光幕是电梯重要的关门保护装置，但目前针对光幕缺少多维度系统性的技术论文，更缺少对其技术参数的研究。本文从基本的应用着手，循序渐进地介绍了光幕的技术原理和主要技术参数，并对光幕未来的技术方向作了一些探索。
1总体介绍
光幕是运用收发红外光的方式来检测障碍物的，根据发射单元的发射管和接收单元的接收管的相对位置，又分为平行布置式（如图2所示）和交叉布置式（如图3所示），本文主要讲述平行布置式光幕。所谓平行布置式就是指发射单元和接收单元并排放置，底部对齐（有引出电缆的一端为顶部）后，每对收发管平齐。收发管交叉布置的为交叉布置式。
图4铝型材截面图
光幕的发射单元和接收单元包括进行过表面氧化处理的铝型材壳体，铝型材一面开口，用于透过灯管红外光（如图4铝型材截面图），以及两头的端盖，和滤光条及装在铝型材内部的线路板组件和引出电缆等，光幕的输出端子设置在接收单元上，故接收单元通常比发射单元的引出线多1～2芯。发射单元的输出端子包括电源正、负端子和同步信号端；接收单元包括电源正、负端子及同步信号和光幕输出脉冲端等。线路板组件均包括主板和多个灯板，如图2、3所示，最左边的是主板，右边是第1块灯板，每个单元通常共有3块灯板，主板和灯板采用板对板连接器对插连接。
2光束扫描机制
发射单元上布置了36对发射管（波长为850nm或940nm），接收单元上布置了36对接收管，正常情况下发射发出的红外光，接收单元能够收到，如果有1只或几只灯管收不到红外光，那么接受单元上的输出端子就会输出遮挡状态电平，即通知电梯主机开门以起到未接触而保护乘员的作用。
图5光束图
通常光束扫描有以下几种角度，即发射单元上1号灯管发射，接收单元上1号灯管接收（下文简称1发1收），2发2收…，36发36收，见图5光束图所示。第2种扫描角度是，1发2收，2发3收，3发4收…，35发36收；第3种扫描角度，1发3收，2发4收…，34发36收；第4种扫描角度，2发1收，3发2收…，36发35收；第5种扫描角度，3发1收，4发2收…，36发34收。每种扫描角度从1号到36号为1个周期，每个周期约45ms，故以秒级的残留效应能绘制出5种角度“同屏”存在光束图，如图5展示的全部光束。
基于以上光束图可以看出，靠近发射单元和接收单元时，检测盲区相对较大，而向中间移动1/3距离处光束密度高盲区小，即很小的遮挡物都能被识别出来。实验证明靠近收发单元的最小遮挡物截面为50mm，而中间部分的最小遮挡物只有20mm。
3电路原理
光幕发射单元电路主要包括供电电路、MCU控制电路、阳极灯管切换电路、阴极灯管切换电路、指示灯电路、36只发射灯管等，如图6光幕发射单元电路。这里要介绍一下为什么普遍使用36只灯管？因为根据新国标GB/T7588.1-2021[4]要求，光幕装梯后必须至少满足从轿厢地坎以上25～1600mm的保护范围，又要求最小遮挡物截面为50mm，故在设计PCB灯管布局时既经济又符合标准的灯管数量是36对。
电梯主机通常可以给光幕提供DC24V或者12V，光幕供电电路负责将电压转换成5V或者3.3V的供内部各功能电路使用，当然供电电路还要添加TVS等吸收保护和滤波电路等。
芯片输出约30～38kHz的开关脉冲，轮流驱动1至36号灯管。例如要驱动1号灯管，则MCU通知灯组切换电路CONA1，打开第1组灯管的阳极供电，紧接着又通知打开1号灯管的阴极切换电路CONK1，维持数微秒后再关闭，然后再开启，这样1号灯管就获得了一个特定频率和脉宽的连续驱动脉冲。同时给同步信号端输出一个同步脉冲，以供接收单元与发射保持同步。如此按部就班的扫描到最后一只灯管，就是一个扫描周期，输出波形如图6波形1所示，工作正常时，周期性循环发出红外光、发射单元上绿色指示灯点亮。也可以打开手机摄像机查看对应的红外灯管在轮流闪闪发光。
发射管属于光幕的关键部件，其性能直接决定光幕的性能，例如红外波长、辐射角度、驱动电流、输出光功率等，当然这些参数与MCU代码是相互适配的，换装不同型号或品牌的灯管后都需要重新进行全功能的调试。
图6发射单元电路
光幕接收单元同样包括供电电路（同发射，图中省略）、MCU控制电路、灯管切换电路、放大电路、输出驱动电路、指示灯电路、同步信号电路等。
关于MCU,以往很多厂商运用美国微芯的PIC16/18系列芯片，但是近几年在疫情中暴露出了很多问题，即其价格飞涨，交期漫长，所以逐渐转向运用国产芯片已成必然趋势。其中国产STC系列芯片就是一种不错的选择。
图7接收单元电路
4主要技术参数
光幕的主要技术参数包括功能参数、环境适应性、EMC等，具体叙述如下。
4.1盲点测试
根据GB/T7588.1—2021[4]要求，最小遮挡物截面为50mm，利用最小遮挡物沿光幕保护区从上到下、从左到右进行遮挡测试，输出应该从始至终都是遮挡状态电平，如果输出跳转为无遮挡状态，则认为光幕有检测盲点。
4.2上下保护范围
根据GB/T7588.1—2021要求，光幕装梯后，保护范围应能至少覆盖从轿厢地坎向上的25mm～1600mm区域，测试时用最小遮挡物在该高度范围内测试，应无盲点。
4.3探测距离
即发射单元和接收单元的最大可探测距离，通常可达到4m以上，实际上有很多产品6m也能稳定的工作。
4.4安装允差
安装允差包括垂直允差、水平允差、纵向角度和横向角度，具体如图8所示。垂直允差就是发射单元和接收单元平行时，在无遮挡的状态下将发射单元或者接收单元向上或者向下移动（10～20）mm，光幕应能正常接收而不会输出遮挡状态电平。水平允差即发射单元和接收单元平行平放于桌面上，将发射单元或者接收单元向上移动（5～10）mm，光幕仍能正常完成接收工作。同理纵向角度和横向角度就是非平移误差，而是一端移动一个角度。
4.6环境适应性
环境适应性主要包括高低温及湿度试验[3]，试验过程中应能正常工作。通常要求（-20～65）℃，湿度90%。
4.7EMC
EMC着重检测抗扰度和辐射骚扰，抗扰度主要包括静电ESD、高速脉冲群EFT/B、浪涌，以上均要参照GB/T24807/24808—2020/2021新标执行。
4.8防护等级
光幕正常防护等级为IP54，也有部分产品可以达到IP65，具体根据客户需求确定。
图8安装允差示意图
5技术发展方向
6结束语
参考文献：
[1]胡志山.射频印刷电感替代空心电感的探索[J].电子产品世界,2015(1):54-56.
[2]胡志山.射频宽度产品的指压调试法[J].电子世界,2014(17):139-140.
[3]胡志山.电子产品寿命模拟中MTTF系统测算法[J].电子产品世界,2021(3):53-56.
[4]国家标准.GB/T7588.1—2020电梯制造与安装安全规范第1部分:乘客电梯和载货电梯.