接近型反射式光電開關的製作方法
2024-01-19 05:07:15
專利名稱：接近型反射式光電開關的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及光學電子技術領域。
在自動化生產過程中，如印刷、包裝機械行業或需要提供動作信號的自動化生產領域，都要儘量減少人為因素產生的失誤。由此，必須對自動化設備進行協調，對機、電系統進行精確控制，確保不產生誤動作，其中以光電開關識別色標，達到精確定位的目的，是實現自動化生產的關鍵。目前，國內常用的光電開關在光學系統上一般採用分束片分光，損耗光能量大，降低了系統信噪比；或者採用分束片分光，損耗光能量大，降低了系統信噪比；或者採用兩個透鏡傾斜放置，光軸交叉，造成光學上加工困難，裝配調試質量難於保證，影響了靈敏度，加之相應的電子系統中的電子線路也比較複雜等缺點。
本實用新型的目的，是提供一種工作距離在10mm-15mm之間的反射式光電開關——接近型反射式光電開關。它利用可見光譜範圍內的色標——背景對某一波長的光具有不同反射率的特性，從背景中識別出色標。
本實用新型主動發射的調製光通過光學系統聚焦在色標上，由色標反射回來的光再經光學系統聚焦在探測器上，進行光電轉換。電信號由電子線路放大、處理，最後以直流電平輸出。具體結構見附圖。
附圖1是本實用新型的結構圖。
本實用新型是由光學系統和電子系統兩部分組成。
本實用新型的光學系統是由三個透鏡組成的，其結構是，在透鏡(1)的後面的同一水平線上安有透鏡(2)和透鏡(3)，而三個透鏡的光軸互相平行。其中透鏡(1)與透鏡(2)構成發射光學系統，透鏡(1)與透鏡(3)構成接收光學系統。
本實用新型的電子系統，是在透鏡(3)後面，安裝有光電轉換探測器(7)，再串接前置放大器(8)，再串接後級放大器(9)，再接至相關器(10)；在透鏡(2)後，安有光欄(5)，其後有發光二極體(4)，再串接方波發生器(6)，再接至相關器(10)。相關器(10)接至比較器(12)的正極，比較器(12)的負極接靈敏度調節電位器(11)，比較器(12)串接亮動、暗動切換器(13)，再接至帶有短路保護的NPN電流電壓輸出型功率放大器(14)，或PNP電流電壓輸出型功率放大器(15)上。NPN電流電壓輸出功率放大器(14)含有輸出Q和V+(外接電源＂+＂端)短路的保護器，PNP電流電壓輸出型功率放大器(15)含有輸出出Q和V-短路的保護器。
本實用新型工作時，由光源發射出的調製光通過透鏡(1)、(2)、(3)組成的光學系統聚焦在色標上，由色標反射回來的光再經光學系統聚焦在光電轉換探測器(7)上，電轉換探測器(7)給出的電信號經低噪聲、高輸入阻抗的場效應電晶體組成的串聯負反饋前置放大器(8)進行前置放大，後跟一級放大器(9)。放大器(9)輸出的信號頻率與方波發生器(6)輸出的方波同頻，加到相關器(10)上。相關器是一種完成被測信號與參考信號(即方波發生器(6)輸出信號)互相關函數運算部件，即把被測信號中與參考信號同頻同相的信號檢測出來，抑制非同步的噪聲信號。相關器色括乘法器和積分器、直流放大器兩部分組成。相關器(10)輸出的直流信號Vi的高低正比於背景和色標反射率差值。該直流信號Vi輸入到比較器(12)的＂+＂輸入端，＂-＂輸入端接一門檻電平，門檻電平Vo由靈敏度調節電位器(11)產生，為了可靠性，Vo調製V1/2上，比較器(12)的輸出就是開關量，當Vi＜Vo比較器(12)的輸出為邏輯＂0＂，當Vi＞Vo輸出為邏輯＂1＂。比較器(12)的輸出送到控制亮動、暗動切換器(13)的VB輸入端，另一輸入端VA是光電開關的外接引線L/D端，當VA懸空時，是亮動；當VA線外接V-(外接電源線＂-＂端)時，是暗動。切換器(13)的輸出端接到帶有短路保護的NPN電流電源輸出型功率放大器(14)或PNP電流電源輸出型功率放大器(15)上，由Q端以直流電平輸出工作電壓。
本實用新型有以下特點1.光學發射、接收系統的結構不同於其它光電開關，其光學系統元件數量少，光學效率高，發射系統對接收系統無雜光幹擾。
2.電子線路中的相關器採用了開關式乘法部件，它不同於現有的光電開關中採用的模擬乘法器，因而電路簡單，容易調試，線性度好，動態範圍大。
3.本實用新型信噪比高，工作穩定，不受環境光幹擾，能從＂反射率差＂極小的背景中探測出色標。
4.響應速度快，適用於高速運動的色標圖案。
5.體積小，結構緊湊，安裝調試方便，具有較高的性能價格比。
總之，本實用新型可應用於一切具有色標特徵的定位控制，產品計數，寬度識別，速度監測，定長剪切等，是多種自動化生產線上廣泛使用的一種器件。
1、2、3——透鏡，4——發光二極體，5——光欄，6——方波發生器7——光電轉換探測器，8——前置放大器，9——後級放大器，10——相關器，11——靈敏度調節電位器，12——比較器，13——亮動、暗動切換器，14——NPN電流電壓輸出型功率放大器，15——PNP電流電壓輸出型功率放大器。
權利要求1.一種由透鏡、光欄、探測器等組成的接近型反射式光電開關，其特徵在於，在透鏡(1)後面的同一水平線上安有透鏡(2)和透鏡(3)，在透鏡(3)後安有光電轉換探測器(7)，並與前置放大器(8)以及後級放大器(9)串聯，並接至相關器(10)；在透鏡(2)後安有光欄(5)，其後有發光二極體(4)，再串接方波發生器(6)，接至相關器(10)；相關器(10)接至比較器(12)的正極，比較器(12)的負極接靈敏度調節電位器(11)；比較器(12)串接亮動、暗動切換器(13)，再串接至電流電壓輸出型功率放大器(14)。
2.如權利要求1所述的開關，其特徵在於，所述輸出功率放大器是NPN、PNP輸出型。
3.如權利要求1所述的開關，其特徵在於，透鏡(1)、(2)、(3)的光軸相互平行。
專利摘要本實用新型涉及光學電子技術領域。本實用新型的光學系統是由三個光軸相互平行的透鏡組成，電子學系統由探測器、放大器、相關器等組成，光源發出的調製光通過光學系統聚焦在色標上，由色標反射回來的光再經光學系統聚焦在探測器上，進行光電轉換，放大處理，最後以直流電平輸出。本實用新型可應用在一切具有色標特徵的定位控制，產品計數、寬度識別、速度監測，定長剪切等多種自動化生產線上。
文檔編號H03K17/968GK2253545SQ9524085
公開日1997年4月30日 申請日期1995年11月10日 優先權日1995年11月10日
發明者汪元鈞, 劉書珍, 汪宗輝, 洪津, 張運傑 申請人:中國科學院安徽光學精密機械研究所