紅外光電式探絲傳感器的原理介紹及其設計

　　摘要：探絲傳感器是化纖牽伸設備中*的斷絲檢測裝置。傳統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。
　　
　　一、前言
　　
　　探絲傳感器是化纖牽伸設備中*的斷絲檢測裝置。傳統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射和接收，使其產生連續的紅外脈沖；當纖維絲斷開以后，該連續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、紅外發射及接收電路
　　
　　為了使發光二極管的亮度始終保持一定，由LED1、N1、R0、ZD1和R1構成恒流源紅外發射電路，IC2B,PH,R2～R4構成紅外接收電路，信號通過C1耦合輸出。當PH接受到的紅外光能不變時，IC2B的7腳輸出電平不變，則C1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PH所接收到的光能改變時，C1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
　　
　　由R5～R9及IC2A組成前級放大電路，由R5、R6輸入偏置靜態工作點，對C1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R8和R9的比值。整形調制電路由R11～R13、C3及IC2D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D1、R15～R18、C6及IC2C組成，由R18引入正反饋。當前級信號頻率低于一定值F1時，IC2C的8腳輸出低電平；當前級信號頻率高于一定值F2時，IC2C的8腳輸出高電平。臨界過渡區頻率范圍FW=F2-F1，適當的FW可以有效防止檢測信號臨界過渡區的輸出振蕩，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
　　
　　IC1D、C8、R24及D4構成觸摸延時控制。當斷絲或引絲狀態時，由于脈沖信號F小于F1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，IC1D的14腳輸出高電平，對C8進行快速充電，輸出截止。延時時間由C8及R24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IC1C及R27組成，R27可以限制峰值電流，同時將過流信號反饋至IC1A的10腳，使輸出快速截止。D5起續流作用，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。