吴天强 叶敏 朱剑

【摘要】通过给定的测量电路，检测反射式红外光电传感器在多种颜色表面的反射特性。近红外反射式光电传感器在白色、红色、绿色、蓝色、橙色、玖红、金黄、浅蓝、木板等表面反射特性相类似，没有区分度；青绿、咖啡色表面反射特性与白色表面相比较，略有差异，区分度不明显；黑色表面与上述各种颜色表面差异最大，区分度明显。提高发射管工作电流，可以增加传感器的有效探测范围。加装红外滤光片，能降低环境光对检测结果的影响。

【关键词】红外线；反射式；光电传感器

序言

在机器人竞赛和电子设计竞赛中经常会用到反射式红外光电传感器[1]。反射式红外光电传感器是利用检测反射光强度进行工作的，反射光的强弱与发射管工作电流、反射距离、反射面材料及传播介质特性等因素相关。在一般工作环境中，传感器检测结果受环境照度强弱变化的影响。

RPR220是日本罗姆（ROHM）株式会社生产的一款常用反射式红外光电传感器[2]，中心波长800nm，属于近红外传感器。本文通过给定的测试电路，测出RPR220传感器在不同颜色表面及木材表面的反射特性。

1、实验方法

测试电路中，VCC取+5V，Rx取20KΩ[3]，改变红外发光管工作电流、传感器与反射面之间的距离、反射面材料与颜色及环境光的照度强弱等因素，记录输出电压变化，以判别传感器的工作状态。

实验均在晴天室内操作，室温26℃。测试红外发光管不同工作电流对传感器性能影响时，室内环境光照度为400Lx，照度误差10%。测试各种反射面对传感器性能影响时，发射管取额定工作电流10mA。检测环境光、红外滤光片对传感器性能影响时，发射管电流10mA，传感器距离白色反射面高度15cm。测量仪表为VICTOR1010A、VC890D。

2、实验结果分析

图1是白色反射面的特性曲线，发射管电流5mA时，处于欠电流工作状态，曲线最低点，检测距离3mm，输出电压1.4V；发射管电流10mA曲线，检测距离3mm～10mm，输出电压≤0.3V；发射管电流15mA曲线，检测距离3mm～14mm，輸出电压≤0.3V。图2是黑色反射面的特性曲线，发射管电流15mA曲线，检测距离5mm，输出电压为最小值3.51V。发射管工作电流增强，近距离检测易引起“镜面反射”效应。

图3～图5是各种颜色反射面的测试特性曲线图，黑色表面与其他颜色表面，反射特性区分明显。红色、绿色、蓝色、橙红、玖红、金黄、浅蓝、木板与白色表面之间的反射特性，几乎没有差别。青绿、咖啡与白色表面反射特性略有差别，区分度不明显，易受环境照度变化影响。

图6是传感器接收窗前侧是否加装红外滤光片，传感器尾部是否遮光处理，对检测性能性能影响的特性曲线图。传感器红外接收管正面环境光照度，从20Lx增加到1547Lx，无红外滤光片时，检测输出电压从4.36V递减至1.94V；加装威特郎IR800滤光片，环境光照度从17Lx变化到1500Lx，输出电压从4.6V减小至3.28V。加装红外滤光片后，输出电压变化量减少约1.1V。红外滤光片可有效滤除可见光中的红外线部分，降低环境照度变化对检测结果的影响。RPR220传感器尾部有无遮光处理，对检测结果没有影响。

3、结语

红外反射式光电传感器用于导航轨迹识别时，其轨迹宜用黑色与其他颜色组成。实验检测结果表明，RPR220在白色与黑色组成的反射面，有效检测距离为3mm～11mm时，距离小于3mm时为盲区，最佳检测距离为7mm，红外发射管不宜工作于欠电流状态，在散热许可条件下适当提高发射管工作电流，可以增加传感器有效探测范围。

参考文献

[1]黄智伟.全国大学生电子设计竞赛训练教程[M].北京：电子工业出版社，2005：105-107.

[2]ROHM.RPR-220.PDF[DB/OL].http：//www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/429705/ROHM/RPR-220_05.html，2014-12-20.

[3]冯笑笑，胡佳娟等.红外光电传感器的性能分析与应用[J].苏州大学学报：工科版，2012，32（1）：11-14.

作者简介

吴天强（1977-），男，浙江省天台县人，讲师，从事电子电路教学与研究工作。