基于光電控制的高精度可高度檢測系統(tǒng)

檢測控制系統(tǒng)是自動控制領(lǐng)域的核心技術(shù)之一，其準確性及靈敏度決定了自動化過程的優(yōu)劣。詳細介紹了精度可調(diào)試光電檢測系統(tǒng)的工作流程及其主要功能模塊的設(shè)計原理。該系統(tǒng)可應(yīng)用于紡織、機械、食品等生產(chǎn)設(shè)備中，對生產(chǎn)產(chǎn)品進行實時檢測控制。 關(guān)鍵詞：精度可調(diào) 光電檢測 紅外發(fā)射/接收檢測控制系統(tǒng)是自動控制領(lǐng)域的核心支持之一，其靈敏度及精度直接決定了自動化過程的優(yōu)劣。通過對部分棉紡織企業(yè)的生產(chǎn)現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，有一部分紡紗設(shè)備仍使用人工檢測，不能保證斷條及時捻接及棉紗粗細穩(wěn)定性，從而造成產(chǎn)品質(zhì)量差及生產(chǎn)效率低等問題。選擇匹配的檢測電路可實現(xiàn)控制功能，并能在實際環(huán)境條件下實現(xiàn)精度可調(diào)試實時檢測與控制。因此，它是產(chǎn)品質(zhì)量及效率提高的保證。鄭州航院機電研究所基于光電技術(shù)開發(fā)了高精度可調(diào)式檢測系統(tǒng)。由于紅外線具有較強的穿透能力和抗干擾能力，不易散射且不易引起串干擾，因此該系統(tǒng)基于紅外線傳感技術(shù)并利用調(diào)制/解調(diào)技術(shù)完成了系統(tǒng)信號發(fā)射接收，有效地改造了國產(chǎn)fa431、fa541系列高速粗紗機，使生產(chǎn)效率提高25～35%，產(chǎn)品質(zhì)量大幅度提高，受到了使用單位的歡迎。經(jīng)專家認證，改造后的fa431粗紗機在性價比上優(yōu)于日本豐田公司fl16粗紗機。該系統(tǒng)不僅可用于紡織機械，通過對系統(tǒng)精度、測量范圍的調(diào)節(jié)，還可應(yīng)用在傳統(tǒng)鍛床、機床等生產(chǎn)設(shè)備中，系統(tǒng)正確檢測率達100%。 1 系統(tǒng)信號流程及工作原理從信號發(fā)生器到執(zhí)行機件，是系統(tǒng)處理紅外信號的主通道。在主通道中，信號按圖1所示順序進行傳送。紅外接收管是一種光感電流源。光感電流隨光能量的增大而增大，光感電流對電容進行充電后，就可以得到隨光通量變化而變化的電信號。無遮擋物時，光路暢通無阻，光感電流最大；有遮擋物通過檢測區(qū)時，光路被遮擋一部分，光感電流降低，輸出電位升高，遮光面積越大，輸出電位就越高。利用該原理，通過對檢測系統(tǒng)靈敏度的調(diào)節(jié)，對被測特體直徑和面積量的測控，可實現(xiàn)質(zhì)檢或安全保護等作用。紅外發(fā)光管和紅外接收管分居光電檢測區(qū)兩側(cè)，很少需要維護。在實際工作環(huán)境中，為了滿足同時對多個工位自動檢測的要求，系統(tǒng)使用接插件連接，安裝位置及結(jié)構(gòu)如圖2所示（本圖為通過接插件實現(xiàn)多位檢測）。系統(tǒng)發(fā)光管采用脈動電流驅(qū)動方式驅(qū)動，紅外光的產(chǎn)生和拾取分別采用脈沖調(diào)制技術(shù)和同步解調(diào)技術(shù)來完成。脈沖調(diào)制光與直流光相比，一方面增強了抵御環(huán)境雜散光干擾和車間內(nèi)機電信號干擾的能力，另一方面由于發(fā)光管工作于脈沖狀態(tài)，其壽命也相對延長。當有遮擋物進入檢測區(qū)時，紅外接收管接收到的光的強度會發(fā)生突變。因而，凡是變化的光信號，一概被看作有遮擋信號。傳統(tǒng)的安全保護器容易出現(xiàn)誤動作，如當打開或關(guān)掉照明燈時，信號處理單元會將其判斷為有遮接信號而發(fā)生誤操作。本系統(tǒng)在設(shè)計上采用脈沖調(diào)制/同步解調(diào)技術(shù)，使紅外發(fā)光管一段時間發(fā)射信號，一段時間關(guān)斷信號，即發(fā)出脈沖形式的紅外光。同樣，紅外接收管也只在紅外發(fā)光管發(fā)射脈沖信號期間接通工作，大大降低了誤動作發(fā)生的機率。發(fā)光和接收在時間上的保持同步，因而只有紅外發(fā)光管發(fā)出的光才會被檢測出來，邊界雜散光則全被屏除在外，從而使該控制系統(tǒng)的抗干擾能力大大提高。這是本系統(tǒng)在設(shè)計上的du特點。 2 系統(tǒng)主要功能模塊設(shè)計該控制系統(tǒng)主要由以下功能模塊組成：高穩(wěn)定性低功耗直接電流系統(tǒng)、信號發(fā)生系統(tǒng)、紅外脈沖發(fā)射系統(tǒng)、電子自鎖開關(guān)系統(tǒng)、紅外接收系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng)、驅(qū)動電路、狀態(tài)指示面板等。由于篇幅有限，這里僅對系統(tǒng)的重要功能模塊的設(shè)計作一說明。2．1 紅外脈沖發(fā)射系統(tǒng)為提高紅外光的發(fā)射效率并對多工位檢測開關(guān)進行控制，本系統(tǒng)采用脈沖編碼方式，大大提高了紅外發(fā)射管的發(fā)射效率。另外，增加紅外光束光學(xué)聚焦系統(tǒng)，降低了對發(fā)射管功能的要求。紅外脈沖發(fā)射系統(tǒng)原理框圖如圖3所示。來自信號發(fā)生系統(tǒng)的方波經(jīng)過緩沖、放大、變頻后，得到較小占空比的脈沖波，驅(qū)動紅外發(fā)射管工作，使得紅外發(fā)光管工作于脈沖狀態(tài)。這樣，可降低平均紅外發(fā)射功率，提高瞬時發(fā)射功率及抗干擾能力，加大紅色外作用距離，并且大大延長了其使用壽命.