光电式探丝传感器电路设计

摘要：本文介绍了一种用于化纤生产中探测丝线运动的光电式探丝式传感器的特点、设计原理及电路实现。 
关键词：光电探丝传感器；红外脉冲 

一、前言 

     探丝传感器是化纤牵伸设备中必不可少的断丝检测装置。传统的探丝传感器大多采用电荷感应式，其 检测灵敏度高，但受环境温度及湿度的影响较大，从而影响其可靠性和准确性。光电式探丝传感器可以弥补以上检测方法的不足，从而大大提高了断丝检测的准确性和可靠性。  

二、光电式探丝传感器的原理 

     光电式探丝传感器能对纺织机械纺的纤维进行非接触断丝检测，并能配合切丝器及时切断断丝，以防止纤维缠绕机器部件。  

    光电式探丝传感器利用红外光电原理对纤维的运动状态进行检测，当纤维正常时，由于机器的牵伸或卷绕等动作，位于传感器U形槽中的纤维会有微小的抖动，此抖动会不断地遮挡U形槽中左右两边红外光的发射和接收，使其产生连续的红外脉冲；当纤维丝断开以后，该连续的红外脉冲减少或消失，探丝器通过检测和判断红外脉冲的频率即可判断纤维是否已断开。 

  

三、电路设备及功能实现

    电路组成：红外发射电路、红外接收电路、放大电路、整形调制电路、解调电路、触摸感应延时电路 、过流保护电路及输出电路。

    1、红外发射及接收电路（见图1）。
    为了使发光二极管的亮度始终保持一定，由 LED 1 、N 1 、R 0 、Z D1 和R 1 构成恒流源红外发射电路，IC 2B ,P H , R 2 ～ R 4 构成红外接收电路，信号通过C 1 耦合输出。当P H 接受到的红外光能不变时，IC 2B 的7脚输出电平不变，则 C 1 无耦合信号输出。当由于丝线的摆动而不断重复地切割红外光束使P H 所接收到的光能改变时， C 1 耦合输出相同频率的脉动信号。

    2、前级放大及整形调制电路（见图2）
    由 R 5 ～ R 9 及 IC 2A 组成前级放大电路，由 R 5 、 R 6 输入偏置静态工作点，对C 1 耦合过来的微弱尖脉冲信号进行放大，其增益的大小取决于R 8 和R 9 的比值。整形调制电路由 R 11 ～ R 13 、 C 3 及IC 2D 组成，将前级尖脉冲信号整形调制为等幅方波脉冲信号。

    3、解调电路(见图3)
    由 D 1 、R 15 ～R 18 、C 6 及IC 2C 组成，由R 18 引入正反馈。当前级信号频率低于一定值 F 1 时，IC 2C 的8脚输出低电平；当前级信号频率高于一定值 F 2 时，IC 2C 的8脚输出高电平。临界过渡区频率范围 F W = F 2 - F 1 ，适当的 F W 可以有效防止检测信号临界过渡区的输出振荡，使得检测动作可靠。

    4、触摸感应延时电路、过流保护电路及输出电路（见图4）
    IC 1D 、 C 8 、 R 24 及D 4 构成触摸延时控制。当断丝或引丝 状态时，由于脉冲信号 F 小于 F 1 值，图四的信号输入端为低电平，探丝器输出信号；当触摸延时感应端时， IC 1D 的14脚输出高电平，对 C 8 进 行快 速充电，输出截止。延时时间由 C 8 及 R 24 决定。通过这个触摸延时，可以进行伸头引丝操作。过流保护电路由 IC 1C 及 R 27 组成， R 27 可以限制峰值电流，同时将过流信号反馈至IC 1A 的10脚，使输出快速截止。D 5 起续流作用，可以防止感性负载通断时损坏电路。

四、结论 
    该红外光电式探丝传感器经过反复的设计和试验, 各项技术指标均达到较好的水平，其低电平输出小于0.1V，正常功耗小于0.3W，负载电流可达800mA，短路保护电流为1A，断丝响应时间小于0.5s，电源延迟时间为4s，触摸延时时间为15s，可以检测不同材质种类的断丝。  

参考文献： 
[1] [日]吉野新治（张玉龙，朱锡义，黄美超编译）.传感器电路设计手册[M].中国计量出版社,1989.12.