¿Cómo hacer que el detector de proximidad IR sea inmune a la luz del día?

Estoy tratando de hacer un dispositivo de medición de proximidad por infrarrojos.

Quiero que esté en el rango de 10 cm o 4 "(¿quizás 15 cm?). La frecuencia que uso es de 10 KHz. Aquí está el circuito que usé, excepto que usé capacitores de 1 nF y resistencias que se adaptan a la banda. -pasando 10 KHz. He usado LM358A para el OP-AMP y no sé la identificación de parte de mi diodo IR.

Para aumentar la sensibilidad y eliminar el desplazamiento, agregué un amplificador de diferencia con una ganancia de 10 usando el otro OP-AMP dentro del LM358A. He usado un potenciómetro para establecer el voltaje que se restará del circuito de salida inferior.

¡Funciona! Con una linealidad razonable. Sin embargo, los niveles de voltaje cambian con la intensidad de la luz del día.

¿Hay alguna forma de hacer que este dispositivo sea inmune a la luz del día usando un LDR? Intenté conectar el LDR en paralelo con el potenciómetro de eliminación de compensación, sin embargo, como es obvio, eso no dio buenos resultados lógicos. No tengo filtros IR y es muy caro conseguirlos de Farnell o similar en Turquía.

Esquemático

Desde aquí _

Editar:

Aquí está mi esquema:

mi esquema

¿Mencionas un potenciómetro de eliminación de compensación pero no lo veo en tu esquema?
@JonnyBoats Lo siento, me apresuré. Lo estoy dibujando, agregaré.
abdullah: En el esquema original, la entrada + al amplificador operacional está vinculada a 2,5 V a través de una resistencia pullup, pero no veo eso en su esquema revisado. ¿Fue eso un descuido?
@JonnyBoats No te entiendo; se conecta por r8?
adbullah: Tal vez sean solo mis viejos ojos, pero su esquema revisado es difícil de leer, lo siento.
@JonnyBoats ah, lo siento. Es el stackexchange ajustando la imagen al ancho de la pregunta. Haga clic derecho sobre él y "Abrir imagen en una pestaña nueva" si está usando Chrome. Aquí está el enlace.
Tal vez pueda recuperar un filtro IR de un televisor viejo o chatarra (o cualquier otro dispositivo con control remoto IR). Es una pequeña pieza de plástico de color marrón oscuro o negro que es casi completamente opaca para el ojo humano y cubre el detector IR del receptor RC.
@Curd, en realidad quiero hacer este acondicionamiento de señal con un LDR. Será un desafío. ¿Tal vez tomaré la salida LDR e IR y las acondicionaré en la MCU?
@abdullah kahraman: Ok, pero si el detector y/o el amplificador están completamente bloqueados por la luz ambiental, no tiene posibilidad de recuperar la señal real, sin importar el esfuerzo que haga.
Es realmente fácil obtener fototransistores/fotodiodos en un paquete negro que filtra el IR, en lugar del PD15-22C que está utilizando.
@joeforker, tienes razón, supongo, sin embargo, no estoy usando ese diodo IR en el circuito. El mío es transparente (al igual que los LED blancos).
En cuanto al filtro IR: se dice que la película inversa no expuesta y luego revelada (negra) es un filtro infrarrojo, al igual que la parte "floppy" de un disquete viejo.
Puede probar un TSOP1738 en lugar de LDR si es posible. Pero la entrada debe ser un IR modulado de 38 khz.
@oxakhil, ¿qué quieres decir? ¿Debo sacar el filtro de un tsop1738 y usarlo? Porque estos dan salida lógica.
Excelentes respuestas para todos, sin embargo, no pude elegir.

Respuestas (10)

No creo que usar la señal de un LDR pueda hacer mucho porque el circuito ya tiene algún tipo de supresión de luz ambiental: es el filtro de paso alto en el capacitor C8.

Estoy de acuerdo con MikeJ-UK en que la señal probablemente esté saturada por la luz ambiental.

Si solo desea que el sensor de proximidad funcione con más luz ambiental, le sugiero que coloque un filtro IR frente al detector.

Si esto es demasiado fácil (o también tiene mucha luz IR ambiental, por ejemplo, porque el sol brilla en el detector):
debe resolver el problema de que la luz ambiental interfiere totalmente la señal.

Supongamos que la fotocorriente causada por la señal es de algunos microamperios o menos y la luz ambiental ya le da unos 0,1 mA, solo hay un voltaje de señal muy, muy pequeño en el divisor de voltaje de entrada (D1/R10). Cuanta más corriente (causada por la luz ambiental) fluya en el divisor de voltaje, menor será su señal.

Simplemente aumentar la amplificación no ayuda, porque el ruido también se amplificará y creo que llegas a regiones donde la relación señal-ruido es lo que debes cuidar.

Entonces, en lugar de tener un divisor de voltaje en el detector, un mejor enfoque sería utilizar un amplificador de transimpedancia:
ingrese la descripción de la imagen aquí

Su voltaje de salida es lineal a la fotocorriente. Así que esto le dará al menos un nivel de señal constante, sin importar cuánta luz ambiental tenga (consulte también este artículo sobre este problema de Bob Pease).

Por supuesto, esto solo es cierto dentro de ciertos límites: si su amplificador está atascado, no puede hacer mucho.

Por lo tanto, la amplificación antes del filtrado de paso de banda no debe ser demasiado grande. Pero si hace que su filtro de paso de banda sea lo suficientemente estrecho, puede hacer una gran amplificación después (como en los receptores de radio).

Esta es una buena respuesta, a la luz del día, modula, usa filtros IR y aún así es golpeado por el ruido de disparo de la CC del Sol. Agregaría un sesgo positivo al diodo de arriba y pondría una tapa entre el cátodo y el opamp.
@Frank: Lo que propones convertiría el circuito en lo que era antes... con todos sus problemas.

Desea extraer la amplitud de una frecuencia conocida de su señal de diodo. Como ya ha intentado, eso se puede hacer con un filtro de paso de banda muy estrecho, sin embargo, hay límites. Otra opción es utilizar un amplificador lock-in . Pueden ser muchos órdenes de magnitud mejores que los filtros de paso de banda analógicos.

Un amplificador lock-in básicamente multiplica su señal de entrada con una señal de referencia de la frecuencia deseada. A continuación, la salida se filtra en paso bajo. En este proceso, todos los componentes de frecuencia que no coinciden con la referencia no generan ninguna salida de CC significativa, ya que los valores de diferentes períodos se compensan entre sí de forma destructiva.

Traté de encontrar algunas buenas ilustraciones y encontré una nota de la aplicación LabView y una breve descripción funcional .

Enfoque de software: Microcontrolador

Chip listo para usar: AD630 (debe haber otros más baratos)

Te estás burlando de mí, ¿verdad? Como sé, ¿los amplificadores de bloqueo son los que se usan en los osciladores de rubidio?
Lamento haber sido tan breve, he editado mi respuesta.
+1 ¡Muy buena idea! También estaba pensando en el amplificador de bloqueo, pero no lo mencioné porque pensé que podría estar muy lejos del circuito existente. Sería un proyecto muy interesante (hace algunos años hice una brújula electrónica usando amplificación lock-in).

Bueno, aunque las ideas aquí parecen bastante elegantes... bueno, si no puedes hacerlo simple, puede que no sea correcto. Oli Glaser tuvo quizás la mejor idea aquí, incluso yo mismo lo he intentado antes. debe apagar el LED IR para muestrear la luz ambiental y luego encenderlo nuevamente para muestrear su lectura, al restar esas medidas obtendrá la medida correcta. Habrá algunos inconvenientes debido a los niveles de saturación del fototransistor, pero es lo mejor que puede sacar de él. Los filtros de tapa IR no se recomiendan realmente si tiene un LED de baja potencia.

Sospecho que la entrada se está saturando. A altos niveles de luz ambiental con el diodo pasando cerca de 100uA, no quedará polarización. Intente reducir la resistencia de 50k.

No, no ayuda. Lo reemplacé (era 47K) con 39K y 33K y 56K. También disminuyó la sensibilidad a IR.

Si está alimentando la señal a un microcontrolador, entonces tal vez podría usar una rutina de calibración para ajustar la luz ambiental.

Por ejemplo, si lee el nivel cuando no se transmite nada, puede restar este valor de la lectura "ON" para obtener la diferencia causada por su emisor IR.
Algo como esto debería ayudar. Podría hacer lo mismo con un LDR en la retroalimentación opamp para ajustar la ganancia, pero sería más complicado hacerlo bien.

Otra cosa podría ser tener un filtro de paso de banda más nítido (por ejemplo, escalonar 2 o 3 etapas) para que solo se "vea" la frecuencia modulada.

Mirando el espectro de la luz solar en Wikipedia, hay una caída a 940nm debido a la absorción de IR por el vapor de agua en la atmósfera.

El uso de una fuente de infrarrojos y un sensor que funcione a 940 nm reducirá en gran medida la captación de luz ambiental.

El RPR220 es uno, que tiene una versión de 800nm ​​y 940nm.

Su respuesta sería mejor si incluyera un enlace a la página de Wikipedia que está viendo, o si el espectro se insertara en su publicación como una imagen.

Seguiría la sugerencia de Oli Glaser de usar un microcontrolador, pero también sugeriría un par de cambios de circuito:

  1. Sugeriría agregar una segunda entrada ADC al microcontrolador para detectar el nivel de CC del fotodiodo. Mi conjetura sería que la sensibilidad del fotodiodo no es lineal. Si su entrada de CA tiene 100 veces la ganancia de la entrada de CC, calcule el valor combinado de las entradas (100 veces el valor de CC el valor de CA) y realice alguna transformación (o interpole usando una tabla de búsqueda) para obtener un valor linealizado.
  2. Puede haber algún beneficio al agregar un filtro de paso de banda analógico pero eliminar el demodulador. Haga que el procesador muestree la entrada a 40 KHz. Use cuatro filtros de promedio móvil (primera muestra linealizada para filtrar 0, junto al filtro 1, luego 2, 3, 0, 1, 2, 3, etc.) y calcule el nivel de señal de CA como (f2-f0)*(f2 -f0)+(f3-f1)*(f3-f1). Este enfoque ofrecerá una inmunidad al ruido mucho mejor que un detector de picos.

He visto algunas variantes de circuitos de preamplificador IR para controlar la polarización del diodo para evitar la saturación con, por ejemplo, este dispositivo Elmos y este muy antiguo preamplificador IR SL480 . He usado un circuito basado en el primer ejemplo para un sensor de proximidad exterior y funcionó muy bien

También es posible una solución mecánica, un "snoot" que es un tubo que protege al receptor de la mayor parte de la luz ambiental.

¿Intentó tener un sensor adicional como grupo de control, uno que esté expuesto a la misma luz ambiental pero que no detecte la obstrucción que hace su sensor real? Luego, resta la señal del sensor del grupo de control al sensor de trabajo.

Me funcionó un par de veces en proyectos escolares, jaja. Fue entonces cuando no sabía cómo programar un filtro de software.

Por lo general, esto será mucho más difícil de configurar que modular el sensor único.
¿Cómo hacer que el detector de proximidad IR sea inmune a la luz del día?
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