专利名称：双孔光电门的制作方法
双孔光电门技术领域：
本发明属于传感器领域，它是一种感知运动物体速度的光电门。背景技术：
现有技术中测试运动物体的光电门上只有一个红外线发射和红外线接收的对孔，称之为“单孔光电门”。它的实验环境是这样的:如把小球作为测量的对象时，需要测量I个小球通过光电门的时间，从而求出小球通过光电门时的瞬时速度。使用传统的单孔光电门来测量时，必须确定小球通过光电门时的挡光宽度，由于被测物体的形状大小和运动姿态及运动轨迹决定挡光宽度，所以，这个被测物体的挡光宽度是很难确定的。如果没有专业的辅助设备，很难保证被测的运动物体每次通过光电门时的挡光宽度是一致的。因而，存在测量精度不够高的缺点。当被测物体的形状差异很大时，如对于测量一个小钢球与测量一本书本从空中掉下经过某个高度位置时的瞬时速度时，这种单孔光电门测量就有点胜任不了，它难以保证测量的精度。本发明的目的是为了解决这一技术上的难点，本发明推出一种“双孔光电门”的新技术方案。其目的在于提高光电门对测量形状差异较大的物体的瞬时速度的测量精度。使用单孔光电门来测量书本落下时的瞬时速度时，由于书本长度和宽度的尺寸过长，测量瞬时速度时挡光宽度的情况显得复杂，因此就需要使用到两个传统的单孔光电门，利用书本通过两个单孔光电门之间的时间及两个单孔光电门之间的距离，从而求出瞬时速度。而使用本发明的双孔光电门时，仅使用一个双孔光电门即可。只要书本正常通过了一个双孔光电门，光电门就测得了时间，用两个光电门之间的孔距(它们被定为Icm)除上时间，就可以得到瞬时速度。这样的测量运动物体的方法简单直观，测量结果准确。

发明内容I, 一种传感运动物体运动的双孔光电门，它包含有红外光发射兀件和红外光接收兀件，其特征是:其构成分为机械部分和电子电路部分这两大部分，其机械部分包含 有:“Π ”形的中空壳体,它由主体面壳和主体底壳合拢构成,在“Π ”形的中空壳体的两脚上分别布置有两个红外光发射管和两个红外光接收管，在其一个脚上布置有两个红外光发射管，它们之间保持一定的距离；在其另一个脚上相对应地布置有两个红外光接收管，它们之间也保持相同的间隔距离。第一红外光发射管和第二红外光发射管被布置在同一个脚的脚端；第一红外光接收管和第二红外光接收管被布置在相对的另一只脚的脚端上。在中空壳体的内腔里有数据处理电路板、红外光接收电路板、红外光发射电路板。在其中空壳体的主体面壳和/或主体底壳上设有用于与传感器或者与计算机连接传输数据的一个双层USB接口，还有一个显示传感器工作状态的发光二级管。其电子电路部分包含有:①红外光发射电路，②红外光接收电路,③数据处理电路。在①红外光发射电路板上有两个红外光发射管；在②红外光接收电路板上有两个红外光接收管。在③数据处理电路板中包含有红外光接收三极管信号转换电路，包含有信号驱动及转换电路，包含有信号指示灯电路。各电路之间有用于电气沟通的电气连接件。
2，在所述的第一红外光发射管和第二红外光发射管之间的距离是I厘米，第一红外光接收管和第二红外光接收管之间的距离也是I厘米。3，所述的电子电路被分别布置在三块PCB板子上面，在“Π”形的中空壳体上红外光发射管电路板和红外光接收管电路板它们分别布置在中空壳体两个相对的脚端上，而数据处理电路板则被布置在中空壳体的中间横梁上，各个电路板之间有使其在电路上相互沟通形成通路的电气连接件，它们是各种J接口。4，所述的红外光发射电路包含有作为电气连接件的接口 J2、J5、和红外光发光二极管D1、D5。5，所述的红外光接收电路包含有作为电气连接件的接口 Jl和红外光接收管Q1、Q606，所述的数据处理电路板包含有红外光接收三极管信号转换电路、信号驱动及转换电路、信号指示灯电路，还包含有作为电气连接件的接口 J3、J6、J7，和一个双层的USB接口 J4。7，所述的双层的USB接口 J4是连接光电门传感器为其提供电源和接地的接口。8，所述的双层的USB接口 J4是在多个光电门同时使用时用以级联下一个光电门的接口。9，所述的中空壳体的主体面壳或主体底壳上设有用于与外部实验设备连接的两个螺接孔。10，所述的指示物体通过的工作状态指示灯LED被安装在中空壳体的横梁上。11，所述的红外光接收三极管信号转换电路包含有一个三极管和一个电压比较器芯片，来源于红外光接收三极管的传感信号从三极管的基极进入，而从电压比较器前方的引脚输出。12，所述的信号驱动及转换电路的构成包含有一个三极管和电阻，三极管的基极与输入传感信号相连，而输入传感信号是红外光接收管信号转换电路的电压比较器的输出信号。13，所述的信号指示灯电路它包含有一个三极管Q2，它的基极通过电阻与传感输出信号相连，它的集电极通过电阻与发光二级管LED相连，它的发射极与接地相连。14，所述的双层的USB接口 J4它包含有两个USB接口，J4共有八个引脚，分为两组，每组四个引脚供一个USB接口用，其中有一个电源端、一个接地端、两信号线sensor-outI λsensor_out2015，所述的“Π”形的中空壳体的横梁上设有用于与其它实验设备或支架连接固定用的突耳。16，所述的“Π”形的中空壳体的横梁上设有发光二极管LED的透光孔。在上述结构特征中，螺接孔是用于与外部实验设备和其它支架连接；突耳也是用于与外部实验设备连接用的。显示工作状态的发光二级管LED其作用是当运动物体通过两对红外光发射管和红外光接收管的红外光覆盖位置时LED灯会发光闪烁，表明物体通过两组红外光发射、接收端口。对本发明电子电路进一步说明如下:红外光发射电路的构成如下:因为有两个红外光发射元件所以有两相同的电路，每条红外光发射电路中有一个红外光发射管和一个用于沟通电路的接口，在数据处理电路板上有一个与电源和接地分别相连的接口与之相对应连接，以取得从电源到接地的电路连通。接口 J2和红外发光管Dl构成第一红外光发射电路，J2针对位于数据处理电路板上的接口 J3相互连接，构成电气上的通路。接口 J5和红外光发射管D5构成第二红外光发射电路，接口 J5针对于位于数据处理电路板上的接口 J7构成电气上的通路。三块不同的电路板之间它们通过排线构成电气连接，以取得从电源到接地的电路连通。当上述的两个电路构成了回路时红外发光管Dl和D5点亮。红外光接收电路的构成如下:它包含有两个红外光接收管，它们是第一红外光接收管Ql和第二红外光接收管Q6，所述的电路还包含有一个带有四个引脚的用于电气连接的接口 J1，其中两个引脚用于与两条传感信号输入线连接，另外两个引脚它们一个接电源、另一个接地。在数据处理电路板上也有一个带有四个引脚的用于电气连接的接口，它是J6，它的四条引脚中两条连传感信号输入线，另两条分别与电源和接地相连的。所述的红外光接收电路的接口 Jl与所述的数据处理电路板上的接口 J6相对应连接，以取得两路传感信号以及从电源到接地的电路连通。通过接口 Jl和J6的连接当三极管接收到红外光线照射时红外接收三极管Ql和Q6导通构成回路，传感信号为高电平。当没有红外光线照到红外接收三极管Ql和Q6时，传感信号为低电平。数据处理电路板:它包含有接口 J3、J4、J6、J7和红外接收管信号转换电路、信号驱动及转换电路、信号指示灯电路。J4接口是一个双层USB接口，它的一个USB接口用来与光电门传感器连接，另一个USB接口是用于与下一个光电门(如果需要的话)连接。接口 J4共有八个引脚，因为它是为光电门级联设计的，所以，每一个USB接口有一个电源端、一个接地端、两条信号线sensor-outl、sensor_out2,也就是说,一个USB接口占用四个引脚，所以这个双USB接口就有1、2、38，八个引脚。红外光接收管信号转换电路的构成如下:因为有两个光发射元件，所以有两相同的电路。每条电路的构成包含有一个三极管和一个电压比较器芯片，来源于红外光接收三极管的传感信号从三极管的基极进入，而从电压比较器前方的引脚输出。传感信号进出的变化发生在电平的高低变化上。把模拟信号转换成高低电平信号，控制三极管Q3、Q5的导通和截止。它为两路红外光接收三极管的传感输入信号进行转换，信号驱动及转换电路的构成如下:因为有两个红外光发射管和两个红外光接收管，所以有两相同的信号驱动及转换电路。每条信号驱动及转换电路的构成包含有一个三极管和电阻。三极管的基极与输入传感信号相连，而输入传感信号是上述红外光接收管信号转换电路的电压比较器的输出信号，当它为高电位时三极管Q4、Q7导通，其集电极所产生的低电位就是输出信号，位于集电极的输出信号就是本发明的终端输出，其它设备电路获得此输出信号后，按照应用目的用于其它电路(不在本发明的范围内)的运作。三极管Q4、Q7基极的输入传感信号处于高电平时，三极管Q4、Q7导通，此时其集电极的输出传感信号就处于低电位。信号指示灯电路的构成如下:它包含有一个三极管Q2，它的基极通过电阻与传感输出信号相连，它的集电极通过电阻再通过D2发光二级管LED与电源VCC相连。三极管Q2基极相连的传感器输出信号是通过二极管D3、D4和电阻R3进入到三极管的基极的。当信号SIGINPUT1和信号SIGINPUT2中有一个信号为高时，三极管Q2基极的传感输出信号为高电平，三极管导通，发光二级管D2就点亮。当信号SIGINPUT1和信号SIGINPUT2都为低时，三极管Q2的基极的传感输出信号的电平为低电平时，三极管Q2截止,发光二级管D2灭。本发明的优点是:使用双孔光电门，无须确定小球通过光电门时的挡光宽度，因为双孔门上的孔距是1cm，小球无论哪个宽度只要通过了这1cm，光电门就测得了时间，用这Icm除上时间，就可以得到瞬时速度，无须专业的辅助设备，即可方便得到实验数据。

图1a是本发明实施例的产品立体图。图1b是本发明实施例的产品立体图的旋转图。图2是本发明实施例的三块电路板的立体图。图3是本发明实施例的电路方框图。图4是本发明实施例的双USB接口的电路图。图5是本发明实施例的红外光发射电路图。图6是本发明实施例的红外光接收电路图。图7是本发明实施例的红外光接收三极管信号转换电路。图8是本发明实施例的信号驱动及转换电路。图9是本发明实施例的信号指示灯电路。
具体实施方式双孔光电门1，主体面壳2，主体底壳3，突耳4，J4 双 USB 接口 5，第一发射端口 6，第二发射端口 7，第一接收端口 8，第二接收端口 9，发光二级管透光孔10，连接孔11，连接孔12，红外光发射电路板13，红外光接收电路板14，Dl第一红外光发射二极管15, D5第二红外光发射二极管16,Ql第一红外光接收管17，Q6第二红外光接收管18，数据处理电路板19，D2发光二级管20，红外光发射电路21、红外光接收电路22，数据处理电路23，J2 接口 24，J3 接口 25，J5 接口 26，J7 接口 27，传感信号输入线28,传感信号输入线29,Jl 接口 30，J6 接口 31，Q3红外光接收三极管32，LM393芯片33，Q5 三极管 34，LM393 芯片 35，Q4三极管36，Q7三极管37，Q2 三极管，38。图1a是本发明实施例的产品立体图，它显示了由塑料模制而成完成装配以后的双孔光电门I的产品外形，它是一个“Π”字形中空结构的双孔光电门I是由主体面壳2和主体底壳3合拢固定一体而成，它是空心的。在其“Π”字形中空结构的中间横梁上布置有一个用于与外部支架或其他设备固定连接用的突耳4，一个双USB接口 5。在其“Π”字形中空结构的左腿或右腿的底部内侧分别设有红外光发射和红外光接收用的端口，它们是第一发射端口 6和第二发射端口 7，以及第一接收端口 8和第二接收端口 9。在中间横梁上布置有一个用于与外部支架或其他设备固定连接用发光二极管透光孔10。在主体底壳3的左腿或右腿上分别设有用于与外部支架或其他设备固定连接用的连接孔11或连接孔12。图1b是本发明实施例的产品立体图的旋转图。图2是本发明实施例的三块电路板的立体图。在双孔光电门的壳体内的空腔中容纳有三块电子电路的PCB印刷线路板，它们是位于“Π”字形左右两脚空腔内的红外光发射电路板13或红外光接收电路板14。在红外光发射电路板13上有第一红外光发射管15，第二红外光发射管16。在红外光接收电路板14上有Ql第一红外光接收管17和Q6第二红外光接收管18。在中间横梁的空腔里布置有数据处理电路板19。在所述的数据处理电路板19上有J4双USB接口 5，和LED发光二级管20。图3是本发明实施例的电路方框图。本发明的电路方框图有三块，它们是红外光发射电路21、红外光接收电路22和数据处理电路23。三块电路分别位于不同的空间中，三块位于不同位置的PCB电路板之间它们通过排线和接口相互之间构成电气连接，以取得从电源到接地的电路连通和红外光传感信号的发生及传送。图4是本发明实施例的双USB接口的电路图。J4接口 5有两个USB接口组成，它的一个USB接口用来与光电门传感器连接，另一个USB接口是用于与下一个光电门(如果需要的话)连接。J4双USB接口 5共有八个引脚，因为它是为级联光电门设计的接口，所以它就是两个单独的USB接口的合成。每一个USB接口有一个电源端、一个接地端和两条信号线sensor-out 1、sensor_out2,也就是说,一个USB接口占用四个引脚,所以这个双USB接口 5就有1、2、38，八个引脚。引脚I至4构成第一USB接口，引脚5至8构成第二 USB接口。图5是本发明实施例的红外光发射电路图。红外光发射电路21的构成如下:因为有两个红外光发射二极管15、16所以有两相同的电路，每条红外光发射电路中有一个红外光发射二级管和一个用于沟通电路的接口，在数据处理电路板19上有一个与电源和接地分别相连的接口与之相对应连接，以取得从电源到接地的电路连通。J2接口 24和Dl红外发光二极管15构成第一红外光发射电路。J2接口 24针对位于数据处理电路板上的J3接口 25相互连接，构成电气上的通路。J5接口 26和D5红外光发射二极管16构成第二红外光发射电路，J5接口 26针对于位于数据处理电路板上的J7接口 27构成电气上的通路。当上述的两个电路构成了电气相通的回路时Dl红外光发光二极管15和D5红外光发光二极管16点亮，持续发出红外光线。图6是本发明实施例的红外光接收电路图。红外光接收电路的构成如下:它包含有两个红外光接收管，它们是Ql第一红外光接收管17和Q6第二红外光接收管18，所述的电路还包含有一个带有四个引脚的用于电气连接的Jl接口 30，其中两个引脚用于与两条传感信号输入线28、29的连接，另外两个引脚它们一个接电源VCC、另一个接地GND。在数据处理电路板上也有一个带有四个引脚的用于电气连接的J6接口 31，它的四条引脚中第2引脚和第3引脚连传感信号输入线，第I引脚与电源VCC，第4引脚和接地GND相连的。所述的红外光接收电路的Jl接口 30与所述的数据处理电路板上的J6接口 31相对应连接，以取得两路传感信号和从电源VCC到接地GND的电路连通。通过Jl接口 30和J6接口 31的连接，当Ql红外光接收三极管17和Q6红外光接收三极管18接收到红外光线照射时红外光接收三极管Ql和Q6导通构成回路，传感信号为高电平。当没有红外光线照到红外光接收三极管Ql和Q6时，传感信号为低电平。图7是本发明实施例的红外光接收三极管信号转换电路。红外光接收管信号转换电路的构成如下:因为有两个红外光接收元件，所以有两个相同的电路。每条电路的构成包含有一个三极管和一个电压比较器芯片，来源于红外光接收三极管的传感信号从三极管的基极进入，而从电压比较器前方的引脚输出。传感信号进出的变化发生在电平的高低变化上。把模拟信号转换成高低电平信号，控制三极管Q3、Q5的导通和截止。它为两路红外光接收三极管的传感输入信号进行转换。传感信号Sensor-1N和Sensor-1N2来源于Ql和Q6红外光接收三极管。当Sensor-1N为高电平时，Q3红外光接收三极管32导通，LM393芯片33第2脚为高电压，当这个电压大于R6和R7组成的分压值时LM393芯片33第I脚输出为低电平。反之，当传感信号Sensor-ΙΝ为低电平时，LM393芯片33第I脚输出为高电平。同理，在Q5三极管34和电压比较器LM393芯片35构成的红外光接收三极管信号转换电路中Sens0r-1N2的情况也是如此。此两相同的电路是布置在“Π”形中空壳体I的中间横梁空腔内的数据处理板19上的。图8是本发明实施例的信号驱动及转换电路。因为有两对相同的红外光发射和接收管，所以有两条相同的信号驱动及转换电路。在每一条中信号驱动及转换电路中包含有三极管，它通过电阻与电源VCC相连，其发射极接地，其基极通过电阻与来自电压比较器的输出信号相连，其集电极送出传感器输出信号。图中，Q4三极管36其基极通过电阻R5与来自电压比较器的SIGINPUT1传感信号相连通，其集电极通过电阻R8与电源VCC相连，集电极处输出传感信号SENS0R-0UT1。同样，Q7三极管37的基极通过电阻R13与来自电压比较器的SIGINPUT2传感信号相连通，其集电极处输出传感信号SENS0R-0UT2，其集电极通过电阻R14与电源VCC相连。两条相同的信号驱动及转换电路是布置在“Π”形中空壳体的中间横梁空腔内的数据处理板19上的。图9是本发明实施例的信号指示灯电路。信号指示灯电路中包含有Q2三极管38，D2发光二级管20，三极管38的基极通过电阻R3与传感输出信号SIGOUT相通，其发射极接地，其集电极通过电阻Rl再通过D2发光二级管20与电源VCC相连。与基极相连的传感信号SIGOUT来自于电压比较器的输出信号SIGINPUT1和SIGINPUT2，它们通过二极管D3和D4和电阻R3后进入Q2三极管38的基极。当信号SIGINPUT1和信号SIGINPUT2中，有一个信号为高电平时，信号SIGOUT为高电平，三极管38导通，此时D2发光二级管20点亮，指示有物体此时通过光电门。反之，当SIGINPUT1和SIGINPUT2都为低电平时，SIGOUT也为低电平，Q2三极管38就截止，D2发光二级管20熄灭。
权利要求
1.一种传感运动物体运动的双孔光电门，它包含有红外光发射兀件和红外光接收兀件，其特征是:其构成分为机械部分和电子电路部分这两大部分， 其机械部分包含有: “ Π ”形的中空壳体，它由主体面壳和主体底壳合拢构成,在“ Π ”形的中空壳体的两脚上分别布置有两个红外光发射管和两个红外光接收管，在其一个脚上布置有两个红外光发射管，它们之间保持一定的距离；而在另一个脚上相对应地布置有两个红外光接收管，它们之间也保持相同的间隔距离，第一红外光发射管和第二红外光发射管被布置在同一个脚的脚端；第一红外光接收管和第二红外光接收管被布置在相对的另一只脚的脚端上， 在中空壳体的内腔里有数据处理电路板、红外光接收电路板、红外光发射电路板，在其中空壳体的主体面壳和/或主体底壳上设有用于与传感器或者与计算机连接传输数据的一个双层USB接口，还有一个显示传感器工作状态的发光二级管， 其电子电路部分包含有: ①「红外光发射电路,②红外光接收电路,③数据处理电路， 在①红外光发射电路 板上有两个红外光发射管；在②红外光接收电路板上有两个红外光接收管，在③数据处理电路板中包含有红外光接收三极管信号转换电路，包含有信号驱动及转换电路，包含有信号指示灯电路，各电路之间有用于电气沟通的电气连接件。
2.如权利要求1所述的双孔光电门，其特征是:在所述的第一红外光发射管和第二红外光发射管之间的距离是I厘米，第一红外光接收管和第二红外光接收管之间的距离也是I厘米。
3.如权利要求1所述的双孔光电门，其特征是:所述的电子电路被分别布置在三块PCB板子上面，在“Π”形的中空壳体上红外光发射管电路板和红外光接收管电路板它们分别布置在中空壳体两个相对的脚端上，而数据处理电路板则被布置在中空壳体的中间横梁上，各个电路板之间有使其在电路上相互沟通形成通路的电气连接件，它们是各种J接口。
4.如权利要求1所述的双孔光电门，其特征是:所述的红外光发射电路包含有作为电气连接件的接口 J2、J5、和红外光发光二极管Dl、D5。
5.如权利要求1所述的双孔光电门，其特征是:所述的红外光接收电路包含有作为电气连接件的接口 Jl和红外光接收管Ql、Q6。
6.如权利要求1所述的双孔光电门，其特征是:所述的数据处理电路板包含有红外光接收三极管信号转换电路、信号驱动及转换电路、信号指示灯电路，还包含有作为电气连接件的接口 J3、J6、J7，和一个双层的USB接口 J4。
7.如权利要求1或6所述的双孔光电门，其特征是:所述的双层的USB接口J4是连接光电门传感器为其提供电源和接地的接口。
8.如权利要求1或6所述的双孔光电门，其特征是:所述的双层的USB接口J4是在多个光电门同时使用时用以级联下一个光电门的接口。
9.如权利要求1所述的双孔光电门，其特征是:所述的中空壳体的主体面壳或主体底壳上设有用于与外部实验设备连接的两个螺接孔。
10.如权利要求所述的双孔光电门，其特征是:所述的指示物体通过的工作状态指示灯LED被安装在中空壳体的横梁上。
11.如权利要求6所述的双孔光电门，其特征是:所述的红外光接收三极管信号转换电路包含有一个三极管和一个电压比较器芯片，来源于红外光接收三极管的传感信号从三极管的基极进入，而从电压比较器前方的引脚输出。
12.如权利要求6所述的双孔光电门，其特征是:所述的信号驱动及转换电路的构成包含有一个三极管和电阻，三极管的基极与输入传感信号相连，而输入传感信号是红外光接收管信号转换电路的电压比较器的输出信号。
13.如权利要求6所述的双孔光电门，其特征是:所述的信号指示灯电路它包含有一个三极管Q2，它的基极通过电阻与传感输出信号相连，它的集电极通过电阻与发光二级管LED相连，它的发射极与接地相连。
14.如权利要求1或6所述的双孔光电门，其特征是:所述的双层的USB接口J4它包含有两个USB接口，J4共有八个引脚，分为两组，每组四个引脚供一个USB接口用，其中有一个电源端、一个接地端、两条信号线sensor-outl、sensor_out2。
15.如权利要求1所述的双孔光电门，其特征是:所述的“Π”形的中空壳体的横梁上设有用于与其它实验设备或支架连接固定用的突耳。
16.如权利要求1所述的双孔光电门，其特征是:所述的“Π”形的中空壳体的横梁上设有发光二极管的透光孔 。
全文摘要
本发明是用于测量运动物体瞬时速度的双孔光电门。在其“∏”形的中空壳体的两脚上分别布置有两个红外光发射管和两个红外光接收管，它们之间保持1cm的距离。在中空壳体的内腔里有信号处理电路板、红外光接收电路板、红外光发射电路板。有用于与传感器或者与计算机连接传输数据的一个双层USB接口，还有一个显示传感器工作状态的发光二级管。其电子电路部分包含有红外光发射电路，红外光接收电路，信号数据处理电路。优点是使用双孔光电门，无须确定小球通过光电门时的挡光宽度，因为双孔光电门上的孔距是1cm，用这1cm除上时间，就可以得到瞬时速度，无需专业的辅助设备，即可方便得到实验数据。
文档编号G01P3/68GK103207286SQ20121000929
公开日2013年7月17日 申请日期2012年1月12日 优先权日2012年1月12日
发明者周彬, 杨磊 申请人:上海辰昊信息科技有限公司