科创中国

一、研究内容、方法及结论分析

（一） 总体方案及技术路线

(1) 技术路线

成立研发机构——现状分析——替代方案研究——解决研发难题——老化及测试——投入生产试制

（二） 研究内容

激光探测方式分为光强式与测距式。光强式原理为：当激光光束遇到遮挡并反射时，由接收电路对反射光强度进行量化，根据光线强弱判断激光是否被遮挡。

首先当应用环境为白色瓷砖地面且水渍较多时，激光光强方式存在较大误差，并不适用于当前场合。

（三）研究方法

由于当前市面产品存在诸多问题，固考虑使用其他方案进行替换，主要考虑了以下几种方式：

超声波方式

此方式原理为发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，待接收器收到反射波时计算其时间差，以此来判断是否有人员进入。

由于超声波工作时需要足够大的反射面积，固同样需安装在低于人体高度的位置，存在被人为破坏的潜在因素。另外粗糙的衣料也会大量吸收超声波，进而发生能量衰减。

多普勒方式

雷达感应利用多普勒效应原理, 通过平面天线发射电磁波，当有移动物体进入到电磁波的环境时，波形反射折回，平面天线接收到反馈的波形时，待接收电路检测分析后来判断是否有人员进入。

虽可将多普勒探测装置安装在高于人体以上的位置，但由于其探测角度同样过大，当安装数量较为密集时，某一区域有人员活动将会影响相邻若干传感器。并且根据多普勒原理，被检测物体必须一直处于移动状态，并不适用于当前产品。

激光探测方式

激光探测方式具有探测距离远、斑点集中等特点。因探测距离远，可将激光传感器安放至房屋顶部，从而避免了因污渍遮挡造成的产品失灵，亦可避免被人为破坏的可能。光束集中最大的可取点是可避免安装数量较为密集时，斑点外有人员活动时不会产生任何影响，且探测准确，不受光线明暗、空间大小。温度高低等影响。

基于激光探测的种种优势，最终确定使用此方式作为替代改进方案。

研发难题

改用激光探测在研发中面临的几大难题：

a)、应用环境多为白色瓷砖地面且水渍较多，在高反射率情况下如何保证激光探测的精度。

b)、应用环境温差较大，夏季温度可到40度以上，冬季温度可降至-10度，在如此大的温差下如何保证激光探测装置及控制器的稳定性。

c)、应用环境内存在氨气，且蚊虫较多，固需添加玻璃隔离防护，如何在添加隔离防护降低激光发射功率的同时，仍可保证成功接收到反射信号。

d)、由于激光为光线信号，颜色的不同会导致光线反射率变化。如何在人员着装为深颜色服装时，仍可保证不被影响。

e)、为避免被人员破坏的可能性，需将激光探测装置安装至现场房屋顶部，但各现场的房屋高度并不完全一致，如何在高度不一致的情况下保证探测装置的正常工作。

激光测距方式又分为以下3种主流方法：

a)、光学三角法：

即光源、被测物面、光接收系统三点共同构成一个三角形光路，由激光器发出的光线，经过汇聚透镜聚焦后入射到被测物体表面上，光接收系统接收来自入射点处的散射光，并将其成像在光电位置探测器敏感面上，通过光点在成像面上的位移来测量被测物面移动距离的一种测量方法。

b)、相位法：

相位法通常适应于中短距离的测量，测量精度可达毫米、微米级，也是目前测距精度最高的一种方式,大部分短程测距仪都采用这种工作方式。相位式测距则是将一调制信号对发射光波的光强进行调制，通过测量相位差来间接测量时间。

c)、脉冲时间法：

脉冲法是在工作时向目标射出一束或一序列短暂的脉冲激光束，由光电元件接收目标反射的激光束，计时器测定激光束从发射到接收的时间，计算出从观测者到目标的距离。

由于需考虑安装防护片、人员着装等问题造成的激光强度衰减过大、反射率过低的情况，固光学三角法及相位法并不适用。而脉冲时间法可利用激光脉冲持续时间短，能量在时间上相对集中，瞬时功率大的特点进行测距，从而弥补因强度衰减及反射率低等导致的问题。

为解决因各现场房屋高度不同而导致无法固定一高度的情况，对激光探测装置引入了距离自学习功能，探测装置可针对不同的房屋高度进行识别并记忆，即便重新上电数据也不会丢失。

老化及测试

为测试本新产品的稳定性，专门设计制造了老化测试平台，以相对于现场环境更加严格的方式对激光模组及控制器进行20000小时不间断测试，并能在无人员干预的情况下自动的、连续的触发控制器输出。经长期运行及测试，本项目可完全满足其设计要求。

（四）研究结论

本产品将形成既能满足现有需求，又能适应未来发展趋势的高稳定性、高可靠性核心技术与产品，并以此推动洁具行业的变革。

二、技术创新点

现有技术所涵盖的技术特征均不能实现高灵敏度的技术效果，对于公共卫生环境来说，洁具的洁净度直接影响到使用者的舒适度和健康卫生，如采用传统的人工清洁与现有感应探头结合，显然，工作强度巨大，而且，在人员稀少的公共场所配备清洁洁具的工人也是不现实的。

针对上述技术不足，本领域技术人员一直从被监测对象或从改善监测环境入手, 希望实现监测的精度，但是，效果不佳，其重要原因是所述感应探头的安装环境多种多样，虽然能将所述感应探头统一设计和安装，但是却难以统一设计厕所的环境。主要创新点如下：

1．该探头不同于传统的感应方式为红外线或热释红外线方式，首次使用一类激光进行感应，是卫生间感应洁具领域的一个创举，是目前实现精准探测感应、无误动作的最佳的感应方式，是最先进的感应探头。

2．系统由于采用单发射，单接收传感器，相对于传统其他厂商的多发射或多接收的测距系统，在实现基本测距功能和测距精度的前提下，能大幅降低系统整体成本、重量和体积，同时拓展了激光测距技术的在各个行业的应用范围。

3．“吸顶式激光感应探头”在卫生间大便或小便池上，在人员如厕时能够精确探测如厕状态和过程，进而通过程序精准指挥脉冲阀进行二段冲水，克服传统红外感应的一切缺陷，冲水准确无误动作。该探头探测距离最远可以达到150m（实际10m内足够），感应范围10m处≤10mm，感应频次1~3秒/次可调。

综上，研究人员开始对传统的感应探头进行技术改良，不但使其探测精度大大提高,还能确保在其安装时 适应不同的厕所环境，将环境影响因素降到最低。