光電式探絲傳感器電路設計

一、前言 

探絲傳感器是化纖牽伸設備中必不可少的斷絲檢測裝置。傳統(tǒng)的探絲傳感器大多采用電荷感應式，其 檢測靈敏度高，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確性。光電式探絲傳感器可以彌補以上檢測方法的不足，從而大大提高了斷絲檢測的準確性和可靠性。 

二、光電式探絲傳感器的原理 

光電式探絲傳感器能對紡織機械紡的纖維進行非接觸斷絲檢測，并能配合切絲器及時切斷斷絲，以防止纖維纏繞機器部件。 

光電式探絲傳感器利用紅外光電原理對纖維的運動狀態(tài)進行檢測，當纖維正常時，由于機器的牽伸或卷繞等動作，位于傳感器U形槽中的纖維會有微小的抖動，此抖動會不斷地遮擋U形槽中左右兩邊紅外光的發(fā)射和接收，使其產生連續(xù)的紅外脈沖；當纖維絲斷開以后，該連續(xù)的紅外脈沖減少或消失，探絲器通過檢測和判斷紅外脈沖的頻率即可判斷纖維是否已斷開。 

三、電路設備及功能實現

電路組成：紅外發(fā)射電路、紅外接收電路、放大電路、整形調制電路、解調電路、觸摸感應延時電路 、過流保護電路及輸出電路。

1、紅外發(fā)射及接收電路（見圖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 構成恒流源紅外發(fā)射電路，IC 2B ,P H ,  R 2 ～ R 4 構成紅外接收電路，信號通過C 1 耦合輸出。當P H 接受到的紅外光能不變時，IC 2B 的7腳輸出電平不變，則 C 1  無耦合信號輸出。當由于絲線的擺動而不斷重復地切割紅外光束使P H 所接收到的光能改變時， C 1 耦合輸出相同頻率的脈動信號。

2、前級放大及整形調制電路（見圖2） 

由 R 5 ～ R 9 及 IC 2A 組成前級放大電路，由 R 5 、 R 6 輸入偏置靜態(tài)工作點，對C 1 耦合過來的微弱尖脈沖信號進行放大，其增益的大小取決于R 8 和R 9 的比值。整形調制電路由 R 11 ～ R 13 、 C 3 及IC 2D 組成，將前級尖脈沖信號整形調制為等幅方波脈沖信號。

3、解調電路

由 D 1 、R 15 ～R 18 、C 6 及 IC 2C 組成，由R 18 引入正反饋。當前級信號頻率低于一定值 F 1 時，IC 2C 的8腳輸出低電平；當前級信號頻率高于一定值 F 2  時，IC 2C 的8腳輸出高電平。臨界過渡區(qū)頻率范圍 F W = F 2 - F 1 ，適當的 F W 可以有效防止檢測信號臨界過渡區(qū)的輸出振蕩，使得檢測動作可靠。

4、觸摸感應延時電路、過流保護電路及輸出電路

IC 1D 、  C 8 、 R 24 及D 4 構成觸摸延時控制。當斷絲或引絲 狀態(tài)時，由于脈沖信號 F 小于 F 1 值，圖四的信號輸入端為低電平，探絲器輸出信號；當觸摸延時感應端時， IC 1D 的14腳輸出高電平，對 C 8 進 行快 速充電，輸出截止。延時時間由 C 8 及 R 24 決定。通過這個觸摸延時，可以進行伸頭引絲操作。過流保護電路由 IC 1C 及 R 27 組成， R 27 可以限制峰值電流，同時將過流信號反饋至 IC 1A 的10腳，使輸出快速截止。D 5 起續(xù)流作用，可以防止感性負載通斷時損壞電路。

四、結論  

該紅外光電式探絲傳感器經過反復的設計和試驗, 各項技術指標均達到較好的水平，其低電平輸出小于0.1V，正常功耗小于0.3W，負載電流可達 800mA，短路保護電流為1A，斷絲響應時間小于0.5s，電源延遲時間為4s，觸摸延時時間為15s，可以檢測不同材質種類的斷絲。 

參考文獻： 

[1] [日]吉野新治（張玉龍，朱錫義，黃美超編譯）.傳感器電路設計手冊[M].中國計量出版社,1989.12.