摘要：检测控制系统是自动控制领域的核心技术之一，其准确性及灵敏度决定了自动化过程的优劣。详细介绍了精度可调试光电检测系统的工作流程及其主要功能模块的设计原理。该系统可应用于纺织、机械、食品等生产设备中，对生产产品进行实时检测控制。

    关键词：精度可调 光电检测 红外发射/接收

    检测控制系统是自动控制领域的核心支持之一，其灵敏度及精度直接决定了自动化过程的优劣。通过对部分棉纺织企业的生产现场调研发现，有一部分纺纱设备仍使用人工检测，不能保证断条及时捻接及棉纱粗细稳定性，从而造成产品质量差及生产效率低等问题。选择匹配的检测电路可实现控制功能，并能在实际环境条件下实现精度可调试实时检测与控制。因此，它是产品质量及效率提高的保证。

    郑州航院机电研究所基于光电技术开发了高精度可调式检测系统。由于红外线具有较强的穿透能力和抗干扰能力，不易散射且不易引起串干扰，因此该系统基于红外线传感技术并利用调制/解调技术完成了系统信号发射接收，有效地改造了国产fa431、fa541系列高速粗纱机，使生产效率提高25～35%，产品质量大幅度提高，受到了使用单位的欢迎。经专家认证，改造后的fa431粗纱机在性价比上优于日本丰田公司fl16粗纱机。该系统不仅可用于纺织机械，通过对系统精度、测量范围的调节，还可应用在传统锻床、机床等生产设备中，系统正确检测率达100%。

    1 系统信号流程及工作原理

    从信号发生器到执行机件，是系统处理红外信号的主通道。在主通道中，信号按图1所示顺序进行传送。

    红外接收管是一种光感电流源。光感电流随光能量的增大而增大，光感电流对电容进行充电后，就可以得到随光通量变化而变化的电信号。无遮挡物时，光路畅通无阻，光感电流最大；有遮挡物通过检测区时，光路被遮挡一部分，光感电流降低，输出电位升高，遮光面积越大，输出电位就越高。利用该原理，通过对检测系统灵敏度的调节，对被测特体直径和面积量的测控，可实现质检或安全保护等作用。红外发光管和红外接收管分居光电检测区两侧，很少需要维护。在实际工作环境中，为了满足同时对多个工位自动检测的要求，系统使用接插件连接，安装位置及结构如图2所示（本图为通过接插件实现多位检测）。

    系统发光管采用脉动电流驱动方式驱动，红外光的产生和拾取分别采用脉冲调制技术和同步解调技术来完成。脉冲调制光与直流光相比，一方面增强了抵御环境杂散光干扰和车间内机电信号干扰的能力，另一方面由于发光管工作于脉冲状态，其寿命也相对延长。当有遮挡物进入检测区时，红外接收管接收到的光的强度会发生突变。因而，凡是变化的光信号，一概被看作有遮挡信号。传统的安全保护器容易出现误动作，如当打开或关掉照明灯时，信号处理单元会将其判断为有遮接信号而发生误操作。本系统在设计上采用脉冲调制/同步解调技术，使红外发光管一段时间发射信号，一段时间关断信号，即发出脉冲形式的红外光。同样，红外接收管也只在红外发光管发射脉冲信号期间接通工作，大大降低了误动作发生的机率。发光和接收在时间上的保持同步，因而只有红外发光管发出的光才会被检测出来，边界杂散光则全被屏除在外，从而使该控制系统的抗干扰能力大大提高。这是本系统在设计上的独特点。

    2 系统主要功能模块设计

    该控制系统主要由以下功能模块组成：高稳定性低功耗直接电流系统、信号发生系统、红外脉冲发射系统、电子自锁开关系统、红外接收系统、信号处理系统、驱动电路、状态指示面板等。由于篇幅有限，这里仅对系统的重要功能模块的设计作一说明。

    2．1 红外脉冲发射系统

    为提高红外光的发射效率并对多工位检测开关进行控制，本系统采用脉冲编码方式，大大提高了红外发射管的发射效率。另外，增加红外光束光学聚焦系统，降低了对发射管功能的要求。红外脉冲发射系统原理框图如图3所示。来自信号发生系统的方波经过缓冲、放大、变频后，得到较小占空比的脉冲波，驱动红外发射管工作，使得红外发光管工作于脉冲状态。这样，可降低平均红外发射功率，提高瞬时发射功率及抗干扰能力，加大红色外作用距离，并且大大延长了其使用寿命。

    为了满足该装置的工作要求，可将两个以上的