基于光電控制的高精度可高度檢測系統

檢測控制系統是自動控制領域的核心技術之一，其準確性及靈敏度決定了自動化過程的優劣。詳細介紹了精度可調試光電檢測系統的工作流程及其主要功能模塊的設計原理。該系統可應用于紡織、機械、食品等生產設備中，對生產產品進行實時檢測控制。 關鍵詞：精度可調 光電檢測 紅外發射/接收檢測控制系統是自動控制領域的核心支持之一，其靈敏度及精度直接決定了自動化過程的優劣。通過對部分棉紡織企業的生產現場調研發現，有一部分紡紗設備仍使用人工檢測，不能保證斷條及時捻接及棉紗粗細穩定性，從而造成產品質量差及生產效率低等問題。選擇匹配的檢測電路可實現控制功能，并能在實際環境條件下實現精度可調試實時檢測與控制。因此，它是產品質量及效率提高的保證。鄭州航院機電研究所基于光電技術開發了高精度可調式檢測系統。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，因此該系統基于紅外線傳感技術并利用調制/解調技術完成了系統信號發射接收，有效地改造了國產fa431、fa541系列高速粗紗機，使生產效率提高25～35%，產品質量大幅度提高，受到了使用單位的歡迎。經專家認證，改造后的fa431粗紗機在性價比上優于日本豐田公司fl16粗紗機。該系統不僅可用于紡織機械，通過對系統精度、測量范圍的調節，還可應用在傳統鍛床、機床等生產設備中，系統正確檢測率達100%。 1 系統信號流程及工作原理從信號發生器到執行機件，是系統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，通過對檢測系統靈敏度的調節，對被測特體直徑和面積量的測控，可實現質檢或安全保護等作用。紅外發光管和紅外接收管分居光電檢測區兩側，很少需要維護。在實際工作環境中，為了滿足同時對多個工位自動檢測的要求，系統使用接插件連接，安裝位置及結構如圖2所示（本圖為通過接插件實現多位檢測）。系統發光管采用脈動電流驅動方式驅動，紅外光的產生和拾取分別采用脈沖調制技術和同步解調技術來完成。脈沖調制光與直流光相比，一方面增強了抵御環境雜散光干擾和車間內機電信號干擾的能力，另一方面由于發光管工作于脈沖狀態，其壽命也相對延長。當有遮擋物進入檢測區時，紅外接收管接收到的光的強度會發生突變。因而，凡是變化的光信號，一概被看作有遮擋信號。傳統的安全保護器容易出現誤動作，如當打開或關掉照明燈時，信號處理單元會將其判斷為有遮接信號而發生誤操作。本系統在設計上采用脈沖調制/同步解調技術，使紅外發光管一段時間發射信號，一段時間關斷信號，即發出脈沖形式的紅外光。同樣，紅外接收管也只在紅外發光管發射脈沖信號期間接通工作，大大降低了誤動作發生的機率。發光和接收在時間上的保持同步，因而只有紅外發光管發出的光才會被檢測出來，邊界雜散光則全被屏除在外，從而使該控制系統的抗干擾能力大大提高。這是本系統在設計上的du特點。 2 系統主要功能模塊設計該控制系統主要由以下功能模塊組成：高穩定性低功耗直接電流系統、信號發生系統、紅外脈沖發射系統、電子自鎖開關系統、紅外接收系統、信號處理系統、驅動電路、狀態指示面板等。由于篇幅有限，這里僅對系統的重要功能模塊的設計作一說明。2．1 紅外脈沖發射系統為提高紅外光的發射效率并對多工位檢測開關進行控制，本系統采用脈沖編碼方式，大大提高了紅外發射管的發射效率。另外，增加紅外光束光學聚焦系統，降低了對發射管功能的要求。紅外脈沖發射系統原理框圖如圖3所示。來自信號發生系統的方波經過緩沖、放大、變頻后，得到較小占空比的脈沖波，驅動紅外發射管工作，使得紅外發光管工作于脈沖狀態。這樣，可降低平均紅外發射功率，提高瞬時發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.