專利名稱：高速光電數(shù)粒傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是一種用于自動控制中對運動物體進(jìn)行計數(shù)和測量的傳感器。特別是
一種用于制藥行業(yè)中的光電數(shù)粒機(jī)非接觸光電式計數(shù)測量技術(shù)的高速光電數(shù)粒傳感器。
背景技術(shù)：
光電數(shù)粒機(jī)的技術(shù)核心之一是安裝有發(fā)射、接收紅外線的光電數(shù)粒傳感器，該光 電數(shù)粒傳感器內(nèi)設(shè)有數(shù)粒檢測通道，當(dāng)顆粒通過檢測通道時，發(fā)射端的紅外線被遮擋，相應(yīng) 的接收端就會檢測到紅外線信號的脈沖變化。變化的脈沖通過可編程控制器(PLC)或CPU 內(nèi)的應(yīng)用程序和模型，通過特定算法對脈沖信號識別、判斷，確定通過的顆粒的特性、形狀、 體積，即可判斷通過的藥粒是合格品還是不合格品，并進(jìn)行計數(shù)和記錄。 現(xiàn)有的光電數(shù)粒傳感器有以下三種 第一種是擴(kuò)散反射型光電數(shù)粒傳感器。擴(kuò)散反射型光電數(shù)粒傳感器是利用反射型 光電傳感器組成光電數(shù)粒系統(tǒng)；擴(kuò)散反射型光電數(shù)粒傳感器的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜， 但是，其最主要的缺點是反射回的光不僅受物體大小的影響，而且同物體的顏色、表面反射 率、下落的角度等多種因素有關(guān)，因而其可靠性不高。由于反射回的光受物體的大小及顏色 等因數(shù)的影響，因而，擴(kuò)散反射型光電數(shù)粒傳感器在使用中必須對每一種待測物體進(jìn)行傳 感器的校正，非常耗費時間。在物體的顏色、表面反射率一致性不好時，誤數(shù)的幾率增加。以 上因素限制了擴(kuò)散反射型光電數(shù)粒傳感器在數(shù)粒系統(tǒng)中的應(yīng)用。 第二種是對射型光纖光電數(shù)粒傳感器。對射型光纖光電數(shù)粒傳感器由光纖傳感放 大器和矩型光纖管組成，矩型光纖管利用光纖連接技術(shù)，將一路光用光波導(dǎo)的形式，擴(kuò)展為 多束光，增大了發(fā)射和接收的面積，而使傳感器的探測面積得以增大到數(shù)粒系統(tǒng)所要求的 截面積。傳感器采用對射的方式，因此傳感器僅在物體擋住對射光路時改變輸出狀態(tài)。因 為對射傳感器的輸出僅同物體的大小有關(guān)，而與物體的顏色、表面反射率、下落的角度等多 種因素?zé)o關(guān)，因而，對射型光纖光電數(shù)粒傳感器具有比擴(kuò)散反射型光電數(shù)粒傳感器高的可 靠性。但是由于對射型光纖光電數(shù)粒傳感器將一路光擴(kuò)展為多束光，因而當(dāng)物體擋住擴(kuò)展 后的多束光(n)中的其中一路光時，相當(dāng)于擋住了擴(kuò)展前的光束的l/n。為了使傳感器的輸 出改變狀態(tài)，光電傳感器的閾值必須調(diào)得很低(為擴(kuò)展前的1/n)，這使得對射型光纖光電 數(shù)粒傳感器的抗干擾性下降。光纖傳感器的另一個缺點是價格昂貴，限制了它的廣泛應(yīng)用。 第三種是掃描光幕數(shù)粒傳感器。掃描光幕數(shù)粒傳感器的原理是光幕的一邊等間距 安裝有多個紅外發(fā)射管，另一邊一一對應(yīng)地有安裝在同一條直線上，相同數(shù)量，同樣排列的 紅外接收管，對應(yīng)的發(fā)射管和接收管依一定的時序逐一開通一個通道，關(guān)閉其與通道的掃 描方式，從第一個光路開始到最后一個光路，周而復(fù)始，構(gòu)成一個掃描光幕。當(dāng)開通的通道 被下落的物體擋住時，掃描光幕的輸出改變狀態(tài)，計數(shù)器加一。掃描光幕數(shù)粒傳感器的主要 缺陷在于其低的分辨率和低的計數(shù)速度。由于從第一個光路開始到最后一個光路的掃描 需要一定的時間(通道數(shù)越多，掃描時間越長)，當(dāng)掃描時間大于物體通過光幕的時間時， 光幕傳感器無法可靠地探測到物體，這就限制了可探測物體的最小尺寸和通過光幕時的速
3度。
以上三種光電數(shù)粒傳感器存在著以下共有的缺陷 1.對小尺寸顆粒的識別和檢測，其失效率高，不能滿足制藥行業(yè)的要求。目前最成
熟的技術(shù)也只能有限檢測識別直徑大于2. 5mm的顆粒。 2.光電傳感器的響應(yīng)速度不能滿足高速、大批量的裝瓶需求。 3.顆粒數(shù)粒過程中產(chǎn)生的粉塵及振動輸送過程中產(chǎn)生的靜電，對光電傳感器會干 擾并影響數(shù)粒精度。 4.傳感器的可靠性不高，存在誤數(shù)問題。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是為了克服現(xiàn)有光電數(shù)粒傳感器數(shù)粒精度差、響應(yīng)速度慢、可 靠性差的缺陷，發(fā)明一種利用同時發(fā)射、分時調(diào)制的對射型光電傳感器陣列，實現(xiàn)高速、可 靠、高分辨率的高速光電數(shù)粒傳感器。 本實用新型的目的是按如下的方式來實現(xiàn)的所述高速光電數(shù)粒傳感器，由同時 發(fā)射的第一至第n通道的發(fā)光管及其對應(yīng)的接收管組成，第一至第n通道的發(fā)光管可以組 成一維的光電數(shù)粒傳感器(只有x方向)，也可以組成二維的光電數(shù)粒傳感器(包括x方向 和y方向)。 所述發(fā)光管通過驅(qū)動電路發(fā)射紅外光，第一至第n通道的發(fā)光管發(fā)射的紅外光構(gòu) 成了光電數(shù)粒傳感器的光幕；接收管通過放大電路及信號處理電路接收光幕傳遞過來的信 號；另有一時序電路產(chǎn)生時序，使相鄰的發(fā)光管的發(fā)射，處于不同的時間間隔內(nèi)，即第一通 道的發(fā)射同第二、第三、第n通道的發(fā)射處于不同的時間階段內(nèi)；時序電路同時控制接收器 的放大及信號處理電路，使接收器的采樣工作與相應(yīng)通道的發(fā)射管的發(fā)射工作相同步；經(jīng) 過時序電路控制的脈沖，通過可編程控制器(PLC)或微處理器(CPU)內(nèi)的應(yīng)用程序和模型， 對脈沖信號進(jìn)行識別和判斷，再通過輸出控制顯示通過的顆粒的特性、形狀、體積、坐標(biāo)，或 者通過通訊模塊、計算機(jī)應(yīng)用軟件顯示通過的顆粒的特性、形狀、體積、坐標(biāo)；通過顆粒的特 性、形狀、體積、坐標(biāo)，即可判斷通過的顆粒是合格品還是不合格品，并進(jìn)行計數(shù)和記錄。 所述驅(qū)動電路、放大電路、信號處理電路和時序電路，是采用ISL102A集成電路內(nèi) 包含的驅(qū)動、放大、信號處理及時序電路，發(fā)光管D通過ISL102A的管腳7與的驅(qū)動電路連 接，接收器S反向偏置，經(jīng)由管腳1接到ISL102A內(nèi)的放大電路，管腳6和管腳7之間連接 有時序電路，通過時序電路產(chǎn)生延時，該延時能保證每個通道的光電發(fā)射和接收是在各自 不同的時間間隔內(nèi)發(fā)射和接收的時序，由此保證了光幕能夠工作在調(diào)制式同時發(fā)射和對射 的模式下，確保光電數(shù)粒傳感器的可靠、高速和高分辨率；管腳5經(jīng)由ISL102A集成電路內(nèi) 的信號處理電路與接收器S連接，當(dāng)接收器S接收的信號下降到一定閾值時，信號處理電路 會產(chǎn)生報警信號，提示系統(tǒng)受到粉塵等因素影響，需要對系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)，避免傳感器誤數(shù)。 本實用新型的積極效果如下 本實用新型擁有高的分辨率，可探測到最小< lmm的顆粒；本實用新型采用同時 發(fā)射，相鄰?fù)ǖ阑ハ嗖桓蓴_的光電傳感器陣列(非掃描計數(shù)式光幕)，大大提高了的數(shù)粒傳 感器響應(yīng)速度，滿足高速數(shù)粒的要求；本實用新型采用調(diào)制對射式傳感器，大大提高了檢測 的可靠性；本實用新型可以構(gòu)成不同形式的數(shù)粒傳感器，可對扁平物體進(jìn)行計數(shù)，并可對物體的截面積，體積進(jìn)行測量。
圖1是本實用新型的電路框圖 圖2是本實用新型的電路圖
具體實施方式如圖l所示，所述高速光電數(shù)粒傳感器，由同時發(fā)射的第一至第n通道的發(fā)光管及 其對應(yīng)的接收管組成，第一至第n通道的發(fā)光管可以組成一維只有x方向的光電數(shù)粒傳感 器，也可以組成二維包括x方向和y方向的光電數(shù)粒傳感器。(圖中是x方向通道) 所述發(fā)光管通過驅(qū)動電路發(fā)射紅外光，第一至第n通道的發(fā)光管發(fā)射的紅外光構(gòu) 成了光電數(shù)粒傳感器的光幕；接收管通過放大電路及信號處理電路接收光幕傳遞過來的信 號；另有一時序電路產(chǎn)生時序，使相鄰的發(fā)光管的發(fā)射，處于不同的時間間隔內(nèi)，即第一通 道的發(fā)射同第二、第三、第n通道的發(fā)射處于不同的時間階段內(nèi)；時序電路同時控制接收器 的放大及信號處理電路，使接收器的采樣工作與相應(yīng)通道的發(fā)射管的發(fā)射工作相同步；經(jīng) 過時序電路控制的脈沖，通過可編程控制器(PLC)或微處理器(CPU)內(nèi)的應(yīng)用程序和模型， 對脈沖信號進(jìn)行識別和判斷，再通過輸出控制顯示通過的顆粒的特性、形狀、體積、坐標(biāo)，或 者通過通訊模塊、計算機(jī)應(yīng)用軟件顯示通過的顆粒的特性、形狀、體積、坐標(biāo)；通過顆粒的特 性、形狀、體積、坐標(biāo)，即可判斷通過的顆粒是合格品還是不合格品，并進(jìn)行計數(shù)和記錄。 如圖2所示，所述驅(qū)動電路、放大電路、信號處理電路和時序電路，是采用ISL102A 集成電路內(nèi)包含的驅(qū)動、放大、信號處理及時序電路，發(fā)光管D通過ISL102A的管腳7與的 驅(qū)動電路連接，接收器S反向偏置，經(jīng)由管腳1接到ISL102A內(nèi)的放大電路，管腳6和管腳 7之間連接有時序電路，通過時序電路產(chǎn)生延時，該延時能保證每個通道的光電發(fā)射和接收 是在各自不同的時間間隔內(nèi)發(fā)射和接收的時序，由此保證了光幕能夠工作在調(diào)制式同時發(fā) 射和對射的模式下，確保光電數(shù)粒傳感器的可靠、高速和高分辨率；管腳5經(jīng)由ISL102A集 成電路內(nèi)的信號處理電路與接收器S連接，當(dāng)接收器S接收的信號下降到一定閾值時，信號 處理電路會產(chǎn)生報警信號，提示系統(tǒng)受到粉塵等因素影響，需要對系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)，避免傳感 器誤數(shù)。 與采用反射式光電傳感器的計數(shù)器相比，由于對射型光電傳感器高的信號、噪聲 比，本實用新型的計數(shù)光電傳感器提高了測量的可靠性； 與采用非調(diào)制式對射型光電傳感相比，本實用新型采用高頻調(diào)制抑制了環(huán)境光的 干擾，提高了傳感器的信號、噪聲比，同樣提高了測量的可靠性； 與采用調(diào)制式的掃描計數(shù)光幕相比，本實用新型同時發(fā)射的調(diào)制式光電傳感器， 大大提高了測量的速度。
權(quán)利要求一種高速光電數(shù)粒傳感器，其特征在于所述高速光電數(shù)粒傳感器，由同時發(fā)射的第一至第n通道的發(fā)光管及其對應(yīng)的接收管組成，第一至第n通道的發(fā)光管可以組成一維只有x方向的光電數(shù)粒傳感器，也可以組成二維包括x方向和y方向的光電數(shù)粒傳感器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速光電數(shù)粒傳感器，其特征在于所述發(fā)光管通過驅(qū)動電 路發(fā)射紅外光，第一至第n通道的發(fā)光管發(fā)射的紅外光構(gòu)成了光電數(shù)粒傳感器的光幕；接 收管通過放大電路及信號處理電路接收光幕傳遞過來的信號；另有一時序電路產(chǎn)生時序， 使相鄰的發(fā)光管的發(fā)射，處于不同的時間間隔內(nèi)，即第一通道的發(fā)射同第二、第三、第n通 道的發(fā)射處于不同的時間階段內(nèi)；時序電路同時控制接收器的放大及信號處理電路，使接 收器的采樣工作與相應(yīng)通道的發(fā)射管的發(fā)射工作相同步；經(jīng)過時序電路控制的脈沖，通過 可編程控制器(PLC)或微處理器(CPU)內(nèi)的應(yīng)用程序和模型，對脈沖信號進(jìn)行識別和判斷， 再通過輸出控制顯示通過的顆粒的特性、形狀、體積、坐標(biāo)，或者通過通訊模塊、計算機(jī)應(yīng)用 軟件顯示通過的顆粒的特性、形狀、體積、坐標(biāo)；通過顆粒的特性、形狀、體積、坐標(biāo)，即可判 斷通過的顆粒是合格品還是不合格品，并進(jìn)行計數(shù)和記錄。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的高速光電數(shù)粒傳感器，其特征在于所述驅(qū)動電路、放大電 路、信號處理電路和時序電路，是采用ISL102A集成電路內(nèi)包含的驅(qū)動、放大、信號處理及 時序電路，發(fā)光管D通過ISL102A的管腳7與的驅(qū)動電路連接，接收器S反向偏置，經(jīng)由管 腳1接到ISL102A內(nèi)的放大電路，管腳6和管腳7之間連接有時序電路，通過時序電路產(chǎn)生 延時，該延時能保證每個通道的光電發(fā)射和接收是在各自不同的時間間隔內(nèi)發(fā)射和接收的 時序，由此保證了光幕能夠工作在調(diào)制式同時發(fā)射和對射的模式下，確保光電數(shù)粒傳感器 的可靠、高速和高分辨率；管腳5經(jīng)由ISL102A集成電路內(nèi)的信號處理電路與接收器S連 接，當(dāng)接收器S接收的信號下降到一定閾值時，信號處理電路會產(chǎn)生報警信號，提示系統(tǒng)受 到粉塵等因素影響，需要對系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)，避免傳感器誤數(shù)。
專利摘要本實用新型是一種對運動物體進(jìn)行計數(shù)和測量的傳感器。特別是一種高速光電數(shù)粒傳感器。其由同時發(fā)射的第一至第n通道的發(fā)光管及其對應(yīng)的接收管組成，發(fā)光管通過驅(qū)動電路發(fā)射紅外光，第一至第n通道的發(fā)光管發(fā)射的紅外光構(gòu)成了光電數(shù)粒傳感器的光幕；接收管通過放大電路及信號處理電路接收光幕傳遞過來的信號；另有一時序電路產(chǎn)生時序，使相鄰的發(fā)光管的發(fā)射，處于不同的時間間隔內(nèi)。本實用新型擁有高的分辨率，可探測到最?。?mm的顆粒；本實用新型提高了的數(shù)粒傳感器響應(yīng)速度，滿足高速數(shù)粒的要求；本實用新型提高了檢測的可靠性；本實用新型可以構(gòu)成不同形式的數(shù)粒傳感器，可對扁平物體進(jìn)行計數(shù)，并可對物體的截面積，體積進(jìn)行測量。
文檔編號G01N15/14GK201503383SQ200920183070
公開日2010年6月9日 申請日期2009年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月18日
發(fā)明者鄭政 申請人:矽拓微電子(上海)有限公司