王万年

摘 要

本文设计一种能够实现快速对卷烟、药品、食品等生产线上产品包装色线膜质量和供膜检测控制的快速检测器，本文设计的检测器是基于光电检测技术，可靠性高，精度高。

【关键词】色膜检测 光电技术 光电芯片

本文在光电检测技术的基础上设计了能够快速检测色膜质量的检测器。

1 总体技术方案

光电芯片上设有两路光电检测电路，两路光电检测信号经放大芯片U1A和U1D线性放大后，输出信号送到逻辑芯片U1C前进行比较，经逻辑处理后输出；当被检测色线膜正常时，OUT1高电平，OUT2低电平，绿灯D2亮；当被检测色线膜裂断、褶皱或偏移等原因造成两组受光器受光差异时，OUT2高电平，OUT1低电平，红灯D1亮。

本文设计的光电色膜检测器安装于发光源的对面，包装用色线膜从中间通过，检测窗紧靠被测色线膜，光电芯片为二组六元共阴阵列，电位器可进行检测灵敏度的调整，以适应被测色线膜品种、批次的差异变化。在色线膜质量和供膜正常时，检测器无控制信号输出，生产线保持正常运行状态；当色线膜出现裂断、褶皱或偏移时，检测窗内的光电芯片因感受光线的差异形成检测信号，信号经电路板运算、比较和放大，形成控制信号由连接器上连接的出线插件输出，通过控制和执行装置使包装设备停机，以避免因色线膜质量或供膜故障影响包装质量和造成产品及包装材料的浪费。

2 光电信号检测与放大电路

在对包装盒的色膜安装进行检测时，本文采用了光电检测的方式对其进行检测，光电检测技术是光学与电子学相结合而产生的一门新兴检测技术。它主要利用电子技术对光学信号进行检测，并进一步传递、储存、控制、计算和显示。

光电检测技术从原理上讲可以检测一切能够影响光量和光特性的非电量。它可通过光学系统把待检测的非电量信息变换成为便于接受的光学信息，然后用光电探测器件将光学信息量变换成电量，并进一步经过电路放大、处理，以达到电信号输出的目的。然后采用电子学、信息论、计算机及物理学等方法分析噪声产生的原因和规律，以便于进行相应的电路改进，更好地研究被噪声淹没的微弱有用信号的特点与相关性，从而了解非电量的状态。微弱信号检测的目的是从强噪声中提取有用信号，同时提高检测系统输出信号的信噪比。

光电探测器所接收到的信号一般都非常微弱，而且光探测器输出的信号往往被深埋在噪声之中，因此，要对这样的微弱信号进行处理，一般都要先进行预处理，以将大部分噪声滤除掉，并将微弱信号放大到后续处理器所要求的电压幅度。这样，就需要通过前置放大电路、滤波电路和主放大电路来输出幅度合适、并已滤除掉大部分噪声的待检测信号。

众多需要检浏的微弱光信号通常都是通过各种传感器来进行非电量的转换，从而使检测对象转变为电量（电流或电压）。由于所测对象本身为微弱量，同时受各种不同传感器灵敏度的限制，因而所得到的电量自然是小信号，一般不能直接用于采样处理。本设计中的光电二极管前置放大电路主要起到电流转电压的作用，但后续电路一般为A/D转换电路，所需电压幅值一般为2 V。然而，即使是这样，而输出的电压信号一般还需要继续放大几百倍，因此还需应用主放大电路。

3 信号比较器电路

光电信号经过前置放大和滤波后需要对信号进行比较，从而对色膜的安装状态进行判断，如图1所示，两路光电信号进过U1C后，在输出端输出低电平或高电平从而控制灯泡的开光。

4 钳位电路

本文设计的光电色膜检测电路，钳位电路中U2D、U2A和U2B的作用是对信号进行放大确认（被检测色线膜出现褶皱等异常但两路检测信号比较不足以确定逻辑输出状态时），锁定输出状态，即，由于被测信号波动，U1B反向端电压会高于同向端，使逻辑运放U1B输出低电平，此时钳位电路工作，信号由U1A输出端到有源低通运放U1D放大，经跟随器U2A处理后到采样电阻RV2，此时U2B同向端电压高于反向端，逻辑运放U2B输出高电平，从而使三极管Q1导通并点亮红灯D1，使OUT1输出低电平到钳位；当被检测色线膜断开时，OUT1、OUT2均低电平，两灯均不亮。

二极管的钳位作用，是指把高电位拉到低电位；二极管的稳压作用，是指一种专用的稳压管，它是有固定稳压参数的，在电路上是把负极接在电路的正极上，正极接在地端，当电路中的电压高于稳压二极管稳压值时，稳压二极管瞬间对地反向导通，當把电压降到低于该稳压值时二极管截止，起到稳压 保护电路中元件的作用。

5 总结

本文采用光电技术实现对色线膜质量和供膜状态的非接触式检测，器件无磨损；光电芯片实现六元共阴阵列设计，检测面宽、反应速度快、光电转换效率高、抗干扰能力强；信号采集处理及控制电路板设计新颖、科学，双路信号采集、运放和比较，适应被检测物变化灵敏度现场可调，检测准确，性能可靠；一体化的结构设计，外形美观，安装使用方便，维护费用低。

参考文献

[1]刘正岐，付文羽.影响光电检测电路信噪比的因素[J].延安大学学报（自然科学版），2003，22（04）：41-43.

[2]刘 彬，张秋婵.光电检测前置放大电路的设计[J].燕山大学学报，2003，27（03）193-196.

作者单位

安徽科达自动化集团股份有限公司 安徽省蚌埠市 233010