¿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 infrarrojo.

Quiero que esté en el rango de 10 cm o 4 "(¿tal vez 15 cm?). La frecuencia que uso es de 10 KHz. Aquí está el circuito que usé, excepto que he usado condensadores y resistencias de 1 nF que se adaptan a ellos para la banda -pasar 10 KHz. He usado LM358A para el OP-AMP y no sé la identificación de la 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 que está debajo.

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

¿Hay alguna manera de hacer que este dispositivo sea inmune a la luz del día usando un LDR? Traté de conectar el LDR en paralelo con el potenciómetro de eliminación de desplazamiento, sin embargo, como es obvio, eso no dio buenos resultados lógicos. No tengo filtros IR y es realmente costoso obtenerlos de Farnell o algo así en Turquía.

A partir de aquí .

Editar:

Aquí está mi esquema:

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 condensador 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 si también tiene mucha luz IR ambiental, por ejemplo, porque el sol está brillando en el detector):
debe resolver el problema de que la señal esté totalmente atascada por la luz ambiental.

Supongamos que la fotocorriente causada por la señal es de algunos microamperios o menos y la luz ambiental le da ya unos 0.1 mA, solo hay un voltaje de señal muy pequeño en el divisor de voltaje de entrada (D1 / R10). Mientras más corriente (causada por la luz ambiental) fluya en el divisor de voltaje, más pequeña será su señal.

El solo hecho de aumentar la amplificación no ayuda, porque el ruido también se amplificará y creo que entras en regiones donde la relación señal / ruido es de lo que debes preocuparte.

Entonces, en lugar de tener un divisor de voltaje en el detector, un mejor enfoque sería utilizar un amplificador de transimpedancia:

Su voltaje de salida es lineal a la corriente de la foto. Entonces, 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 los 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).

Desea extraer la amplitud de una frecuencia conocida de su señal de diodo. Como puede haber intentado, puede hacerlo con un filtro de paso de banda muy estrecho, sin embargo, existen límites. Otra opción es usar un amplificador de bloqueo . Pueden ser muchos órdenes de magnitud mejores que los filtros de paso de banda analógicos.

Un amplificador de bloqueo básicamente multiplica su señal de entrada con una señal de referencia de la frecuencia deseada. La salida se filtra de 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 manera 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 unos más baratos)

Bueno, aunque las ideas aquí parecen bastante elegantes ... bueno, si no puedes hacerlo simple, puede que no sea correcto. Oli Glaser tuvo tal vez la mejor idea aquí, incluso yo la he probado antes. debe apagar el LED IR para tomar muestras de luz ambiental y luego volver a encenderlo para tomar muestras de su lectura, restando esas medidas obtendrá la medida correcta. Habrá pocos inconvenientes debido a los niveles de saturación del transistor de fotos, 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 está saturando. A altos niveles de luz ambiental con el diodo pasando cerca de 100uA, no quedará ningún sesgo. Intenta reducir la resistencia de 50k.

Si está enviando la señal a un microcontrolador, entonces 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 de IR.
Algo como esto debería ayudar. Podría hacer algo similar con un LDR en la retroalimentación opamp para ajustar la ganancia, pero sería más complicado acertar.

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 940 nm debido a la absorción de IR por el vapor de agua en la atmósfera.

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

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

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 de ADC al microcontrolador para detectar el nivel de CC del fotodiodo. Supongo 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 interpolar 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 al quitar el demodulador. Haga que el procesador muestree la entrada a 40KHz. Utilice 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 mechincal, 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 tiene su sensor real? Luego, resta la señal del sensor del grupo de control al sensor de trabajo.

Me funcionó varias veces en proyectos académicos, jaja. Fue entonces cuando no supe cómo programar un filtro de software.