基于光電倍增管(PMT)的高速在線檢測控制方法

　　0 引言

　　隨著現(xiàn)代社會工業(yè)化程度的高度發(fā)展，高速智能化生產(chǎn)問題亟待解決。為此，本文介紹了一種光電傳感器在自動化生產(chǎn)線上的應(yīng)用技術(shù)。該技術(shù)是一種高速在線測控技術(shù)，它以光電倍增管為基本器件，體積小，系統(tǒng)中的傳感器結(jié)構(gòu)簡單，并具有精度高、反應(yīng)快，非接觸等優(yōu)點。由于該系統(tǒng)采用全硬件結(jié)構(gòu)，因而避免了軟硬件的接口及復(fù)雜的編程過程。

　　1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

　　當(dāng)待測物體經(jīng)過器件時，其產(chǎn)生的微弱光將進(jìn)入光電倍增管陰極，從而在陽極產(chǎn)生一串電脈沖信號，由此即可檢測有無待測物體通過，然后由計數(shù)器記錄其檢測數(shù)目n，再與預(yù)設(shè)數(shù)量m相比較。若n<m，則繼續(xù)檢測，一旦n=m，則啟動單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器555動作，并阻止物體通過。之后，在延時后重新啟動傳動裝置進(jìn)行檢測。其系統(tǒng)總體設(shè)計框圖如圖1所示。

　　2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

　　2.1 光電倍增管傳感電路

　　圖2所示是光電倍增管的傳感電路。由圖可見，當(dāng)光照射到光陰極時，光陰極將向真空中激發(fā)出光電子。這些光電子將按聚焦極電場進(jìn)入倍增系統(tǒng)，同時在加速后再次打到打拿極上并產(chǎn)生能量更大、數(shù)量更多的光電子，這樣，經(jīng)過多個打拿極的反復(fù)放大，最后在陽極產(chǎn)生電脈沖信號。該信號經(jīng)前置放大器放大，再經(jīng)比較器去除噪聲信號，最后由分頻器轉(zhuǎn)換為一次高電平輸出，從而完成一次計數(shù)過程。

　　圖3給出了光電倍增管的測量電路設(shè)計方案。其光電倍增管的陽極輸出示意圖如圖4所示，該輸出為很小的電流信號，且混雜有暗電流、宇宙線等干擾信號(介于LLD和ULD之間的為檢測到的有用信號)。因此，圖3電路通過逐級放大，并用一個負(fù)載電阻來完成電流／電壓的轉(zhuǎn)換，同時設(shè)置信號比較電路來對有用信號進(jìn)行區(qū)分(該電路使用遲滯比較器)，從而得到一串合適的脈沖信號。其中遲滯比較器的作用如圖5所示。而使用分頻器(經(jīng)多級計數(shù)器串聯(lián)分頻)的目的是將方波轉(zhuǎn)換為高電平輸出。

　　2.2 計數(shù)器及LED顯示電路

　　用兩片4位二進(jìn)制加法計數(shù)器74161并采用同步級聯(lián)方式構(gòu)成的8位二進(jìn)制同步加法計數(shù)器的模為16×16=256。圖6是由兩片74161級聯(lián)構(gòu)成的計數(shù)電路。這樣，當(dāng)分頻器每產(chǎn)生一個高電平脈沖到計數(shù)器的CP端口時，74161的輸出就加1。其八位輸出端可作兩路輸出，一路接LED顯示器(七段顯示譯碼器7448)。一路接ADC0808輸出模擬電壓信號。