Como tornar o detector de proximidade por infravermelho imune à luz do dia?

Estou tentando criar um dispositivo de medição de proximidade por infravermelho.

Quero que ele esteja na faixa de 10 cm ou 4 "(talvez 15 cm?). A frequência que uso é de 10 KHz. Aqui está o circuito que eu usei, exceto que eu usei capacitores e resistores de 1 nF que lhes convêm para a banda de 10 KHz. Eu usei o LM358A para o OP-AMP e não sei o ID da peça do meu diodo IR.

Para aumentar a sensibilidade e remover o deslocamento, adicionei um amplificador de diferença com um ganho de 10 usando o outro OP-AMP dentro do LM358A. Eu usei um potenciômetro para definir a tensão a ser subtraída do circuito fora de baixo.

Funciona! Com uma linearidade razoável. No entanto, os níveis de tensão mudam com a intensidade da luz do dia.

Existe alguma maneira de tornar esse dispositivo imune à luz do dia usando um LDR? Tentei conectar o LDR em paralelo ao potenciômetro de remoção de offset, no entanto, como óbvio, isso não deu bons resultados lógicos. Eu não tenho nenhum filtro de infravermelho e é muito caro obtê-los da Farnell na Turquia.

A partir daqui .

Editar:

Aqui está o meu esquema:

Não acho que usar o sinal de um LDR possa fazer muito, porque o circuito já possui algum tipo de supressão da luz ambiente: é o filtro passa-alto no capacitor C8.

Concordo com o MikeJ-UK que o sinal provavelmente está saturado pela luz ambiente.

Se você quiser que o sensor de proximidade funcione com mais luz ambiente, sugiro colocar um filtro de infravermelho na frente do detector.

Se isso for muito fácil (ou você também tiver muita luz infravermelha ambiente, por exemplo, porque o sol está brilhando no detector):
Você deve resolver o problema do sinal estar totalmente obstruído pela luz ambiente.

Suponhamos que a fotocorrente causada pelo sinal seja de alguns micro amperes ou menor e a luz ambiente já dê 0,1 mA, apenas uma tensão de sinal muito pequena no divisor de tensão de entrada (D1 / R10). Quanto mais corrente (causada pela luz ambiente) fluir no divisor de tensão, menor será o seu sinal.

Apenas aumentar a amplificação não ajuda, porque o ruído também será amplificado e eu acho que você entra em regiões onde a relação sinal / ruído é o que você precisa cuidar.

Portanto, em vez de ter um divisor de tensão no detector, uma abordagem melhor seria utilizar um amplificador de transimpedância:

Sua tensão de saída é linear à corrente da foto. Portanto, isso fornecerá pelo menos um nível de sinal constante, independentemente da quantidade de luz ambiente que você tiver (consulte também este artigo sobre esse problema por Bob Pease).

Claro que isso só é verdade dentro de certos limites: se o seu amplificador estiver congestionado, você não poderá fazer muito.

Portanto, a amplificação antes da filtragem por banda não deve ser muito grande. Mas se você tornar seu filtro passa-banda estreito o suficiente, poderá fazer uma amplificação enorme depois (como nos receptores de rádio).

Você deseja extrair a amplitude de uma frequência conhecida do seu sinal de diodo. Isso pode, como você já tentou, ser feito com um filtro de passagem de banda muito estreito, porém existem limites. Outra opção é usar um amplificador de encaixe . Eles podem ter muitas ordens de magnitude melhores que os filtros de passagem de banda analógica.

Um amplificador de bloqueio basicamente multiplica seu sinal de entrada com um sinal de referência da frequência desejada. A saída é então passa-baixa filtrada. Nesse processo, todos os componentes de frequência que não correspondem à referência não geram nenhuma saída CC significativa, pois valores de períodos diferentes se compensam destrutivamente.

Tentei encontrar algumas boas ilustrações e encontrei uma nota sobre o aplicativo LabView e uma breve descrição funcional .

Abordagem de software: Microcontrolador

Chip pronto para usar: AD630 (deve haver mais baratos)

Bem, embora as idéias aqui pareçam bastante elegantes ... bem, se você não puder simplificar, pode não estar certo. Oli Glaser teve talvez a melhor ideia aqui, até eu já tentei antes. você precisa desligar o LED IR para obter uma amostra da luz ambiente e, em seguida, ligá-lo novamente para obter uma amostra da sua leitura. Subtraindo essas medidas, você obterá a medida correta. Haverá poucos inconvenientes devido aos níveis de saturação do transistor fotográfico, mas é o melhor que você pode obter com isso. Os filtros de tampa IR não são realmente recomendados se você tiver um LED de baixa potência.

Eu suspeito que a entrada está saturando. Em altos níveis de luz ambiente com o diodo passando perto de 100uA, não haverá viés. Tente reduzir o resistor de 50k.

Observando o espectro da luz solar na Wikipedia, há uma queda de 940nm devido à absorção do IR pelo vapor de água na atmosfera.

O uso de uma fonte de infravermelho e um sensor operando a 940nm reduzirá bastante a captação da luz ambiente.

O RPR220 é um que possui uma versão de 800 nm e 940 nm.

Se você estiver alimentando o sinal em um microcontrolador, poderá usar uma rotina de calibração para ajustar a luz ambiente.

Por exemplo, se você ler o nível em que nada está sendo transmitido, poderá subtrair esse valor da leitura "ON" para obter a diferença causada pelo seu emissor de IR.
Algo assim deve ajudar. Você poderia fazer o mesmo com um LDR no feedback do opamp para ajustar o ganho, mas seria mais difícil acertar.

Outra coisa pode ser ter um filtro passa-banda mais nítido (por exemplo, escalonar 2 ou 3 estágios) para que apenas a frequência modulada seja "vista".

Eu aceitaria a sugestão de Oli Glaser de usar um microcontrolador, mas também sugeriria algumas alterações de circuito:

1. Eu sugeriria adicionar uma segunda entrada ADC ao microcontrolador para detectar o nível DC do fotodiodo. Meu palpite seria que a sensibilidade do fotodiodo não é linear. Se sua entrada CA tiver 100x o ganho da entrada DC, calcule o valor combinado das entradas (100x o valor DC o valor AC) e execute alguma transformação (ou interpole usando uma tabela de pesquisa) para obter um valor linearizado.
2. Pode haver algum benefício em adicionar um filtro passa-banda analógico, mas remover o desmodulador. Faça com que o processador faça uma amostra da entrada em 40KHz. Use quatro filtros de média móvel (primeira amostra linearizada para filtrar 0, próximo ao filtro 1, depois 2, 3, 0, 1, 2, 3 etc.) e calcule o nível do sinal CA como (f2-f0) * (f2 -f0) + (f3-f1) * (f3-f1). Essa abordagem oferecerá imunidade a ruídos muito melhor do que um detector de pico.

Eu vi algumas variantes de circuitos de pré-amplificador de infravermelho para controlar a polarização do diodo para evitar a saturação com, por exemplo, este dispositivo Elmos e este pré-amplificador de infravermelho muito antigo SL480 . Utilizei um circuito baseado no primeiro exemplo de um sensor de proximidade externo e funcionou muito bem.

Uma solução mecânica também é possível, um "bisbilhoteiro", que é um tubo que protege o receptor da maior parte da luz ambiente.

Você tentou ter um sensor extra como grupo de controle, que é exposto à mesma luz ambiente, mas não detecta a obstrução que o seu sensor real faz? Em seguida, você subtrai o sinal do sensor do grupo de controle ao sensor em funcionamento.

Funcionou para mim algumas vezes em projetos acadêmicos, haha. Foi quando eu não sabia como programar um filtro de software.