光电式探丝传感器原理及其电路设计

 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

为了使发光二极管的亮度始终保持一定，由 LED1 、N1 、R0 、ZD1 和R1构成恒流源红外发射电路，IC 2B,PH,R2～R4构成红外接收电路，信号通过C1耦合输出。当PH接受到的红外光能不变时，IC 2B的7脚输出电平不变，则C1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PH所接收到的光能改变时，C1耦合输出相同频率的脉动信号。见图1。

图1 红外发射及接收电路

2. 前级放大及整形调制电路

由R5～R9及IC 2A组成前级放大电路，由R5、R6输入偏置静态工作点，对C1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R8和R9的比值。整形调制电路由R11～R13、C3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。见图2。

　　
图2 前级放大及整形调制电路

3. 解调电路

由D1、R15～R18、C6及IC 2C组成，由R18引入正反馈。当前级信号频率低于一定值F1时，IC 2C的8脚输出低电平;当前级信号频率高于一定值F2时，IC 2C的8脚输出高电平。临界过渡区频率范围FW=F2-F1，适当的FW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、C8、R24及D4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F1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C8进行快速充电，输出截止。延时时间由C8及R24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， R27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。D5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。