进行感知。在实际应用时，对传感器的选择需要结合其工作内容和环境的不同进行选择，如果其工作环境简单，工作距离较短，为了节省设备的制造和维护成本，就可以选择价格最低的普通红外二极管，而如果在工作环境极为恶劣的条件下，为了进一步保证设备工作的稳定性，最大程度避免天车相撞，则应该选择价格最贵，但性能最优的激光二极管。但在一般情况下，红外反射二极管的应用范围较广，并且价格适中，能够满足绝大多数工厂生产的需求，降低成本。

2 红外反射式光电传感器特性与工作原理

目前应用的反射式光电传感器的种类较多，但其中应用最为广泛的就是接收红外光的，其根据接收红外光源设备的不同可以分为红外发光二极管、普通发光二极管和激光二极管三个种类，其中激光二极管在工作过程中所发出的光束频率较为集中，是以激光的形式发射，而接收器就是接收和识别这一频率范围较窄的光束，不容易被外界的光波所干扰，而另外两种设备则容易受到外界红外光波的干扰，但激光二极管的造价较贵，成本较高。

从理论角度出发，传感器本身只要处于能够接收到光源的位置就能够对其进行检测，但是在实际应用的过程中，由于光线本身具有着较为分散的特性，并且容易被不同物体所折射或反射，进而使得其颜色、形状以及频率等受到影响，如果在设备性能测试过程中直接通过发射光束的方式则会对实验结果造成极大的影响。而采用对反射光进行检测的模式能够有效提升对光波频率测试的准确性，红外反射式光电传感器的工作原理就是利用反射光的识别来判断物体的距离，通过调制红外线的反射光源，并将其送入红外光进行发射，再由另外一台设备进行接收，进而提高设备判断的准确性。

在实际运行过程中，两台天车相遇，其各自向对方发出红外线光波，二者在同时接收到光波后即会借由系统对光波的频率进行分析，并进一步判断二者之间的距离，在此过程中，光波的发射处于不间断的情况下，因此系统就能够对另外一台天车的位置进行实时掌控。当二者到达控制范围内时，系统即作出停止运行的指令，防止两台天车发生碰撞，保证设备的安全性。

3 红外反射式光电传感器的设计和实现

在红外反射式光电传感器应用的过程中，根据其应用的场所不同就需要选择不同的设备类型，其传感器的识别范围可以从毫米级到米级不等。在传统的天车设备早期识别装置研究中，其对于障碍物或其它天车的识别主要依靠的是超声波识别，这种识别方式是基于声波反射的原理，但天车所处的工作环境极为复杂，所发出的超声波容易受到外界声波的影响，极易失灵，因此难以适应现代工业生产的需求。同时，采用激光二极管生产的传感器本身成本较高，而普通的传感器的识别范围有限，无法满足米级的识别范围，因此根据研究显示，符合目前天车工作性能要求的传感器应为大功率长波段双光束的反射式红外光电传感器。

目前研制的红外线传感器所发生的红外线频率为38，在接收器接受这一红外线后，利用放大设备将光线的频率进行放大，并由系统进行进一步的处理，并将其转换成相应的电信号。在测量两台天车距离时，其对信号的判别主要是基于四个信号点的输出，借此来调节探测的距离。由于该系统主要采用的是低功耗的数字变频处理系统，因此在结构上可以增加高敏电路和抗干扰设备，并且还可以增加强光过滤设备，这样就能够使该系统对外界环境当中所发出的强光进行过滤，避免强光线对红外光线的影响。这一系统的感光度可以达到99%以上，能够在较多恶劣的条件下进行工作，工厂或车间当中由于生产的产品品种和性能的差异，其工厂内环境也会有较大的差异，并且大多数工厂内部需要保证阳光的照射，这样在白天市场过程中可以减少对电能的消耗，而自然光谱当中就包含了大量的红外线，对传感器就会造成影响，同时由于工行内部生产设备需要长时间运转，会产生巨大的热量，而这种热量对于红外光谱的影响也非常大，扰乱红外光谱的频率，利用普通红外二极管难以对这种恶劣条件下的光线频率进行识别。同时，为了更加方便和准确地识别各天车之间的距离，同样也必须对厂房内各灯光所发出的光波频率进行分析，并将其对设备造成的影响数值进行计算，在系统设计过程中将误差数值代入其中，这样可以进一步提升设备识别的准确性。

在对天车防撞器进行设计时，应对主程序的稳定性和抗干扰性进行提高，因为在设备接受和发射红外光线的过程中，其本身对于系统也会造成一定的影响，价值周围环境当中电磁波的影响，就会降低程序运行的稳定性，降低识别能力。并且，在传感其内设置抗感染装置本身也会对系统的识别能力造成影响，在实际应用过程中传感器的收码、解调或运算步骤都需要整个设备的通力合作，其中一个环节受到影响就会影响整体识别效果，导致误差的产生，影响设备的使用情况。

4 结语

在天车防撞设备当中应用红外反射式光电传感器的成功说明了光学传感器应用的可行性，在较短的距离内（小于20米），这一系统能够起到较好的识别作用，并且其自身的抗干扰能力较强，其主要特点就在于设备为非接触型识别设备，并且灵敏度极高，分辨时间较短，对于空间位置的识别能力极强，能够对设备的位置进行全方位的测试。但目前我国所应用的各类传感器本身仍具有一定的局限性，其智能性发展程度较低，能够识别的信息数量极为有限。但是在未来的发展过程中，随着智能系统的不断完善，传感器的技术必然会进一步提升。

[1]张志勇,郭天天,卢焕章.红外传感器自身效应仿真研究[J].系统仿真学报,2012（03）：29-30.

[2]江勇,魏芳波.传感器与检测技术课程改革探讨[J].昆明冶金高等专科学校学报,2013（05）：69-71.

[3]宋俊杰,刘学才,任文举.基于红外传感器的智能车系统设计[J].电子技术,2012（02）：102-103.

[4]柴旺兴,赵文兵.基于红外传感器的智能车自动控制器设计[J].湖北汽车工业学院学报,2011（01）：18-19.

[5]何奇文,彭建盛,周东,首家辉,葛姣龙.基于红外反射式传感器智能车系统的设计[J].高师理科学刊,2013（03）：115-116.

[6]王广涛,杨喜梅.天车对位下料装置改进方法的探讨[J].铸造设备研究,2015（04）：91-92.