CN100541139C

CN100541139C - 一种卷绕物综合传感器

Info

Publication number: CN100541139C
Application number: CNB2007100705661A
Authority: CN
Inventors: 陈德传
Original assignee: Hangzhou Electronic Science and Technology University
Current assignee: Hangzhou Dianzi University; Hangzhou Electronic Science and Technology University
Priority date: 2007-08-28
Filing date: 2007-08-28
Publication date: 2009-09-16
Anticipated expiration: 2027-08-28
Also published as: CN101118166A

Abstract

本发明涉及一种卷绕物的卷径实时检测、线速度实时检测、卷绕长度实时检测等多信号输出的卷绕物综合传感器。现有的传感器均无法兼容对卷径、线速度、卷绕长度的检测。本发明在同轴上平行设置有两个相同规格的滚轮和正交编码盘，正交编码盘沿圆周方向间隔设置有检测齿和检测槽，两个正交编码盘的检测齿和检测槽错开设置，错开位置的大小为一个检测齿的一半；对应每个正交编码盘位置设置有槽形光电开关，槽形光电开关与信号处理电路板连接，霍尔通过航空连接件与信号处理电路板连接。本发明结构简单、检测精度高、输出信号功能多、后续应用处理简便，可以广泛使用在各类带材、线材及管材等加工、生产过程中。

Description

一种卷绕物综合传感器

技术领域

本发明涉及一种传感器，特别是涉及一种关于卷绕物在卷绕过程中的卷径实时检测、线速度实时检测、卷绕长度实时检测等多信号输出的卷绕物综合传感器。适用于各类带材、线材、塑性管材等加工、生产过程中对卷径、线速度、卷绕长度的测控。

背景技术

在诸如软包装印刷、塑料薄膜、纸品、纺织物、胶带、金属箔带、电线电缆、绳缆等各类带材、线材、及塑性管材等加工、生产及卷绕过程中，卷径检测、线速度检测、卷绕长度计量等测控是上述各类生产中的基本要求，并希望传感器输出的信号要方便于后续不同需求的处理。而现有的此类传感器均无法兼容对卷径、线速度、卷绕长度的检测(注：此类长度检测也称计长)，目前还没有可以集卷径实时检测、线速度实时检测、卷绕长度实时检测于一体的卷绕物综合传感器。尤其是卷径的检测，一般都是自成产品。现有的卷径传感器类型主要是：一是基于超声波测距原理的传感器，其在不同的应用场合都需作标定处理，安装方式较严格，且价格昂贵，如日本NIRECO公司、德国P+F公司的产品等；二是机械摆臂靠轮式，通过机械摆臂上的电位器检测摆臂摆角再换算成卷径的方式，其不足点是检测机构有非线性、精度较低、还存在着机构复杂并有机械跳动干扰等问题；三是作为附属于特定仪表或系统(如国产专用于卷绕张力控制的艾默森异步电机变频器)中的卷径检测模块。此外，也有使用厚度积分法，但在该法中需设定初始卷径及卷绕物的每层厚度，其不足点是使用不方便、精度低、尤其是塑性卷绕物在卷绕中的厚度会因受力而变化。再者，在线速度检测、卷绕长度计量方面也存在着适应的车速不高、后续的信号处理不够便捷等问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有相关传感器的不足，提供一种结构简单、通用性强、安装方便，具有集卷径实时检测、线速度实时检测、卷绕长度实时检测于一体的卷绕物综合传感器。

本发明包括外壳，外壳两侧对称设置有两个相同规格的滚轮，两个滚轮的轮心与穿过外壳的转轴连接。外壳内平行设置有两个相同规格和形状的正交编码盘，两个正交编码盘的盘心与转轴固定连接。正交编码盘为圆片型，盘心设置有安装孔，沿圆周方向间隔设置有检测齿和检测槽，每个正交编码盘的检测齿和检测槽数量和形状相同。两个正交编码盘的检测齿和检测槽错开设置，错开位置的大小为一个检测齿的一半。外壳内对应于两个正交编码盘设置有两个槽形光电开关，每个槽形光电开关的发射端和接收端设置在正交编码盘的两侧，并与检测齿和检测槽位置对应，槽形光电开关的信号输出端与外壳内的信号处理电路板连接。外壳上固定设置有航空连接件，外壳外设置有霍尔开关，航空连接件分别与霍尔开关和信号处理电路板连接。

信号处理电路板的印刷电路板上固定设置有光电开关信号输入连接件、霍尔开关信号输入连接件、RC滤波器、施密特触发器、CPLD芯片(可编程逻辑器件)、OC门驱动器、卷径信号输出转换器、有源晶振、5V稳压电源、3.3V稳压电源、信号输出连接件。其中，光电开关信号输入连接件和霍尔开关信号输入连接件的输入端分别与槽形光电开关和霍尔开关的信号输出端连接，其输出端与RC滤波器的输入端连接，RC滤波器的输出端与施密特触发器的输入端连接，施密特触发器的输出端与CPLD芯片连接；信号输出连接件的输出端与航空连接件连接，其输入端与OC门驱动器和卷径信号输出转换器的输出端连接，OC门驱动器和卷径信号输出转换器的输入端与CPLD芯片连接，有源晶振与CPLD芯片信号连接；5V稳压电源的输出端分别与光电开关信号输入连接件、霍尔开关信号输入连接件、RC滤波器、施密特触发器、OC门驱动器、卷径信号输出转换器和3.3V稳压电源的输入端电连接，信号输出连接件与5V稳压电源的输入端连接，3.3V稳压电源的输出端与有源晶振和CPLD芯片连接。

本发明中的槽形光电开关、光电开关信号输入连接件、霍尔开关信号输入连接件、RC滤波器、施密特触发器、CPLD芯片、OC门驱动器、5V稳压电源、3.3V稳压电源、有源晶振、信号输出连接件和航空连接件均采用现有的成熟产品，可以通过市场取得。例如：光电开关信号输入连接件、霍尔开关信号输入连接件和信号输出连接件采用CH2.54型连接件、施密特触发器采用CD40106施密特触发器、CPLD芯片采用EPM3064ATC44可编程逻辑器件、OC门驱动器采用MC1413 OC门驱动器、卷径信号输出转换器采用TCL2262运算放大器、5V稳压电源采用LM7805稳压电源、3.3V稳压电源采用DF1117-3.3稳压电源、有源晶振采用2.048MHz-3.3V有源晶振，航空连接件采用Y11-10TK/10ZJ航空连接件。

本发明的有益效果是：结构简单、性价比高，卷径检测方法的优点突出，输出信号功能多、后续应用处理简便，其中的当量为(1/100)m/P、(1/200)m/P的脉冲信号适于长度计量用途，用户可根据所需的计长分辨率或后续仪表、PLC等输入接口电路的响应速度进行选择；当量为(1/60)m/P的脉冲信号特别适于数字测速应用，因该脉冲信号频率f₁(Hz)的数值与被测物运动线速度V₁(m/min)相等，而无需再做任何换算。本发明在诸如软包装印刷、塑料薄膜、纸品、纺织物、胶带、金属箔带、电线电缆、绳缆等各类带材、线材、及塑性管材等加工、生产过程中用途广泛、使用便捷、可靠。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中正交编码盘的结构示意图；

图3为图1中两个正交编码盘的位置关系示意图；

图4为图1中信号处理电路板的结构示意图；

图5为本发明实际应用状态示意图。

具体实施方式

如图1所示，卷绕物综合传感器包括外壳5，外壳5两侧对称设置有两个相同规格的滚轮1，两个滚轮1的轮心与穿过外壳5的转轴8连接。外壳5内平行设置有两个相同规格和形状的正交编码盘2，两个正交编码盘2的盘心与转轴8固定连接。外壳5内对应两个正交编码盘2设置有两个槽形光电开关4，每个槽形光电开关4的发射端和接收端设置在正交编码盘2的两侧，槽形光电开关4的信号输出端与外壳5内的信号处理电路板6连接。外壳5上固定设置有航空连接件7，外壳5外设置有霍尔开关3，Y11-10TK/10ZJ航空连接件7分别与霍尔开关3和信号处理电路板6连接。

如图2所示，正交编码盘2为圆片型，盘心设置有安装孔，沿圆周方向间隔设置有检测齿9和检测槽10，每个正交编码盘2的检测齿9和检测槽10数量和形状相同。槽形光电开关4的发射端和接收端与检测齿9和检测槽10位置对应。

如图3所示，两个正交编码盘2-1(实线部分)和2-2(虚线部分)的检测齿(9-1和9-2)以及检测槽(10-1和10-2)错开设置，错开位置的大小为一个检测齿的一半。

如图4所示，信号处理电路板的印刷电路板上固定设置有CH2.54型光电开关信号输入连接件12、CH2.54型霍尔开关信号输入连接件13、RC滤波器11、CD40106施密特触发器14、EPM3064ATC44可编程逻辑器件16、MC1413OC门驱动器17、TCL2262运算放大器18、2.048MHz-3.3V有源晶振15、LM78055V稳压电源21、DF1117-3.3V稳压电源20、CH2.54型信号输出连接件19。

其中，CH2.54型光电开关信号输入连接件12和CH2.54型霍尔开关信号输入连接件13的输入端分别与槽形光电开关4和霍尔开关3的信号输出端连接，其输出端与RC滤波器11的输入端连接，RC滤波器11的输出端与CD40106施密特触发器14的输入端连接，CD40106施密特触发器14的输出端与EPM3064ATC44可编程逻辑器件16连接；CH2.54型信号输出连接件19的输出端与Y11-10TK/10ZJ航空连接件7连接，其输入端与OC门驱动器17和卷径信号输出转换器18的输出端连接，OC门驱动器17和卷径信号输出转换器18的输入端与EPM3064ATC44可编程逻辑器件16连接，2.048MHz-3.3V有源晶振15与EPM3064ATC44可编程逻辑器件16连接；5V稳压电源21的输出端分别与光电开关信号输入连接件12、霍尔开关信号输入连接件13、RC滤波器11、CD40106施密特触发器14、MC1413 OC门驱动器17、TCL2262运算放大器18和DF1117-3.3V稳压电源20的输入端电连接，信号输出连接件19与LM78055V稳压电源21的输入端连接，DF1117-3.3V稳压电源20的输出端与2.048MHz-3.3V有源晶振15和EPM3064ATC44可编程逻辑器件16连接。

实际工作状态如图5所示，电机26通过卷轴带动卷筒22转动，卷绕物被卷绕物综合传感器中的滚轮1和导辊压紧，卷绕物带动滚轮做相同线速度转动。卷绕物综合传感器中霍尔开关3的磁钢固定在卷轴上，将卷筒22的转速信号传送至卷绕物综合传感器。卷绕物综合传感器的输出信号传送至卷径/速度/长度监控系统24、电机26及其控制系统25，使得电机26及其控制系统25能根据卷径信号对卷绕中的转矩及转速进行自动控制以达到对卷绕过程的张力与速度的控制目的，同时卷径/速度/长度监控系统24能实时地对卷径、线速度、卷绕长度等进行监控，当卷径/速度/长度监控系统24监测到卷绕的长度或卷径即将达到或已达到预定值时即分别给电机26及其控制系统25发出减速或停车信号，以达到对卷绕长度的控制目的。

工作中，滚轮1与被测的运动体或与带材、线材、管材等被测物的传输辊表面接触，当被测的运动体或传输辊运动时则带动传感器滚轮1--转轴8--两片正交式编码盘2作同步转动，两片正交式编码盘2边缘平均分布有检测齿9和检测槽10，这些检测齿9和检测槽10在槽形光电开关4中周期性通断光路，使得槽形光电开关4发出线速度脉冲信号，同时，卷轴转动使霍尔开关3发出转速脉冲信号，槽形光电开关4、和经Y11-10TK/10ZJ航空连接件7输入后的霍尔开关3发出的信号分别经CH2.54型光电开关信号输入连接件12和CH2.54型霍尔开关信号输入连接件13、RC滤波器11、CD40106施密特触发器14等硬件抗干扰滤波、整形后，输入到EPM3064ATC44可编程逻辑器件16，经EPM3064ATC44可编程逻辑器件16处理后输出被测物运动方向电平信号，及脉冲当量分别为(1/60)m/P、(1/100)m/P、(1/200)m/P的脉冲频率信号，这些信号通过MC1413 OC门驱动器17输出；同时，EPM3064ATC44可编程逻辑器件16还输出占空比与卷径成正比的PWM信号并经TCL2262运算放大器18输出模拟量电压信号，MC1413 OC门驱动器17的输出信号与TCL2262运算放大器18的输出模拟量电压信号都经CH2.54型连接件19、Y11-10TK/10ZJ航空连接件7等输出。此外、EPM3064ATC44可编程逻辑器件16的时钟来自2.048MHz-3.3V有源晶振15，外部供电电源为12～24VDC，经Y11-10TK/10ZJ航空连接件7输入，并经信号处理电路6中的LM7805 5V稳压电源21、DF1117-3.3V稳压电源20后给信号处理电路6中的各部分供电，EPM3064ATC44可编程逻辑器件16的程序由PC机下载。

该卷绕物综合传感器的卷径信号检测、处理方法是：先将槽形光电开关4发出的脉冲频率与线速度成正比的两路正交脉冲信号作四倍频处理，而后在卷绕轴上霍尔开关3输出的每两个相邻脉冲信号间对经四倍频后的线速度脉冲信号进行计数，将该计数值N按(2)式运算后即得卷绕半径值R(m)，基于上述思想的卷绕半径R计算公式为：

因为：L＝2πR＝δN(1)

所以：R＝δN/2π(2)

其中的L是卷绕半径为R时的周长(m)、δ是槽形光电开关4发出并经四倍频处理后的脉冲信号当量(m/P)，N为卷绕轴每转一圈，即在霍尔开关3发出的两个脉冲期间测得的槽形光电开关4发出并经四倍频处理后当量为δ的脉冲个数。上述计算过程均由以EPM3064ATC44可编程逻辑器件16为核心的信号处理板6完成，并由EPM3064ATC44可编程逻辑器件16将R值转换成PWM信号后再经外围滤波、TCL2262运算放大器18，最后输出与卷径成正比的模拟量电压信号。此外，还输出卷绕方向信号、及将经四倍频与分数型分频等处理后输出易于测速、计长用的脉冲信号。

Claims

1、一种卷绕物综合传感器，包括外壳，其特征在于外壳两侧对称设置有两个相同规格的滚轮，两个滚轮的轮心与穿过外壳的转轴连接；外壳内平行设置有两个相同规格和形状的正交编码盘，两个正交编码盘的盘心与转轴固定连接；所述的正交编码盘为圆片型，盘心设置有安装孔，沿圆周方向间隔设置有检测齿和检测槽，每个正交编码盘的检测齿和检测槽数量和形状相同，两个正交编码盘的检测齿和检测槽错开设置，错开位置的大小为一个检测齿的一半；外壳内对应于两个正交编码盘设置有两个槽形光电开关，每个槽形光电开关的发射端和接收端设置在正交编码盘的两侧，并与检测齿和检测槽位置对应，槽形光电开关的信号输出端与外壳内的信号处理电路板连接；外壳上固定设置有航空连接件，外壳外设置有霍尔开关，航空连接件分别与霍尔开关和信号处理电路板连接；

所述的信号处理电路板的印刷电路板上固定设置有光电开关信号输入连接件、霍尔开关信号输入连接件、RC滤波器、施密特触发器、可编程逻辑器件、OC门驱动器、卷径信号输出转换器、有源晶振、5V稳压电源、3.3V稳压电源、信号输出连接件；其中光电开关信号输入连接件和霍尔开关信号输入连接件的输入端分别与槽形光电开关和霍尔开关的信号输出端连接，其输出端与RC滤波器的输入端连接，RC滤波器的输出端与施密特触发器的输入端连接，施密特触发器的输出端与可编程逻辑器件连接；信号输出连接件的输出端与航空连接件连接，其输入端与OC门驱动器和卷径信号输出转换器的输出端连接，OC门驱动器和卷径信号输出转换器的输入端与可编程逻辑器件连接，有源晶振与可编程逻辑器件信号连接；5V稳压电源的输出端分别与光电开关信号输入连接件、霍尔开关信号输入连接件、RC滤波器、施密特触发器、OC门驱动器、卷径信号输出转换器和3.3V稳压电源的输入端电连接，输入端与信号输出连接件连接，3.3V稳压电源的输出端与有源晶振和可编程逻辑器件连接。