专利名称：对射式激光检测器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及激光发射及接收装置，尤其涉及对射式激光检测器。
背景技术：
国内应用光电技术检测物体位置的产品较多，但大多为红外、CCD等方式， 检测距离近，抗干扰能力较差，可靠性不是很高，尤其在高温环境下应用受到很大 限制。本产品采用了调制式脉冲激光器，峰值功率大，平均功率小，既满足长距离 测试要求(500m)，又能保证激光安全等级(1级)，选用的904nm激光波长能 有效防止工业现场各种光谱干扰。水冷式结构可应用于较高温度场合，尤其适用于 冶金行业等领域。
发明内容
本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种结构紧 凑，简洁实用的对射式激光检测器。
本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现对射式激光检测器，其特征 在于，该检测器包括激光发射器、激光接收器，所述的激光发射器、激光接收器光 轴相对设置，所述的激光发射器包括双层不锈钢管I、前盖I、后盖I、发射器镜 头模组、发射器插座模组，所述的双层不锈钢管I包括外层不锈钢管I、内层不锈 钢管I ，所述的前盖I、后盖I分别将发射器镜头模组、发射器插座模组压紧在内 层不锈钢管I两端面上后，与外层不锈钢管I通过螺纹连接，所述的发射器镜头模 组与发射器插座模组连接；所述的激光接收器包括双层不锈钢管II、前盖II、后盖 II、接收器镜头模组、接收器插座模组，所述的双层不锈钢管II包括外层不锈钢管
n、内层不锈钢管n，所述的前盖n、后盖n分别将发射器镜头模组、发射器插座 模组压紧在内层不锈钢管n两端面上后，与外层不锈钢管n通过螺纹连接，所述的 接收器镜头模组与接收器插座模组连接。所述的外层不锈钢管I 、外层不锈钢管II上下分别设有两接口，以向双层不锈 钢管I、双层不锈钢管II的夹层导入冷却水或汽。
所述的发射器镜头模组端面、发射器插座模组端面与内层不锈钢管I两端面之
间，接收器镜头模组端面、接收器插座模组端面与内层不锈钢管n两端面之间均设 有密封平垫圈。
所述的激光发射器还包括底座I、撑柱I、撑杆I，所述的底座I、撑柱I焊 接固定，所述的撑杆I与撑柱I通过螺栓固定，所述的撑杆I与双层不锈钢管I底 部通过螺栓固定；所述的激光接收器还包括底座n、撑柱n、撑杆n，所述的底座 n、撑柱ii焊接固定，所述的撑杆ii与撑柱n通过螺栓固定，所述的撑杆n与双层 不锈钢管n底部通过螺栓固定。
所述的激光发射器发射的激光波长为905nm。所述的发射器镜头模组包括电源及保护模块I 、频率调制模块、激光驱动发射
模块，所述的电源及保护模块I、频率调制模块、激光驱动发射模块依次串联；所 述的接收器镜头模组包括电源及保护模块II、频率解调锁频模块、激光接收模块， 所述的电源及保护模块II、频率解调锁频模块、激光接收模块依次串联。
所述的电源及保护模块I 、电源及保护模块II均包括防反及高压过流保护模 块、转压模块、转高压模块，所述的防反及高压过流保护模块、转压模块、转高压 模块依次串联。
所述的频率调制模块包括方波发生电路、信号驱动电路，所述的方波发生电路 与信号驱动电路连接;所述的频率解调锁频模块包括频率解调电路、信号调整电路， 该信号调整电路与频率解调电路连接。
所述的激光驱动发射模块包括激光驱动电路、激光管保护电路、激光管，所述 的激光驱动电路、激光管保护电路、激光管依次串联；所述的激光接收模块包括信 号整形电路、信号放大电路、光敏管，所述的光敏管、信号放大电路、信号整形电 路依次串联；所述的激光管与光敏管光轴相对设置。
与现有技术相比，本实用新型利用激光发射和接收，实现物体位置检测和控制， 采用905nm激光，检测距离可达500米，能穿透水雾和火焰，同时发射功率符合 安全标准，为AEL l类激光产品，抗震性好；产品用途广泛，可应用于冶金行业 的冷热金属检测和炉内料位控制、地铁和列车车门安全控制、车辆超高检测、防盗 安全检测等领域，市场大，应用前景非常广泛。

图1是本实用新型的激光发射器的整机爆炸图2是本实用新型的激光发射器的发射器镜头模组的爆炸图3是本实用新型的激光发射器的发射器插座模组的爆炸图4是本实用新型的激光接收器的整机爆炸图5是本实用新型的激光接收器的接收器镜头模组的爆炸图6是本实用新型的激光接收器的接收器插座模组的爆炸图7是本实用新型的焊接底座及撑柱示意图8是本实用新型的双层不锈钢管的中轴面剖面图9是图8的A部分的局部放大图10是本实用新型的激光发射器的发射器镜头模组的电路原理示意图;
图11是本实用新型的激光接收器的接收器镜头模组的电路原理示意图;
图12是图10及图11中电源及保护模块的电路原理示意图13是图10中频率调制模块的电路原理示意图14是图10中激光驱动发射模块的电路原理示意图15是图11中频率解调锁制模块的电路原理示意图16是图11中激光接收模块的电路原理示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本实用新型做进一步说明。
如图1 图9所示，对射式激光检测器，该检测器包括激光发射器、激光接收 器，所述的激光发射器、激光接收器光轴相对设置，所述的激光发射器包括双层不 锈钢管I 40、前盖I 10、后盖I 10、发射器镜头模组110、发射器插座模组120， 所述的双层不锈钢管I包括外层不锈钢管I 41、内层不锈钢管I 42，所述的前盖I 10、后盖I 10分别将发射器镜头模组110、发射器插座模组120压紧在内层不锈钢 管I 42两端面上后，与外层不锈钢管I 41通过螺纹连接，所述的发射器镜头模组 110与发射器插座模组120连接；所述的激光接收器包括双层不锈钢管I140、前盖 II10、后盖IIIO、接收器镜头模组20、接收器插座模组40，所述的双层不锈钢管 1140包括外层不锈钢管1141、内层不锈钢管I142，所述的前盖IIIO、后盖II10分别将发射器镜头模组20、发射器插座模组50压紧在内层不锈钢管II42两端面上后， 与外层不锈钢管I141通过螺纹连接，所述的接收器镜头模组20与接收器插座模组 50连接。
所述的外层不锈钢管I 41、外层不锈钢管I141上下分别设有两接口 44，以向 双层不锈钢管I 40、双层不锈钢管I140的夹层导入冷却水或汽。
所述的发射器镜头模组110端面、发射器插座模组120端面与内层不锈钢管I 42两端面之间，接收器镜头模组20端面、接收器插座模组30端面与内层不锈钢 管1142两端面之间均设有密封平垫圈30。
所述的激光发射器还包括底座I61、撑柱162、撑杆190，所述的底座I61、 撑柱I 62悍接固定为固定底座60，所述的撑杆I 90与撑柱I 62通过螺栓80、螺 母70固定，所述的撑杆I与双层不锈钢管I底部通过螺栓100、螺母70固定；所 述的激光接收器还包括底座I161、撑柱1162、撑杆1190，所述的底座I161、撑柱II 62焊接固定为固定底座60，所述的撑杆II90与撑柱II62通过螺栓80、螺母70固 定，所述的撑杆II与双层不锈钢管II底部通过螺栓IOO、螺母70固定。
所述的激光发射器发射的激光波长为905nm。
本检测器通过一对激光发射及接收装置(本说明中称之为激光发射器及激光接 收器)实现相关功能，具体实施方式
如下-
通过焊接构成一种双层不锈钢管的冷却式装置，参照图8,外层不锈钢管的上下 两管接头可分导入/导出冷却水或汽，对夹层部位实施冷却。外层不锈钢管两端有 螺纹与后盖10配合，参照图1及图4，通过螺纹锁紧，两端的后盖分别将接收器 镜头模组(或发射器镜头模组)与接受器插座模组(或发射器插座模组)压紧在内 层不锈钢管端面上，模组端面与内层不锈钢管端面间配有密封平垫圈，通过压力实 现密封。
整机安装步骤首先分别将接收器及发射器之镜头和插座模组装配好，然后沿 不锈钢管两端分别套入，并旋紧后盖锁固，最后装入焊接底座中。
参照图2，将发射器镜头单元113旋入发射器座112中，利用螺纹配合进行固 定，再用两个螺钉115将发射器电路板l(编号为114)固定在发射器镜头单元113 上，最后用密封粘胶将发射器防护玻璃111固定到发射器座112预设的槽中。
参照图3，首先将两个发光二极管505插入发射器电路板2 (编号为1201)对 应的孔中并焊好，然后将两个铜隔离柱503通过螺纹锁紧在发射器插座盖1202对应的螺孔中，再用两个螺钉501将发射器电路板2 (编号为1201)固定在对应的铜 隔离柱503上，最后将插座510旋入发射器插座盖1202对应的螺孔中并与发射器 电路板2 (编号为1201)连接好。[附注模组装配前准备工作发射器插座盖1202 表面两个通孔中灌入适量透明硅胶形成两盲孔，以便两个发光二极管505的光可以 导通，即利用透明硅胶同时兼备导光与密封作用]
参照图5，将接收器镜头单元23旋入接收器座22中，利用螺纹配合进行固定， 再将3个铜隔离柱24锁紧在接收器镜头单元对应的螺孔中，然后用螺钉26将接收 器电路板25固定，最后用密封胶将接收器防护玻璃21固定到接收器座22预设的 槽中。
参照图6，首先将三个发光二极管505插入接收器电路板1 (编号为504)对 应的孔中并焊好，并将两个电位器507插入接收器电路板1 (编号为504)对应的 槽中且焊好，将两个密封垫508套入到电位器507的轴颈，然后将两个铜隔离柱 506通过螺纹锁紧在接收器插座盖509对应的螺孔中，铜隔离柱503兼做螺钉使用， 其与铜隔离柱506配合而将接收器电路板1 (编号为504)锁紧，再用两个螺钉501 将接收器电路板3 (编号为502)锁紧在铜隔离柱503上；将两个电位器平垫511 放入接收器插座盖509对应的圆槽中，再用两个螺母512通过螺纹锁紧平垫511， 并将电位器507固定，最后将插座510旋入接收器插座盖509对应的孔中并与接收 器电路板1 (编号为504)连接好。[附注模组装配前准备工作接收器插座盖 509表面的三个通孔中灌入适量透明硅胶形成三个盲孔，以便三个发光二极管505 的光可以导通，即利用透明硅胶同时兼备导光与密封作用〗
参照图7，底座61和撑柱62通过焊接连成一体，如图1及图4所示，撑杆90 下端装入撑柱62中，利用螺栓80及螺母70锁固，撑杆上部平面与双层不锈钢管 的支撑板45通过螺栓100及六角螺母70锁固，由于撑杆可上下移动并旋转，从而 保证接收器及发射器进行方位的调整。外层不锈钢管与内层不锈钢管焊接焊接密封 43。
本实用新型装置结构紧凑，简洁实用。
整套产品包括发射器和接收器两部分，结构上相互分离，安装时光轴相对。发 射器发出的光线直接进入接收器，当被检测物体经过发射器和接收器之间且阻断光 线时，接收器发出报警信号，继电器动作。
本产品所使用的激光波长为905nm，属于近红外激光。与其他波长的激光相比，卯5nm的红外线对人体皮肤细胞膜损害较小，安全性较高。
本产品所发射的激光为重复的脉冲光，频率为1K，每个光脉冲的宽度严格控 制，脉宽在10ns (纳秒)级，占空比为十万分之一。所以虽然使用了较大功率的 激光管，但平均激光功率很低，低于国家标准(GB7247)及国际电工委员会标准 (正C 60825)所制定的MPE标准(最大允许照射量(MPE):正常情况下人体受到激 光照射不会产生不良后果的激光辐射水平。MPE水平指眼或皮肤受到照射后即刻 或长时间后无损伤发生的最大照射水平，它与辐射波长、脉宽或照射时间、处于危 险状态的生物组织以及暴露在400nm-1400nm的可见和近红外辐射中的视网膜成 像的大小等有关)。而使用大功率(5W)的激光管保证了较远的探测距离(可达 500m)。
发射器部分包括电源及保护模块、频率调制模块、激光驱动发射模块。如图 IO所示。
接收器部分包括电源及保护模块、激光接收模块、频率解调模块。如图ll所示。
发射器与接收器部分的电源及保护模块相同，包括电源输入防反及高压过流保 护模块、转压模块(24V转5V系统，因内部芯片多使用5V供电)、转高压模块 (5V转高压模块，激光发射及接收部分使用高压)，如图12所示。
发射器部分的频率调制模块用于产生固定频率的振荡方波信号，本产品使用 lKHz，包括方波发生电路及信号驱动电路，如图13所示。
发射器部分的激光驱动发射模块用于在输入方波信号的触发下驱动激光管发 射激光脉冲信号。包括激光驱动电路、激光管及激光管保护电路。如图14所示。 驱动管在输入方波信号的触发下产生高压脉冲信号，激光管保护电路用于保护激光 管，防止其两端所加的电压过高或通过的电流过大。
接收器部分的频率解调模块用于接收固定频率的信号，当接收模块所接收到的 信号频率为预定的频率(1K)时，则输出锁频成功信号。由信号调正电路、锁频 电路。如图15所示。
接收器部分的激光接收模块用于接收发射模块所发射的激光信号，包括光敏管 电路、信号放大电路、信号整形电路。如图16所示。光敏管将接收到的光信号转 化为电信号，并由信号放大电路进行放大，而后由整形电路调理为方波信号。
发射器部分的频率调制模块是用音频调制解调芯片567及外围电路产生lKHz的方波信号。并由驱动芯片EL7104驱动，提高了输出频率信号的负载能力。
发射器部分的激光驱动发射模块，采用雪崩管FMMT413，利用其雪崩产生大
电流的窄脉冲信号来驱动激光管SPL PL90。
接收器部分的激光接收模块首先使用高速信号放打器将光敏管输出的电信号
放大然后使用高速电压比较器将信号整形为方波信号。
接收器部分的频率解调模块首先采用D触发器NL17SZ74将输入信号转化为
占空比50%的方波信号，然后送到音频调制解调芯片LMC567CM的输入脚，
LMC567CM的震荡频率有外围电路设计为1K。
权利要求1.对射式激光检测器，其特征在于，该检测器包括激光发射器、激光接收器，所述的激光发射器、激光接收器光轴相对设置，所述的激光发射器包括双层不锈钢管I、前盖I、后盖I、发射器镜头模组、发射器插座模组，所述的双层不锈钢管I包括外层不锈钢管I、内层不锈钢管I，所述的前盖I、后盖I分别将发射器镜头模组、发射器插座模组压紧在内层不锈钢管I两端面上后，与外层不锈钢管I通过螺纹连接，所述的发射器镜头模组与发射器插座模组连接；所述的激光接收器包括双层不锈钢管II、前盖II、后盖II、接收器镜头模组、接收器插座模组，所述的双层不锈钢管II包括外层不锈钢管II、内层不锈钢管II，所述的前盖II、后盖II分别将发射器镜头模组、发射器插座模组压紧在内层不锈钢管II两端面上后，与外层不锈钢管II通过螺纹连接，所述的接收器镜头模组与接收器插座模组连接。
2. 根据权利要求i所述的对射式激光检测器，其特征在于，所述的外层不锈 钢管i、外层不锈钢管n上下分别设有两接口，以向双层不锈钢管i、双层不锈钢 管n的夹层导入冷却水或汽。
3. 根据权利要求i所述的对射式激光检测器，其特征在于，所述的发射器镜 头模组端面、发射器插座模组端面与内层不锈钢管i两端面之间，接收器镜头模组 端面、接收器插座模组端面与内层不锈钢管n两端面之间均设有密封平垫圈。
4. 根据权利要求i所述的对射式激光检测器，其特征在于，所述的激光发射 器还包括底座i、撑柱i、撑杆i，所述的底座i、撑柱i焊接固定，所述的撑杆i与撑柱i通过螺栓固定，所述的撑杆i与双层不锈钢管i底部通过螺栓固定；所 述的激光接收器还包括底座n、撑柱n、撑杆n，所述的底座n、撑柱n焊接固定， 所述的撑杆n与撑柱n通过螺栓固定，所述的撑杆ii与双层不锈钢管n底部通过螺 栓固定。
5. 根据权利要求i所述的对射式激光检测器，其特征在于，所述的激光发射器发射的激光波长为905nm。
6. 根据权利要求1所述的对射式激光检测器，其特征在于，所述的发射器镜 头模组包括电源及保护模块I、频率调制模块、激光驱动发射模块，所述的电源及 保护模块I、频率调制模块、激光驱动发射模块依次串联；所述的接收器镜头模组包括电源及保护模块II、频率解调锁频模块、激光接收模块，所述的电源及保护模块n、频率解调锁频模块、激光接收模块依次串联。
7. 根据权利要求6所述的对射式激光检测器，其特征在于，所述的电源及保护模块i 、电源及保护模块n均包括防反及高压过流保护模块、转压模块、转高压 模块，所述的防反及高压过流保护模块、转压模块、转高压模块依次串联。
8. 根据权利要求6所述的对射式激光检测器，其特征在于，所述的频率调制模块包括方波发生电路、信号驱动电路，所述的方波发生电路与信号驱动电路连接；所述的频率解调锁频模块包括频率解调电路、信号调整电路，该信号调整电路与频 率解调电路连接。
9. 根据权利要求6所述的对射式激光检测器，其特征在于，所述的激光驱动发射模块包括激光驱动电路、激光管保护电路、激光管，所述的激光驱动电路、激光管保护电路、激光管依次串联；所述的激光接收模块包括信号整形电路、信号放 大电路、光敏管，所述的光敏管、信号放大电路、信号整形电路依次串联；所述的 激光管与光敏管光轴相对设置。
专利摘要本实用新型涉及对射式激光检测器，该检测器包括激光发射器、激光接收器，所述的激光发射器、激光接收器光轴相对设置，所述的激光发射器包括双层不锈钢管I、前盖I、后盖I、发射器镜头模组、发射器插座模组；所述的激光接收器包括双层不锈钢管II、前盖II、后盖II、接收器镜头模组、接收器插座模组。本实用新型利用激光发射和接收，实现物体位置检测和控制，采用905nm激光，检测距离可达500米，能穿透水雾和火焰，同时发射功率符合安全标准，为AEL 1类激光产品，抗震性好；产品用途广泛，可应用于冶金行业的冷热金属检测和炉内料位控制、地铁和列车车门安全控制、车辆超高检测、防盗安全检测等领域，市场大，应用前景非常广泛。
文档编号G01D5/34GK201392206SQ20092006954
公开日2010年1月27日 申请日期2009年3月27日 优先权日2009年3月27日
发明者智 王 申请人:上海派恩科技有限公司