光电式探丝传感器电路设计

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

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

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.