传感器、传感器的检测方法以及计算机可读存储介质与流程

1.本发明涉及传感器技术领域，具体地涉及一种传感器、传感器的检测方法以及计算机可读存储介质。


背景技术：

2.现有技术中，用于检测距离的通用传感器包括激光传感器、光纤传感器、光电传感器、红外传感器等。上述传感器的距离测量方法为向目标检测物体发射检测光信号，并接收反射回来的检测光信号，然后对检测光信号的参数进行分析计算以获得检测结果。具体地，传感器常用的检测方法有两种。
3.第一种方法是利用信号遇到障碍物距离的不同则反射的强度也不同的原理进行障碍物远近的检测，即通过目标检测物体反射的检测光信号的光强来计算距离值。但是，由于光信号的反射效果受反射面的材质、颜色等因素的影响较大，在传感器发射的光信号的强度相同的情况下，不同材质、不同颜色的物体反射的光信号的强度往往有着较大的差异，会对测量结果产生一定的影响。
4.第二种方法则是通过传感器发射检测光信号和接收返回的检测光信号之间的时间差值来计算距离值，能够有效地降低不同物体本身的光反射率对检测结果的影响。但是，使用上述方法时信号强度与时间差也不是在所有距离范围内都是线性的。如图1所示，当目标检测物200到传感器100的距离较近时，传感器100能够接收到的目标检测物200反射的检测光信号的光强就较大，且容易受到物体二次反射光的干扰或镜面的光串扰，容易产生误判；而当目标检测物200到传感器100的距离较远时，传感器100还可能会接收到非目标检测物300如高反射干扰物体等发射或反射的干扰光，非目标检测物300可能是其他光源或高反射干扰物体等，而且目标检测物200反射的检测光信号的光强会减小，传感器100接收到的信号就会减小甚至无法接收导反射的检测光信号，导致检测结果失准甚至检测失败。再则，由于测量空间内存在不同材料的反射光，接收到的信号强度不同，现有技术中经常出现近距离检测的检测结果计算值波动较大而远距离检测的测量精度较差，或出现各种错误检测等问题，使得整个传感器无法实现各个距离段的精准测量。


技术实现要素：

5.针对以上问题，本发明提供了一种传感器。本发明中提供的传感器，能够根据目标测量距离来调整检测光信号的发射强度以及距离值的计算判定方法以提高传感器针对不同距离目标段的检测精度和检测稳定性。
6.本发明的技术方案中，提供了一种传感器，包括：信号发射模块，用于发射光信号；信号接收模块，用于接收返回的光信号；控制模块，分别与信号发射模块和信号接收模块通信连接，基于光信号从由信号发射模块发射到由信号接收模块接收的时间差值，计算目标物距离；控制模块根据示教得到的目标物距离对应的距离范围，确定信号发射模块的发光强度以及距离输出判定算法。
7.根据本发明的技术方案，传感器对检测目标进行检测时，通过信号发射模块向检测目标发射光信号，再通过信号接收模块接收检测目标反射回来的光信号，根据发射光信号和接收光信号的时间差结合光信号的传播速度能够准确计算出检测目标到传感器之间的距离。在进行上述检测动作前，通过一次距离示教，计算传感器与目标物之间的距离并确认对应的距离测量范围，对应不同的检测距离范围设置有不同的发光强度，使得检测目标在不同距离进行检测时，目标检测物反射的检测光信号能够维持在一定区间内，以保证传感器每次距离检测的准确性，从而提高传感器整体的检测稳定性。再者，在上述精准距离检测的基础上，对应不同的检测距离范围采用不同的距离输出判定算法，使得根据距离检测结果的计算更加准确，从而进一步地提升传感器的检测性能。
8.本发明的技术方案中，传感器的距离范围包括近距离范围和远距离范围，近距离范围对应的发光强度小于远距离范围对应的发光强度。
9.根据本发明的技术方案，在信号发射模块的发光强度相同的情况下，目标检测物到传感器的距离越近，信号接收模块接收到的反射回来的光信号的光强就越大；目标检测物到传感器的距离越远，信号接收模块能够接收到的反射回来的光信号的光强就越小。传感器设置为近距离范围对应的测量模式时，对应的传感器的受光强度不会由于检测物体的反射率过高而导致受光饱和。远距离测量模式时，对应的受光强度不会由于检测物体的吸光性，粗糙度而导致受光过小而发生漏测、误测。通过距离测量模式的不同，调节发射光的发光强度，使处于近距离范围或处于远距离范围内的目标检测物反射回来的光信号的光强保持在一定区间内，以保证传感器每次距离检测的准确性，从而提高传感器整体的检测稳定性。
10.优选地，本发明的技术方案中，传感器中的信号发射模块通过调节发射的光信号的脉宽和/或周期，调节发光强度。通过脉宽和/或周期调节光强，控制精准操作方便。
11.本发明的技术方案中，传感器还包括输出模块，与控制模块通信连接，基于目标物距离是否属于目标距离区间而发出输出信号。
12.根据本发明的技术方案，输出模块能够直观地将传感器的检测结果实时反馈给用户。
13.优选地，本发明的技术方案中，上述目标距离区间的端点设置有应差变化率，在不同的距离范围内，端点对应的应差变化率不同。
14.根据本发明的技术方案，目标检测物处于不同的距离范围内时，光信号的传播路径、传播时间、反射光强不同，进而根据发射光信号和接收光信号的时间差进行检测结果计算的距离输出判定算法也不同。在不同的距离范围内采用不同的应差变化率，即根据不同的距离范围调整距离输出判定算法，有利于使距离检测结果的计算更加准确。
15.优选地，本发明的技术方案中，目标距离区间的端点设置有应差变化率，应差变化率随目标物距离增大而减小。
16.本发明的技术方案中，还提供了一种传感器的检测方法，包括示教步骤，发出示教信号，基于示教信号从由信号发射模块发射到由信号接收模块接收的时间差值，计算示教距离，根据示教距离对应的距离范围，确定并设置距离范围对应的发光强度以及距离输出判定算法；检测步骤，调整检测信号的光强为距离范围对应的发光强度，基于检测信号从由信号发射模块发射到由信号接收模块接收的时间差值以及距离输出判定算法，计算得到目
标物距离，进行on/off的输出判定。
17.根据本发明的技术方案，在上述的传感器的检测方法中，首先进行示教步骤，根据示教时目标检测物到传感器的距离所属的距离范围，将传感器的检测光信号的发光强度以及距离输出判定算法均调节至与该距离范围相匹配的状态，以保证传感器进行目标检测物实际检测时，接收到的检测光信号的光强处于稳定的范围内，同时根据光信号的距离计算得到的检测结果也能够更加准确，从而提高传感器针对不同距离目标的检测精度和检测稳定性。
18.优选地，本发明的技术方案中，检测方法中的距离范围包括近距离范围和远距离范围，近距离范围对应的发光强度小于远距离范围对应的发光强度。
19.根据本发明的技术方案，将传感器设置为近距离范围对应的发光强度小于远距离范围对应的发光强度，使处于近距离范围或处于远距离范围内的目标检测物反射回来的光信号的光强保持在一定区间内，以保证传感器每次距离检测的准确性，从而提高传感器整体的检测稳定性。
20.优选地，本发明的技术方案中，检测方法还包括输出步骤，基于检测步骤得到的目标物距离是否属于目标距离区间而发出输出信号；目标距离区间的端点设置有应差变化率，在不同的距离范围内，端点对应的应差变化率不同。
21.根据本发明的技术方案，在不同的距离范围内采用不同的应差变化率，即根据不同的距离范围调整距离输出判定算法，有利于使距离检测结果的计算更加准确。
22.本发明的技术方案中，还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如权利要求上述传感器的检测方法的步骤。
附图说明
23.图1是现有技术中的传感器的检测场景的示意图；
24.图2是本发明的实施方式中提供的一种传感器的结构框图；
25.图3是本发明的实施方式中提供的传感器的一种示教情景的示意图；
26.图4(a)是现有技术中传感器近距离的光信号强度的示意图；
27.图4(b)是现有技术中传感器远距离的光信号强度的示意图；
28.图5(a)是本发明的实施方式中提供的传感器近距离下的光信号强度达到适当区间的示意图；
29.图5(b)是本发明的实施方式中提供的传感器远距离下的光信号强度达到适当区间的示意图；
30.图6是本发明的实施方式中提供的传感器的一种示教情景的示意图；
31.图7是本发明的实施方式中提供的传感器的应差变化率的示意图。
32.附图标记说明：100-传感器，200-目标检测物，300-非目标检测物，1-传感器，2-信号发射模块，3-信号接收模块，4-控制模块，5-输出模块。
具体实施方式
33.下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清
楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明的保护范围。
34.图2是本发明的实施方式中提供的一种传感器的结构框图。
35.如图2所示，在本发明的实施方式中，提供了一种传感器1，传感器1包括：信号发射模块2，用于发射光信号，与控制模块4通信连接；信号接收模块3，用于接收返回的光信号，与控制模块4通信连接。
36.具体地，本实施方式中的传感器1对检测目标进行检测时，通过信号发射模块2向检测目标发射光信号，再通过信号接收模块3接收检测目标反射回来的光信号，根据光信号的发射时间和接收时间之间的时间差值结合光信号的传播速度能够准确计算出检测目标到传感器1之间的距离值。
37.控制模块4，分别与信号发射模块2和信号接收模块3通信连接，基于光信号从由信号发射模块2发射到由信号接收模块3接收的时间差值，计算目标物到传感器1的距离；控制模块4能够根据示教得到的目标物距离对应的距离范围，确定信号发射模块2的发光强度以及选择对目标检测物测量的距离判定算法。
38.在本发明的实施方式中，传感器1的检测方法包括示教步骤和检测步骤。
39.图3是本发明的实施方式中提供的传感器的一种示教情景的示意图。
40.如图3所示，在本发明的实施方式中传感器1在进行示教时，可进行多次示教动作，即信号发射模块2向目标检测物(待检产品)发射光信号(即示教信号)，再通过信号接收模块3接收目标检测物反射回来的光信号，控制模块4基于示教信号从由信号发射模块2发射到由信号接收模块3接收的时间差值，计算得到示教距离d0。其中，传感器1是根据光信号的传播时间和传播速度来进行距离计算的，但实际应用中，反射的光信号的强度过强时，信号接收模块3接收到的信号过于饱和，可能无法将其转换为相应的电信号；反射的光信号的强度过弱时，信号接收模块3又很可能无法接收到该信号，因此需要使信号接收模块3接收到的光强维持在一定的有效区间内，来保证信号接收模块3每次都能够接收到有效且稳定的光信号以进行数据转换。
41.图4(a)是现有技术中传感器近距离的光信号强度的示意图，图4(b)是现有技术中传感器远距离的光信号强度的示意图。
42.如图4(a)和图4(b)所示，用24个pin的直方图表示一次测量测距的数据，取每次测量时目标检测物反射回来的光信号为最大的3个pin的数据作为检测数据，且信号接收模块3中接收光信号的适宜的受光强度区间为i
1-i2，受光强度大于i2属于信号饱和区间，受光强度小于i1属于信号不足区间。
43.参考图4(a)，若信号发射模块2向目标检测物(待检产品)发射的光信号的发光强度i0始终保持固定不变的光功率强度，且目标检测物到传感器1的距离较近，即示教距离d0属于近距离范围(0.05m-1m)时，在相对较近的距离段测量的光信号的强度会偏大，可能超出适宜的受光强度区间i
1-i2，大于i2即属于信号饱和区间；参考图4(b)，而当目标检测物到传感器1的距离较远，即示教距离d0属于远距离范围(1m-3m)时，在相对较远的距离段测量的光信号的强度会偏小，可能未达到适宜的受光强度区间i
1-i2，小于i1即属于信号不足区间；两者均会导致由光信号转换的数值不呈现随距离变远的线性比例关系，也会导致错误
数据的增多。综上可知，若信号发射模块2向目标检测物(待检产品)发射的光信号的发光强度i0始终不变，在目标检测物到传感器1的距离较近或较远时均无法使信号接收模块3接收到的光信号强度保持在适宜的受光强度区间(i
1-i2)之间，其检测效果并不理想。
44.图5(a)是本发明的实施方式中提供的传感器近距离下的光信号强度达到适当区间的示意图，图5(b)是本发明的实施方式中提供的传感器远距离下的光信号强度达到适当区间的示意图。
45.在本发明的实施方式中，将目标检测物到传感器1的距离范围分为近距离范围(0.05m-1m)和远距离范围(1m-3.3m)，小于0.05m或大于3.3m判定为不可测量区域。不同距离范围内的，脉冲投光的发光强度不同。其中，近距离范围对应的发光强度小于远距离范围对应的发光强度。如图5(a)所示，示教距离d0属于近距离范围时，使信号发射模块2向目标检测物(待检产品)发射的光信号的发光强度降低至i
01
且i
01
＜i0，使得信号接收模块3接收到的反射回来的光信号的强度降低至适宜的受光强度区间i
1-i2之间；如图5(b)所示，示教距离d0属于远距离范围时，使1m-3.3m范围内的任意距离处信号发射模块2向目标检测物(待检产品)发射的光信号的发光强度升高至i
02
且i
02
＞i0，使得信号接收模块3接收到的反射回来的光信号的强度升高至适宜的受光强度区间i
1-i2之间。
46.在本发明的实施方式中，通过上述近距离范围和远距离范围的划分，并分别设置近距离范围和远距离范围对应的光信号强度即发光强度，无论目标检测物到传感器1的距离较近或较远，信号接收模块3接收到的光信号强度始终能够保持在适宜的受光强度区间(i
1-i2)之间，从而减少错误数据而导致的误检测，以提高传感器1的检测稳定性。
47.值得一提的是，在本发明的实施方式中，上述近距离范围和远距离范围的具体数值、划分方式、以及分别对应的发光强度等值均可以根据检测目标和检测精度的要求进行调整，并不限于上述参考数据。
48.进一步地，在本发明的实施方式中，传感器1中的信号发射模块2通过调节发射的光信号的脉宽和/或周期，调节发光强度。其中，通过脉宽和/或周期调节发光强度的方法，控制精准操作方便。
49.在本发明的实施方式中，传感器1还包括输出模块5，与控制模块4通信连接，基于目标物距离d是否属于目标距离区间而发出输出信号，例如，目标检测on的距离区间为(0，0.5]，当目标物距离为0.3m时，输出信号为on；当目标物距离为1m时，输出信号为off；通过输出模块5能够直观地将传感器1的检测结果实时反馈给用户。
50.图6是本发明的实施方式中提供的传感器的一种示教情景的示意图。
51.如图6所示，在本发明的实施方式中的传感器1在进行示教时，控制模块4基于示教信号从由信号发射模块2发射到由信号接收模块3接收的时间差值计算得到示教距离d0后，判断示教距离d0所属的距离范围。在本实施方式中，以图6中d1＝0.05m，d2＝0.5m，d3＝3.3m为例，将距离范围分为第一距离范围d
1-d2(0.05m-0.5m)以及第二距离范围d
2-d3(0.5m-3.3m)，根据示教距离d0属于第一距离范围(0.05m-0.5m)或第二距离范围(0.5m-3.3m)，选择第一算法或第二算法。其中，第一算法适用于近距离稳定检测，第二算法适用于远距离精确检测。
52.优选地，在本发明的实施方式中，上述目标距离区间的端点设置有应差变化率，在不同的距离范围内，端点对应的应差变化率不同。其中，应差变化率a％为输出信号从on到
off的距离差值与on点距离值的比值。其主要目的为保留输出on/off的缓存区间，避免在临界距离on/off交替输出的错误检测。
53.图7是本发明的实施方式中提供的传感器的应差变化率的示意图。
54.如图7所示，在本发明的实施方式中，应差变化率a％随目标物距离d增大而减小，使得传感器1对于设置于不同距离的目标检测物的检测均能够在保证其检测的稳定性的同时，提高其检测计算的精准度。
55.在本发明的实施方式中，在上述的传感器1的检测方法中，首先进行示教步骤，根据示教时目标检测物到传感器1的距离所属的距离范围，将传感器1的检测光信号的发光强度以及距离输出判定算法均调节至与该距离范围相匹配的状态。
56.例如，在第一距离范围d
1-d2(0.05m-0.5m)对应的应差变化率在x％-y％，即其应差变化率设置为随示教距离变化的15％-3.5％。第一目标测量距离区间为(0.05m，0.5m)，其on端点为0.5m，off端点为0.5175m，则输出信号从on到off的距离差值为0.5175m-0.5m＝0.0175m左右，应差变化率等于3.5％；第二目标测量距离区间为(0.05m，0.3m)，其端点为on端点为0.3m，off端点为0.3165m，则输出信号从on到off的距离差值为0.3165m-0.3m＝0.0165m左右，应差变化率等于5.5％。
57.对于目标检测物到传感器1的距离较近的第一距离范围(0.05m-0.5m)，由于近距离的光信号反射时间差较短且波动较大，为了保证其检测的稳定性，应差范围的变化率设定较大。并随距离逐渐变远而应差变化率呈曲线下降趋势。
58.同样例如在第二距离范围d
2-d3(0.5m-3.3m)对应的应差变化率在y％-z％，即其应差变化率设置为随示教距离变化的3.5％-2.5％。第三目标距离区间为(0.05m，3.3m)，其端点为on端点为3.3m，off端点为3.3825m，则输出信号从on到off的距离差值为3.3825m-3.3m＝0.0825m，应差变化率等于2.5％；第四目标距离区间为(0.05m，2m)，其端点为on端点为2m，off端点为2.06m，则输出信号从on到off的距离差值为2.06m-2m＝0.06m，应差变化率等于3％。
59.对于目标检测物到传感器1的距离较远的第二距离范围(0.5-3.3m)，由于长距离的光信号反射时间差较长且波动比例较小，可将应差变化率的变化率设定较小，以提高远距离检测的准确性。
60.综上，在不同的距离范围内采用不同的应差变化率，即根据不同的距离范围调整距离输出判定算法，有利于使距离检测结果的计算更加准确。
61.同样地，上述用于选择应差变化率的第一距离范围和第二距离范围的具体数值、划分方式、以及分别对应的应差变化率的具体数值等值均可以根据检测目标和检测精度的要求进行调整，并不限于上述参考数据。
62.进一步地，在本发明的实施方式中，目标检测物处于不同的距离范围内时，受到检测物体，测量环境影响光信号的传播路径、传播时间、反射光强不同，进而根据发射光信号和接收光信号的时间差进行检测结果计算的距离计算模型也可以是不同的，以进一步地提高传感器1的检测计算的精准度。
63.优选地，在本发明的实施方式中，目标距离区间的端点设置有应差变化率，应差变化率随目标物距离增大而减小，且该变化率分为两个距离段的算法，呈非线性的下降曲线。
64.例如，示教步骤检测到目标检测物到传感器1的距离为1m，1m属于近距离范围
(0.05m-1m)，传感器1在进行检测时，需要将信号发射模块2的发光强度设置为近距离范围(0.05m-1m)对应的发光强度i
01
，以保证传感器1进行目标检测物实际检测时，接收到的检测光信号处于稳定的范围即适宜的受光强度区间(i
1-i2)内。同时1m属于第二距离范围(0.5m-3.3m)，传感器1在每轮的测量中进行距离计算时，选择第二算法，即将其应差变化率设置为随示教距离变化的3.5％-2.5％，以使得根据光信号的距离计算得到的检测结果也能够更加准确，从而提高传感器1针对不同距离目标的检测精度和检测稳定性。
65.在本发明的实施方式中，用于选择传感器1的发光强度的近距离范围/远距离范围模式，以及用于选择传感器1的距离输出判定算法的第一距离范围/第二距离范围on/off输出判定算法可以是相同或者不同的，在此不作限制。
66.在本发明的实施方式中，还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如权利要求上述传感器1的检测方法的步骤。
67.至此，已经结合附图描述了本发明的技术方案。但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于上述具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种传感器，其特征在于，包括：信号发射模块，用于发射光信号；信号接收模块，用于接收返回的所述光信号；控制模块，分别与所述信号发射模块和所述信号接收模块通信连接，基于所述光信号从由所述信号发射模块发射到由所述信号接收模块接收的时间差值，计算目标物距离；所述控制模块根据示教得到的目标物距离对应的距离范围，确定所述信号发射模块的发光强度以及距离输出判定算法。2.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述距离范围包括近距离范围和远距离范围，所述近距离范围对应的发光强度小于所述远距离范围对应的发光强度。3.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述信号发射模块通过调节发射的光信号的脉宽和/或周期，调节所述发光强度。4.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，还包括输出模块，与所述控制模块通信连接，基于所述目标物距离是否属于目标距离区间而发出输出信号。5.如权利要求4所述的传感器，其特征在于，所述目标距离区间的端点设置有应差变化率，在不同的所述距离范围内，所述端点对应的所述应差变化率不同。6.如权利要求5所述的传感器，其特征在于，所述目标距离区间的端点设置有应差变化率，所述应差变化率随所述目标物距离增大而减小。7.一种传感器的检测方法，其特征在于，包括示教步骤，发出示教信号，基于所述示教信号从由所述信号发射模块发射到由所述信号接收模块接收的时间差值，计算示教距离，根据所述示教距离对应的距离范围，确定并设置所述距离范围对应的发光强度以及距离输出判定算法；检测步骤，使检测信号的光强为所述距离范围对应的发光强度，基于所述检测信号从由所述信号发射模块发射到由所述信号接收模块接收的时间差值以及所述距离输出判定算法，计算得到目标物距离。8.如权利要求7所述的检测方法，其特征在于，所述距离范围包括近距离范围和远距离范围，所述近距离范围对应的发光强度小于所述远距离范围对应的发光强度。9.如权利要求7所述的检测方法，其特征在于，还包括输出步骤，基于所述检测步骤得到的目标物距离是否属于目标距离区间而发出输出信号；所述目标距离区间的端点设置有应差变化率，在不同的所述距离范围内，所述端点对应的所述应差变化率不同。10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求7-9中任一项所述的传感器的检测方法的步骤。

技术总结
本发明涉及传感器技术领域，具体地涉及一种传感器、传感器的检测方法以及计算机可读存储介质。本发明中提供的传感器，能够根据目标测量距离来调整检测光信号的自身参数以及计算方法以提高传感器针对不同距离目标的检测精度和检测稳定性。本发明提供的传感器，包括：信号发射模块，用于发射光信号；信号接收模块，用于接收返回的光信号；控制模块，分别与信号发射模块和信号接收模块通信连接，基于光信号从由信号发射模块发射到由信号接收模块接收的时间差值，计算目标物距离；控制模块根据示教得到的目标物距离对应的距离范围，确定信号发光强度以及距离输出判定算法。发光强度以及距离输出判定算法。发光强度以及距离输出判定算法。


技术研发人员：朱学涛 石文静 王谦 黄华桥 李爱兵
受保护的技术使用者：松下神视电子（苏州）有限公司
技术研发日：2023.04.04
技术公布日：2023/7/7