光電式探絲傳感器電路設計

摘要：本文介紹了一種用于化纖生產中探測絲線運動的光電式探絲式傳感器的特點、設計原理及電路實現。
關鍵詞：光電探絲傳感器；紅外脈沖

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（見圖1）。
為了使發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(見圖3)
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（見圖4）
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.