紅外反射式傳感器在天車防撞設備中的應用

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防撞設備中的應用

吳 超
（新興鑄管新疆有限公司,新疆 和靜 841300）

天車是一種工業生產過程中的起重裝置，其利用橋架結構和軌道來控制起重小車的運動，完成吊運物品的目的，并且不會被地面上的社會所影響。本文即是對紅外反射式傳感器在天車防撞設備當中的應用進行分析，其防撞系統主要指的是在橋架軌道上的多臺天車互相進行識別，進而自動判斷停止距離，同時輸出控制信號制動天車。首先探討了傳感器的選擇類型，并對紅外反射式光電傳感器特性和工作原理進行分析，最后對該系統的具體設計和實現方法進行闡述，以期能為相關工作提供參考。

天車防撞;紅外反射式傳感器;特性;原理;設計

隨著現代科技的不斷發展和進步，機器人技術已經日漸成熟，近幾年當中以視覺傳感器的發展最快，成為了現代機器人自動行走和判別事物的主要設備。但目前國際上的視覺傳感技術當中圖像處理已經較為發達，但圖像分析技術還沒有較大的突破，這也就使得很多機器人在運行過程中只能夠識別結構簡單的環境和物體，在一定程度上阻礙了機器人技術的進一步發展。因此科研者開始考慮利用其它技術代替視覺傳感器，并實現機械運行當中的自動識別。

1 傳感器的選擇

天車是橋式起重機的簡稱，也是工業生產過程中運送物料和產品的主要設備，在工業生產和物資儲存過程中起到了重要的作用。目前天車的傳感器種類的選擇具有多樣性，其一般根據視覺功能需要和接近覺功能需要被分為很多種。其中可以利用CCD攝像頭來進行圖像的識別，但這種攝像頭僅能夠滿足大體積的設備，對于小體積系統的適應性較差。接近傳感器則可以采用電容式設備，這種設備能夠有效對識別目標表面所附帶的電容變化進行識別，這樣當兩臺及多臺天車相接近時，就能夠互相進行識別，保證天車之間不會出現相撞的情況。另外還可以采用超聲波傳感器對天車的運動進行識別，這種傳感器主要是利用設備所發出的光波作為識別對象，通過接受和分析來判斷物體與自身接近的距離。并且在此基礎上研究出了紅外反射式光電傳感器，這一系統包括紅外線二極管光源、接收器和光敏接收器三個部分組成，可以在實際應用過程中利用物體所散發出的紅外線強弱來感知物體的接近距離，并在系統當中設置分檔，借此判斷是否停止運行。一般在一臺天車上分別安裝四個傳感器，其中兩個對前方的物體進行識別，另外兩個則對后方的物體進行感知。在實際應用時，對傳感器的選擇需要結合其工作內容和環境的不同進行選擇，如果其工作環境簡單，工作距離較短，為了節省設備的制造和維護成本，就可以選擇價格最低的普通紅外二極管，而如果在工作環境極為惡劣的條件下，為了進一步保證設備工作的穩定性，最大程度避免天車相撞，則應該選擇價格最貴，但性能最優的激光二極管。但在一般情況下，紅外反射二極管的應用范圍較廣，并且價格適中，能夠滿足絕大多數工廠生產的需求，降低成本。

2 紅外反射式光電傳感器特性與工作原理

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

從理論角度出發，傳感器本身只要處于能夠接收到光源的位置就能夠對其進行檢測，但是在實際應用的過程中，由于光線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，進而使得其顏色、形狀以及頻率等受到影響，如果在設備性能測試過程中直接通過發射光束的方式則會對實驗結果造成極大的影響。而采用對反射光進行檢測的模式能夠有效提升對光波頻率測試的準確性，紅外反射式光電傳感器的工作原理就是利用反射光的識別來判斷物體的距離，通過調制紅外線的反射光源，并將其送入紅外光進行發射，再由另外一臺設備進行接收，進而提高設備判斷的準確性。

在實際運行過程中，兩臺天車相遇，其各自向對方發出紅外線光波，二者在同時接收到光波后即會借由系統對光波的頻率進行分析，并進一步判斷二者之間的距離，在此過程中，光波的發射處于不間斷的情況下，因此系統就能夠對另外一臺天車的位置進行實時掌控。當二者到達控制范圍內時，系統即作出停止運行的指令，防止兩臺天車發生碰撞，保證設備的安全性。

3 紅外反射式光電傳感器的設計和實現

在紅外反射式光電傳感器應用的過程中，根據其應用的場所不同就需要選擇不同的設備類型，其傳感器的識別范圍可以從毫米級到米級不等。在傳統的天車設備早期識別裝置研究中，其對于障礙物或其它天車的識別主要依靠的是超聲波識別，這種識別方式是基于聲波反射的原理，但天車所處的工作環境極為復雜，所發出的超聲波容易受到外界聲波的影響，極易失靈，因此難以適應現代工業生產的需求。同時，采用激光二極管生產的傳感器本身成本較高，而普通的傳感器的識別范圍有限，無法滿足米級的識別范圍，因此根據研究顯示，符合目前天車工作性能要求的傳感器應為大功率長波段雙光束的反射式紅外光電傳感器。

目前研制的紅外線傳感器所發生的紅外線頻率為38，在接收器接受這一紅外線后，利用放大設備將光線的頻率進行放大，并由系統進行進一步的處理，并將其轉換成相應的電信號。在測量兩臺天車距離時，其對信號的判別主要是基于四個信號點的輸出，借此來調節探測的距離。由于該系統主要采用的是低功耗的數字變頻處理系統，因此在結構上可以增加高敏電路和抗干擾設備，并且還可以增加強光過濾設備，這樣就能夠使該系統對外界環境當中所發出的強光進行過濾，避免強光線對紅外光線的影響。這一系統的感光度可以達到99%以上，能夠在較多惡劣的條件下進行工作，工廠或車間當中由于生產的產品品種和性能的差異，其工廠內環境也會有較大的差異，并且大多數工廠內部需要保證陽光的照射，這樣在白天市場過程中可以減少對電能的消耗，而自然光譜當中就包含了大量的紅外線，對傳感器就會造成影響，同時由于工行內部生產設備需要長時間運轉，會產生巨大的熱量，而這種熱量對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這種惡劣條件下的光線頻率進行識別。同時，為了更加方便和準確地識別各天車之間的距離，同樣也必須對廠房內各燈光所發出的光波頻率進行分析，并將其對設備造成的影響數值進行計算，在系統設計過程中將誤差數值代入其中，這樣可以進一步提升設備識別的準確性。

在對天車防撞器進行設計時，應對主程序的穩定性和抗干擾性進行提高，因為在設備接受和發射紅外光線的過程中，其本身對于系統也會造成一定的影響，價值周圍環境當中電磁波的影響，就會降低程序運行的穩定性，降低識別能力。并且，在傳感其內設置抗感染裝置本身也會對系統的識別能力造成影響，在實際應用過程中傳感器的收碼、解調或運算步驟都需要整個設備的通力合作，其中一個環節受到影響就會影響整體識別效果，導致誤差的產生，影響設備的使用情況。

4 結語

在天車防撞設備當中應用紅外反射式光電傳感器的成功說明了光學傳感器應用的可行性，在較短的距離內（小于20米），這一系統能夠起到較好的識別作用，并且其自身的抗干擾能力較強，其主要特點就在于設備為非接觸型識別設備，并且靈敏度極高，分辨時間較短，對于空間位置的識別能力極強，能夠對設備的位置進行全方位的測試。但目前我國所應用的各類傳感器本身仍具有一定的局限性，其智能性發展程度較低，能夠識別的信息數量極為有限。但是在未來的發展過程中，隨著智能系統的不斷完善，傳感器的技術必然會進一步提升。

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