光电式探丝传感器电路设计

2006-09-04 15:43:52来源: 传感器世界

  一、前言

  探丝传感器是化纤牵伸设备中必不可少的断丝检测装置。传统的探丝传感器大多采用电荷感应式,其检测灵敏度高,但受环境温度及湿度的影响较大,从而影响其可靠性和准确性。光电式探丝传感器可以弥补以上检测方法的不足,从而大大提高了断丝检测的准确性和可靠性。

二、光电式探丝传感器的原理

  光电式探丝传感器能对纺织机械纺的纤维进行非接触断丝检测,并能配合切丝器及时切断断丝,以防止纤维缠绕机器部件。

  光电式探丝传感器利用红外光电原理对纤维的运动状态进行检测,当纤维正常时,由于机器的牵伸或卷绕等动作,位于传感器U形槽中的纤维会有微小的抖动,此抖动会不断地遮挡U形槽中左右两边红外光的发射和接收,使其产生连续的红外脉冲;当纤维丝断开以后,该连续的红外脉冲减少或消失,探丝器通过检测和判断红外脉冲的频率即可判断纤维是否已断开。


三、电路设备及功能实现

  电路组成:红外发射电路、红外接收电路、放大电路、整形调制电路、解调电路、触摸感应延时电路、过流保护电路及输出电路。

  1、红外发射及接收电路(见图1)。
  为了使发光二极管的亮度始终保持一定,由LED1、N1、R0、ZD1和R1构成恒流源红外发射电路,IC2B,PH,R2~R4构成红外接收电路,信号通过C1耦合输出。当PH接受到的红外光能不变时,IC2B的7脚输出电平不变,则C1无耦合信号输出。当由于丝线的摆动而不断重复地切割红外光束使PH所接收到的光能改变时,C1耦合输出相同频率的脉动信号。

  2、前级放大及整形调制电路(见图2)
  由R5~R9及IC2A组成前级放大电路,由R5、R6输入偏置静态工作点,对C1耦合过来的微弱尖脉冲信号进行放大,其增益的大小取决于R8和R9的比值。整形调制电路由R11~R13、C3及IC2D组成,将前级尖脉冲信号整形调制为等幅方波脉冲信号。

  3、解调电路(见图3)
  由D1、R15~R18、C6及IC2C组成,由R18引入正反馈。当前级信号频率低于一定值F1时,IC2C的8脚输出低电平;当前级信号频率高于一定值F2时,IC2C的8脚输出高电平。临界过渡区频率范围FW=F2-F1,适当的FW可以有效防止检测信号临界过渡区的输出振荡,使得检测动作可靠。

  4、触摸感应延时电路、过流保护电路及输出电路(见图4)
  IC1D、C8、R24及D4构成触摸延时控制。当断丝或引丝状态时,由于脉冲信号F小于F1值,图四的信号输入端为低电平,探丝器输出信号;当触摸延时感应端时,IC1D的14脚输出高电平,对C8进行快速充电,输出截止。延时时间由C8及R24决定。通过这个触摸延时,可以进行伸头引丝操作。过流保护电路由IC1C及R27组成,R27可以限制峰值电流,同时将过流信号反馈至IC1A的10脚,使输出快速截止。D5起续流作用,可以防止感性负载通断时损坏电路。

四、结论
  该红外光电式探丝传感器经过反复的设计和试验,各项技术指标均达到较好的水平,其低电平输出小于0.1V,正常功耗小于0.3W,负载电流可达800mA,短路保护电流为1A,断丝响应时间小于0.5s,电源延迟时间为4s,触摸延时时间为15s,可以检测不同材质种类的断丝。

参考文献:
[1][日]吉野新治(张玉龙,朱锡义,黄美超编译).传感器电路设计手册[M].中国计量出版社,1989.12.

关键字:电路  红外  传感器

编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/sensor/200609/5814.html
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