检测监测区域中的物体的根据飞行时间原理的光学传感器制造技术

本发明专利技术涉及用于检测监测区域中的物体的根据飞行时间原理的光学传感器，包括用于将第一光脉冲发射到监测区域中的第一发射器、用于检测由监测区域中的待检测的第一物体反射的第一光脉冲的第一接收器、用于将第二光脉冲发射到监测区域中的第二发射器、用于检测由监测区域中的第一物体或另一物体反射的第二光脉冲的第二接收器、以及控制和评估单元，该控制和评估单元被设计为用于控制第一发射器并且评估由第一接收器检测到的第一光脉冲以及控制第二发射器并且评估由第二接收器检测到的第二光脉冲，特征在于：在第一发射器和第二接收器之间形成第一光学参考路径，在第二发射器和第一接收器之间形成第二光学参考路径；所述控制和评估单元被设计为用于触发第一发射器以发射在第一光学参考路径上到达第二接收器的第一测试光脉冲，并且在第一时间偏移之后激活第二接收器，第一时间偏移对应于第一测试光脉冲在第一光学参考路径上的飞行时间，和/或用于触发第二发射器以发射在第二光学参考路径上到达第一接收器的第二测试光脉冲，并且在第二时间偏移之后激活第一接收器，第二时间偏移对应于第二测试光脉冲在第二光学参考路径上的飞行时间，并且用于评估由第二接收器检测到的第一测试光脉冲和/或由第一接收器检测到的第二测试光脉冲。的第二测试光脉冲。的第二测试光脉冲。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】检测监测区域中的物体的根据飞行时间原理的光学传感器


[0001]根据权利要求1的前序部分，本专利技术涉及一种用于检测监测区域中的物体的根据飞行时间原理的光学传感器。

技术介绍

[0002]例如根据DE102014115260B3已知一种普通的光学传感器，其具有以下部件：用于将第一光脉冲发射到监测区域中的第一发射器，用于检测由监测区域中的待检测的第一物体辐射回的第一光脉冲的第一接收器，用于将第二光脉冲发射到监测区域中的第二发射器，用于检测由第一物体或由监测区域中的另一物体辐射回的第二光脉冲的第二接收器，至少一个控制和评估单元，其被设计为控制第一发射器并评估由第一接收器检测到的第一光脉冲，以及控制第二发射器并评估由第二接收器检测到的第二光脉冲。
[0003]原理上还已知的是用于实现PL
‑
d(性能级别D)的安全扫描器。在这种情况下，安全概念基本上基于通过使用内部参考路径进行测试的单通道测量系统。由于内部参考元件，保护场角通常小于360度，并且经常甚至小于270度。这种单通道安全扫描器不适合于其中需要PL
‑
e(性能级别E)的应用。由于有限的保护场角，这些安全扫描器类似地不适于同时导航。
[0004]根据DE202012103344U1和DE202012010014U1已知其中采取了步骤以增强安全性的其它光学传感器。
[0005]例如，在EP2927711B1中，描述了具有旋转测试光发射器和内部参考系统的激光扫描器。利用测试光发射器，可以测试接收器，其中从测试光发射器到接收器的光路完全在激光扫描器的内部行进。
[0006]在US5793491中进一步描述了用于交通监测领域中的应用的一般传感器。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的可以看作是提供一种上述类型的光学传感器，其中可以特别有效地执行测量和测试操作。
[0008]这个目的通过具有权利要求1的特征的光学传感器来实现。
[0009]下面，特别是参考从属权利要求和附图，将说明根据本专利技术的光学传感器的有利实施例。
[0010]根据本专利技术，上述类型的光学传感器已经被改进，其中在第一发射器和第二接收器之间，特别地在内部，形成第一光学参考路径，在第二发射器和第一接收器之间，特别地在内部，形成第二光学参考路径，至少一个控制和评估单元被设计用于触发第一发射器以发射在第一光学参考路径上到达第二接收器的第一测试光脉冲，并且在第一时间偏移之后，特别是在最后，激活第二接收器，所述第一时间偏移对应于第一测试光脉冲在第一光学参考路径上的飞行时间，和/或用于触发第二发射器以发射在第二光学参考路径上到达第一接收器的第二测试光脉冲，并且在第二时间偏移之后，特别是在最后，激活第一接收器，
所述第二时间偏移对应于第二测试光脉冲在第二光学参考路径上的飞行时间，并且用于评估由第二接收器检测到的第一测试光脉冲和/或由第一接收器检测到的第二测试光脉冲。
[0011]原则上，第二接收器可以在发射第一测试光脉冲时(或者在此之前)已经被激活，并且第一接收器可以在发射第二测试光脉冲时(或者在此之前)已经被激活。关键在于，第二接收器在第一测试光脉冲击中它时是激活的，并且第一接收器在第二测试光脉冲击中它时是激活的。
[0012]可以认为是本专利技术的核心思想是，在具有双通道结构的激光扫描器中，在每种情况下，通过参考路径，第一通道的发射器连接到第二通道的接收器，第二通道的发射器连接到第一通道的接收器。
[0013]本专利技术的第一个重要优点在于，所提供的发射器和接收器各自执行双重功能，即测量和测试。这意味着不必另外具有专门用于测试的可用部件。因此，本专利技术特别有效地使用存在的部件。
[0014]在根据飞行时间原理的光学传感器中，光脉冲被发射到监测区域中，并且由位于那里的物体在光学传感器的方向上辐射回到接收器。然后，根据在光脉冲的发射时间与由监测区域中的物体辐射回的光脉冲的接收时间之间的测量的时间差，通过使用光速以已知方式来计算所讨论的物体与传感器的距离。
[0015]所使用的发射器大多是半导体元件，例如发光二极管和/或激光二极管，其在可见光范围内或在红外光范围内发射。所使用的接收器通常是光电二极管或APD。这些部件及其用途本身是已知的。
[0016]所使用的控制和评估单元大多是微控制器、FPGA或类似的部件。原则上，用于控制两个发射器和两个接收器并读取两个接收器的控制和评估单元就足够了。然而，也可以存在第一和第二控制和评估单元，其中第一控制和评估单元控制第一发射器和第一接收器并读取第一接收器，并且第二控制和评估单元控制第二发射器和第二接收器并读取第二接收器。
[0017]第一参考路径和第二参考路径的作用是通过它们在第一发射器和第二接收器之间以及在第二发射器和第一接收器之间提供限定的光学路径和限定的光学传输。第一参考路径和/或第二参考路径原则上可以延伸通过空气。在根据本专利技术的光学传感器的特别优选的变型中，第一参考路径和/或第二参考路径由光导体形成，特别是由光纤形成，特别是布置在壳体中。所述参考路径的光学特性可以保持非常恒定，使得在测试测量时它们是已知的，也就是说它们是可参考的并且不能代表误差源。
[0018]由第二接收器测量的第一测试光脉冲和/或由第一接收器测量的第二测试光脉冲由控制和评估单元或由相应的控制和评估单元评估。根据这些评估，可以输出某些信号，例如经由误差函数或发射器和/或接收器的降级。
[0019]原则上，测试光脉冲的各个测量已经可以提供关于光学传感器的状态的有价值的信息，特别是发射器和接收器的状态。然而，特别有利的是，所述控制和评估单元或者多个控制和评估单元被设计用于在多个扫描周期上确定所述测试光脉冲。特别优选地，对在多个扫描周期上确定或测量的测试光脉冲进行平均。这允许获得关于发射器和接收器的状态的更精确的信息，特别是关于逐渐变化和在较长时间段上发生的变化的。
[0020]原则上，第一和第二时间偏移可以大于光脉冲从第一或第二发射器到被监测区域
中的物体并回到第一或第二接收器的飞行时间。这是具有在光学方面相对较长的参考路径、并且所述参考路径可以例如通过对应的长玻璃纤维来实现的情况。然而，特别优选地，第一时间偏移小于光脉冲从第二发射器到监测区域中的物体并回到第二接收器的飞行时间，和/或第二时间偏移小于光脉冲从第一发射器到监测区域中的物体并回到第一接收器的飞行时间。这可以通过对应的短参考路径来实现，例如利用相对短的玻璃纤维。
[0021]根据本专利技术的光学传感器便于多种操作模式。例如，如果测试操作明显地与测量操作分开，则可以优选的是，控制和评估单元被设计成：如果第一发射器发射测试光脉冲则停用第一接收器，特别是停用一段特定的持续时间，和/或如果第二发射器发射测试光脉冲则停用第二接收器，特别是停用一段特定的持续时间。如果确保来自第一发射器的光脉冲不能经由监测区域和存在于监测区域的物体到达第二接收器，并且来自第二发射器的光脉冲不能经由监测区域和存在于监测区域的物体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于检测监测区域中的物体的根据飞行时间原理的光学传感器，具有：第一发射器(S1)，所述第一发射器(S1)用于将第一光脉冲(22；41)发射到所述监测区域中，第一接收器(E1)，所述第一接收器(E1)用于检测由所述监测区域(11)中的待检测的第一物体(10)辐射回的第一光脉冲(23；51)，第二发射器(S2)，所述第二发射器(S2)用于将第二光脉冲(32；61)发射到所述监测区域(11)中，第二接收器(E2)，所述第二接收器(E2)用于检测由所述第一物体(10)或所述监测区域(11)中的另一物体辐射回的第二光脉冲(33；71)，至少一个控制和评估单元(26，36)，所述至少一个控制和评估单元被设计用于：控制所述第一发射器(S1)并且评估由所述第一接收器(E1)检测的所述第一光脉冲(23；51)，以及控制所述第二发射器(S2)并且评估由所述第二接收器(E2)检测的所述第二光脉冲(33；71)，特征在于，在所述第一发射器(S1)与所述第二接收器(E2)之间，特别是在内部，形成第一光学参考路径(27)，在所述第二发射器(S2)和所述第一接收器(E1)之间，特别是在内部，形成第二光学参考路径(37)，所述至少一个控制和评估单元(26，36)被设计用于：
·
触发所述第一发射器(S1)以发射在所述第一光学参考路径(27)上到达所述第二接收器(E2)的第一测试光脉冲(42)，并且在第一时间偏移之后激活所述第二接收器(E2)，所述第一时间偏移对应于所述第一测试光脉冲(42)在所述第一光学参考路径(27)上的飞行时间，和/或
·
触发所述第二发射器(S2)以发射在所述第二光学参考路径(37)上到达所述第一接收器(E1)的第二测试光脉冲(63)，并且在第二时间偏移之后激活所述第一接收器(E1)，所述第二时间偏移对应于所述第二测试光脉冲(63)在所述第二光学参考路径上的飞行时间，以及
·
评估由所述第二接收器(E2)检测的所述第一测试光脉冲(42)和/或评估由所述第一接收器(E1)检测的所述第二测试光脉冲(63)。2.根据权利要求1所述的光学传感器，特征在于，所述第一参考路径(27)和/或所述第二参考路径(37)由光导体形成，特别是由光纤形成，特别是布置在壳体中。3.根据权利要求1或2所述的光学传感器，特征在于，所述控制和评估单元(26，36)被设计用于确定，特别是平均在多个扫描周期上的所测量的测试光脉冲(53，72；54，72)。4.根据权利要求1至3中的一项所述的光学传感器，
特征在于，所述第一时间偏移小于光脉冲从所述第二发射器(S2)到在所述监测区域(11)中的物体(10)并且回到所述第二接收器(E2)的飞行时间，和/或所述第二时间偏移小于光脉冲从所述第一发射器(S1)到在所述监测区域(11)中的物体(10)...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢茨，
申请(专利权)人：倍加福欧洲股份公司，
类型：发明
国别省市：