光電色膜檢測器設計

王萬年

摘 要

本文設計一種能夠實現快速對卷煙、藥品、食品等生產線上產品包裝色線膜質量和供膜檢測控制的快速檢測器，本文設計的檢測器是基于光電檢測技術，可靠性高，精度高。

【關鍵詞】色膜檢測 光電技術 光電芯片

本文在光電檢測技術的基礎上設計了能夠快速檢測色膜質量的檢測器。

1 總體技術方案

光電芯片上設有兩路光電檢測電路，兩路光電檢測信號經放大芯片U1A和U1D線性放大后，輸出信號送到邏輯芯片U1C前進行比較，經邏輯處理后輸出；當被檢測色線膜正常時，OUT1高電平，OUT2低電平，綠燈D2亮；當被檢測色線膜裂斷、褶皺或偏移等原因造成兩組受光器受光差異時，OUT2高電平，OUT1低電平，紅燈D1亮。

本文設計的光電色膜檢測器安裝于發光源的對面，包裝用色線膜從中間通過，檢測窗緊靠被測色線膜，光電芯片為二組六元共陰陣列，電位器可進行檢測靈敏度的調整，以適應被測色線膜品種、批次的差異變化。在色線膜質量和供膜正常時，檢測器無控制信號輸出，生產線保持正常運行狀態；當色線膜出現裂斷、褶皺或偏移時，檢測窗內的光電芯片因感受光線的差異形成檢測信號，信號經電路板運算、比較和放大，形成控制信號由連接器上連接的出線插件輸出，通過控制和執行裝置使包裝設備停機，以避免因色線膜質量或供膜故障影響包裝質量和造成產品及包裝材料的浪費。

2 光電信號檢測與放大電路

在對包裝盒的色膜安裝進行檢測時，本文采用了光電檢測的方式對其進行檢測，光電檢測技術是光學與電子學相結合而產生的一門新興檢測技術。它主要利用電子技術對光學信號進行檢測，并進一步傳遞、儲存、控制、計算和顯示。

光電檢測技術從原理上講可以檢測一切能夠影響光量和光特性的非電量。它可通過光學系統把待檢測的非電量信息變換成為便于接受的光學信息，然后用光電探測器件將光學信息量變換成電量，并進一步經過電路放大、處理，以達到電信號輸出的目的。然后采用電子學、信息論、計算機及物理學等方法分析噪聲產生的原因和規律，以便于進行相應的電路改進，更好地研究被噪聲淹沒的微弱有用信號的特點與相關性，從而了解非電量的狀態。微弱信號檢測的目的是從強噪聲中提取有用信號，同時提高檢測系統輸出信號的信噪比。

光電探測器所接收到的信號一般都非常微弱，而且光探測器輸出的信號往往被深埋在噪聲之中，因此，要對這樣的微弱信號進行處理，一般都要先進行預處理，以將大部分噪聲濾除掉，并將微弱信號放大到后續處理器所要求的電壓幅度。這樣，就需要通過前置放大電路、濾波電路和主放大電路來輸出幅度合適、并已濾除掉大部分噪聲的待檢測信號。

眾多需要檢瀏的微弱光信號通常都是通過各種傳感器來進行非電量的轉換，從而使檢測對象轉變為電量（電流或電壓）。由于所測對象本身為微弱量，同時受各種不同傳感器靈敏度的限制，因而所得到的電量自然是小信號，一般不能直接用于采樣處理。本設計中的光電二極管前置放大電路主要起到電流轉電壓的作用，但后續電路一般為A/D轉換電路，所需電壓幅值一般為2 V。然而，即使是這樣，而輸出的電壓信號一般還需要繼續放大幾百倍，因此還需應用主放大電路。

3 信號比較器電路

光電信號經過前置放大和濾波后需要對信號進行比較，從而對色膜的安裝狀態進行判斷，如圖1所示，兩路光電信號進過U1C后，在輸出端輸出低電平或高電平從而控制燈泡的開光。

4 鉗位電路

本文設計的光電色膜檢測電路，鉗位電路中U2D、U2A和U2B的作用是對信號進行放大確認（被檢測色線膜出現褶皺等異常但兩路檢測信號比較不足以確定邏輯輸出狀態時），鎖定輸出狀態，即，由于被測信號波動，U1B反向端電壓會高于同向端，使邏輯運放U1B輸出低電平，此時鉗位電路工作，信號由U1A輸出端到有源低通運放U1D放大，經跟隨器U2A處理后到采樣電阻RV2，此時U2B同向端電壓高于反向端，邏輯運放U2B輸出高電平，從而使三極管Q1導通并點亮紅燈D1，使OUT1輸出低電平到鉗位；當被檢測色線膜斷開時，OUT1、OUT2均低電平，兩燈均不亮。

二極管的鉗位作用，是指把高電位拉到低電位；二極管的穩壓作用，是指一種專用的穩壓管，它是有固定穩壓參數的，在電路上是把負極接在電路的正極上，正極接在地端，當電路中的電壓高于穩壓二極管穩壓值時，穩壓二極管瞬間對地反向導通，當把電壓降到低于該穩壓值時二極管截止，起到穩壓 保護電路中元件的作用。

5 總結

本文采用光電技術實現對色線膜質量和供膜狀態的非接觸式檢測，器件無磨損；光電芯片實現六元共陰陣列設計，檢測面寬、反應速度快、光電轉換效率高、抗干擾能力強；信號采集處理及控制電路板設計新穎、科學，雙路信號采集、運放和比較，適應被檢測物變化靈敏度現場可調，檢測準確，性能可靠；一體化的結構設計，外形美觀，安裝使用方便，維護費用低。

參考文獻

[1]劉正岐，付文羽.影響光電檢測電路信噪比的因素[J].延安大學學報（自然科學版），2003，22（04）：41-43.

[2]劉 彬，張秋嬋.光電檢測前置放大電路的設計[J].燕山大學學報，2003，27（03）193-196.

作者單位

安徽科達自動化集團股份有限公司 安徽省蚌埠市 233010