光電式探絲傳感器電路設(shè)計(jì)

一、前言 

探絲傳感器是化纖牽伸設(shè)備中必不可少的斷絲檢測(cè)裝置。傳統(tǒng)的探絲傳感器大多采用電荷感應(yīng)式，其 檢測(cè)靈敏度高，但受環(huán)境溫度及濕度的影響較大，從而影響其可靠性和準(zhǔn)確性。光電式探絲傳感器可以彌補(bǔ)以上檢測(cè)方法的不足，從而大大提高了斷絲檢測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性。 

二、光電式探絲傳感器的原理 

光電式探絲傳感器能對(duì)紡織機(jī)械紡的纖維進(jìn)行非接觸斷絲檢測(cè)，并能配合切絲器及時(shí)切斷斷絲，以防止纖維纏繞機(jī)器部件。 

光電式探絲傳感器利用紅外光電原理對(duì)纖維的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)纖維正常時(shí)，由于機(jī)器的牽伸或卷繞等動(dòng)作，位于傳感器U形槽中的纖維會(huì)有微小的抖動(dòng)，此抖動(dòng)會(huì)不斷地遮擋U形槽中左右兩邊紅外光的發(fā)射和接收，使其產(chǎn)生連續(xù)的紅外脈沖；當(dāng)纖維絲斷開(kāi)以后，該連續(xù)的紅外脈沖減少或消失，探絲器通過(guò)檢測(cè)和判斷紅外脈沖的頻率即可判斷纖維是否已斷開(kāi)。 

三、電路設(shè)備及功能實(shí)現(xiàn)

電路組成：紅外發(fā)射電路、紅外接收電路、放大電路、整形調(diào)制電路、解調(diào)電路、觸摸感應(yīng)延時(shí)電路 、過(guò)流保護(hù)電路及輸出電路。

1、紅外發(fā)射及接收電路（見(jiàn)圖1）。 

為了使發(fā)光二極管的亮度始終保持一定，由 LED 1 、N 1 、R 0 、Z D1 和R 1 構(gòu)成恒流源紅外發(fā)射電路，IC 2B ,P H ,  R 2 ～ R 4 構(gòu)成紅外接收電路，信號(hào)通過(guò)C 1 耦合輸出。當(dāng)P H 接受到的紅外光能不變時(shí)，IC 2B 的7腳輸出電平不變，則 C 1  無(wú)耦合信號(hào)輸出。當(dāng)由于絲線(xiàn)的擺動(dòng)而不斷重復(fù)地切割紅外光束使P H 所接收到的光能改變時(shí)， C 1 耦合輸出相同頻率的脈動(dòng)信號(hào)。

2、前級(jí)放大及整形調(diào)制電路（見(jiàn)圖2） 

由 R 5 ～ R 9 及 IC 2A 組成前級(jí)放大電路，由 R 5 、 R 6 輸入偏置靜態(tài)工作點(diǎn)，對(duì)C 1 耦合過(guò)來(lái)的微弱尖脈沖信號(hào)進(jìn)行放大，其增益的大小取決于R 8 和R 9 的比值。整形調(diào)制電路由 R 11 ～ R 13 、 C 3 及IC 2D 組成，將前級(jí)尖脈沖信號(hào)整形調(diào)制為等幅方波脈沖信號(hào)。

3、解調(diào)電路

由 D 1 、R 15 ～R 18 、C 6 及 IC 2C 組成，由R 18 引入正反饋。當(dāng)前級(jí)信號(hào)頻率低于一定值 F 1 時(shí)，IC 2C 的8腳輸出低電平；當(dāng)前級(jí)信號(hào)頻率高于一定值 F 2  時(shí)，IC 2C 的8腳輸出高電平。臨界過(guò)渡區(qū)頻率范圍 F W = F 2 - F 1 ，適當(dāng)?shù)?F W 可以有效防止檢測(cè)信號(hào)臨界過(guò)渡區(qū)的輸出振蕩，使得檢測(cè)動(dòng)作可靠。

4、觸摸感應(yīng)延時(shí)電路、過(guò)流保護(hù)電路及輸出電路

IC 1D 、  C 8 、 R 24 及D 4 構(gòu)成觸摸延時(shí)控制。當(dāng)斷絲或引絲 狀態(tài)時(shí)，由于脈沖信號(hào) F 小于 F 1 值，圖四的信號(hào)輸入端為低電平，探絲器輸出信號(hào)；當(dāng)觸摸延時(shí)感應(yīng)端時(shí)， IC 1D 的14腳輸出高電平，對(duì) C 8 進(jìn) 行快 速充電，輸出截止。延時(shí)時(shí)間由 C 8 及 R 24 決定。通過(guò)這個(gè)觸摸延時(shí)，可以進(jìn)行伸頭引絲操作。過(guò)流保護(hù)電路由 IC 1C 及 R 27 組成， R 27 可以限制峰值電流，同時(shí)將過(guò)流信號(hào)反饋至 IC 1A 的10腳，使輸出快速截止。D 5 起續(xù)流作用，可以防止感性負(fù)載通斷時(shí)損壞電路。

四、結(jié)論  

該紅外光電式探絲傳感器經(jīng)過(guò)反復(fù)的設(shè)計(jì)和試驗(yàn), 各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到較好的水平，其低電平輸出小于0.1V，正常功耗小于0.3W，負(fù)載電流可達(dá) 800mA，短路保護(hù)電流為1A，斷絲響應(yīng)時(shí)間小于0.5s，電源延遲時(shí)間為4s，觸摸延時(shí)時(shí)間為15s，可以檢測(cè)不同材質(zhì)種類(lèi)的斷絲。 

參考文獻(xiàn)： 

[1] [日]吉野新治（張玉龍，朱錫義，黃美超編譯）.傳感器電路設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].中國(guó)計(jì)量出版社,1989.12.