CN101963573A - 三维光电数粒机 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种光电数粒机，特别是一种用于颗粒物体计数并能测量颗粒物体截面积和体积的三维光电数粒机。其包括两组光电数粒传感器；每组光电数粒传感器分别由一个X方向光电数粒传感器和一个Y方向光电数粒传感器组成，每一个光电数粒传感器都包括有第一至第n通道，每一个通道都由发光管及其对应的接收器组成，相邻的通道互不干扰；X方向光电数粒传感器产生一组X方向的水平面型平行光，Y方向光电数粒传感器产生一组Y方向的水平面型平行光，两组平行光互相叠加构成一个光幕，共有两个光幕，两个光幕一上一下，互不干扰。本发明具有识别重叠、破碎的颗粒的能力；可检测到最小小于1mm的颗粒；本发明光幕响应速度快，满足了高速数粒的要求。
Description
技术领域
本发明是一种高速光电数粒传感器及由其构成的光电数粒机，特别是一种用于颗粒物体计数并能测量颗粒物体截面积和体积的三维光电数粒机。
背景技术
非接触光电式计数测量技术广泛用于自动控制对运动中物体的计数和测量。其中的一个例子就是用于制药行业中的光电数粒机。
光电数粒机的技术核心之一是安装有发射和接收红外线的光电传感器，光电传感器中红外线的发射区域构成数粒检测通道，当颗粒通过检测通道时，发射端的红外线被遮挡，相应接收传感器检测到红外线信号的脉冲变化，变化的脉冲通过可编程控制器(PLC)或CPU内的应用程序和模型，通过特定算法对脉冲信号识别、判断，确定通过的颗粒的形状、大小，即可判断通过的药粒是否合格品，并进行计数和记录。
现有的光电数粒机一般都能够满足药品生产企业进行药品包装的要求。但也存在着以下主要缺陷：
1.现有光电数粒机只能检测识别直径大于2.5mm的颗粒，对小于此尺寸的颗粒，其检测失效率比较高。
2.现有光电数粒机无法识别三维的颗粒缺陷，对重叠、破碎的颗粒无法识别，易造成不合格品的误检。
3.现有光电数粒机的响应速度，不能满足高速、大批量的数粒需求。
4.现有光电数粒机对于颗粒数粒过程中产生的粉尘影响及振动输送过程中产生的静电，缺乏屏蔽的能力，影响数粒的精度。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有光电数粒机对小尺寸颗粒检测失效率高、无法识别三维颗粒、无法识别重叠及破碎的颗粒，不能满足高速大批量的数粒需求的缺陷，发明一种由两个互不干扰的光幕构成的三维光电数粒机。
本发明的目的是按如下的方式来实现的：所述三维光电数粒传感器，包括一组光电数粒传感器；每组光电数粒传感器分别由一个X方向光电数粒传感器和一个Y方向光电数粒传感器组成，每一个光电数粒传感器都包括有第一至第n通道，每一个通道都由发光管及其对应的接收器组成，相邻的通道互不干扰；X方向光电数粒传感器产生一组X方向的水平面型平行光，Y方向光电数粒传感器产生一组Y方向的水平面型平行光，两组平行光互相叠加构成一个光幕。
本发明的目的也可以按如下的方式来实现的：所述三维光电数粒传感器，包括两组光电数粒传感器；每组光电数粒传感器分别由一个X方向光电数粒传感器和一个Y方向光电数粒传感器组成，每一个光电数粒传感器都包括有第一至第n通道，每一个通道都由发光管及其对应的接收器组成，相邻的通道互不干扰；X方向光电数粒传感器产生一组X方向的水平面型平行光，Y方向光电数粒传感器产生一组Y方向的水平面型平行光，两组平行光互相叠加构成一个光幕，共有两个光幕，两个光幕一上一下，互不干扰。
所述两个光幕可以交叉设置，即上方光幕的X轴、Y轴与下方光幕的X轴、Y轴，互成一个角度，如45度。
所述发光管由驱动电路驱动，接收器包括放大电路和信号处理电路，另有一时序电路产生时序，使相邻的发光管的发射，处于不同的时间间隔内，即第一通道的发射同第二、第三、第n通道的发射处于不同的时间阶段内；时序电路同时控制接收器的放大及信号处理电路，使接收器的采样工作与相应通道的发射管的发射工作相同步。
所述驱动电路、放大电路、信号处理电路和时序电路，是采用ISL102A集成电路内包含的驱动、放大、信号处理及时序电路，发光管D通过ISL102A的管脚7与的驱动电路连接，接收器S反向偏置，经由管脚1接到ISL102A内的放大电路，管脚6和管脚7之间连接有时序电路，通过时序电路产生延时，该延时能保证每个通道的光电传感器在各自不同的时间间隔内发射和接收的时序；管脚5经由ISL102A集成电路内的信号处理电路与接收器S连接，当接收器S接收的信号下降到一定阈值时，信号处理电路会产生报警信号。
本发明的积极效果如下：本发明拥有高的分辨率，可探测到最小小于1mm的颗粒；相邻光电数粒传感器之间互相不干扰，各通道同时发射、接收，大大提高了光幕的响应速度，满足了高速数粒的要求；在光路受粉尘及其他因素影响时会报警，避免了因传感器失效而停机；本发明采用调制对射式传感器，提高了检测的可靠性；本发明能测量颗粒物体截面积和体积，因而能对重叠、破碎的颗粒进行识别。
附图说明
图1是本发明结构图
图2是本发明电路图
图3是本发明检测图
图中：1为X方向光电数粒传感器
2为Y方向光电数粒传感器
3为光幕
D为发光管
S为接收器
具体实施方式
如图1所示，所述三维光电数粒传感器，包括两组光电数粒传感器；每组光电数粒传感器分别由一个X方向光电数粒传感器1和一个Y方向光电数粒传感器2组成，每一个光电数粒传感器都包括有第一至第n通道，每一个通道都由发光管及其对应的接收器组成，相邻的通道互不干扰；X方向光电数粒传感器产生一组X方向的水平面型平行光，Y方向光电数粒传感器产生一组Y方向的水平面型平行光，两组平行光互相叠加构成一个光幕3，共有两个光幕，两个光幕一上一下，互不干扰。
所述两个光幕可以交叉设置，即上方光幕的X轴、Y轴与下方光幕的X轴、Y轴，互成一个角度，如45度。一般为平行设置，45度设置是为了提高精度。
所述发光管由驱动电路驱动，接收器包括放大电路和信号处理电路，另有一时序电路产生时序，使相邻的发光管的发射，处于不同的时间间隔内，即第一通道的发射同第二、第三、第n通道的发射处于不同的时间阶段内；时序电路同时控制接收器的放大及信号处理电路，使接收器的采样工作与相应通道的发射管的发射工作相同步。这样的时序电路，保证了每个通道的光电发射和接收是在各自的时间间隔内发射和接收，由此保证了光幕能够工作在调制式同时发射和对射的模式下，确保光电数粒机的可靠、高速和高分辨率。
如图2所示，所述驱动电路、放大电路、信号处理电路和时序电路，是采用ISL102A集成电路内包含的驱动、放大、信号处理及时序电路，发光管D通过ISL102A的管脚7与的驱动电路连接，接收器S反向偏置，经由管脚1接到ISL102A内的放大电路，管脚6和管脚7之间连接有时序电路，通过时序电路产生延时，该延时能保证每个通道的光电传感器在各自不同的时间间隔内发射和接收的时序；管脚5经由ISL102A集成电路内的信号处理电路与接收器S连接，当接收器S接收的信号下降到一定阈值时，信号处理电路会产生报警信号，提示系统受到粉尘等因素影响，需要对系统进行维护，避免了传感器误数。
在具体实施中，所述光电数粒传感器的输出，是通过微处理器进行处理，计算出通过光幕的物体的数目、截面积、体积等，通过这些数据，微处理器可输出相应的控制信号，并显示相应的数据；微处理器可以把数据通过通讯接口，传到计算机上，利用计算机强大的计算功能，由计算机进行进一步的数据处理、数据存储、图像显示等。
三维光电数粒机对被测物体进行三维检测，是通过相关的计算过程来实现的。如图3所示，为了方便其原理的阐述，假设被测物体为长方体，其长、宽、高分别为a，b，c，其中，a与X同向，b与Y同向，c与Z同向，并假设物体在上下两个光幕之间作匀速运动，这时：
被测物体的长a的测量：被测物体从到达第一道光幕到离开第一道光幕，测得有P个Y方向的通道被遮挡，已知相邻的两个Y方向通道的间隔为Δx，则：a＝PΔx；
被测物体的宽b的测量：被测物体从到达第一道光幕到离开第一道光幕，测得有Q个X方向的通道被遮挡，已知相邻的两个X方向通道的间隔为Δy，则：b＝QΔy；
被测物体的高c的测量：被测物体到达第一道光幕时，测得时间为t0，离开第一道光幕时，测得时间为t1，所以t1-t0为被测物体下落距离c所用的时间；被测物体到达第二道光幕时，测得时间为t2，离开第二道光幕时，测得时间为t3，已知上下两个光幕的距离为L，所以t2-t0为被测物体下落距离L所用的时间，假设物体为在L范围内为匀速运动，被测物体下落的速度为：
V＝L÷(t2-t0)；则：c＝V(t1-t0)。
有了a、b、c，很容易就能算出被测物体的截面积及体积。
为了更一步提高测量精度，当被检测物体下落到下面的光幕时，可依同样的原理再次计算出被测物体的截面积及体积，对两个测量值取平均值后得出物体的截面积及体积。
若物体为不规则形状，并且物体在上下两个光幕之间不是作匀速运动，而是做落体运动，则可通过对物体截面积的高速采样，得到物体通过光幕时不同时段内的截面积，并与物体在采样时间内在z方向运动的距离相乘，得到物体在各个采样时间内的体积，把各个采样时间内测到的体积相加，就可以得到不规则物体的体积。
如果被测物体的速度为已知(例如，对从已知高度自由下落的物体)，则只需一个光幕便能构成本发明所阐述的数粒机。
Claims (7)
1.一种三维光电数粒传感器，其特征在于：所述三维光电数粒传感器，包括一组光电数粒传感器；每组光电数粒传感器分别由一个X方向光电数粒传感器和一个Y方向光电数粒传感器组成，每一个光电数粒传感器都包括有第一至第n通道，每一个通道都由发光管及其对应的接收器组成，相邻的通道互不干扰；X方向光电数粒传感器产生一组X方向的水平面型平行光，Y方向光电数粒传感器产生一组Y方向的水平面型平行光，两组平行光互相叠加构成一个光幕。
2.根据权利要求1所述的三维光电数粒传感器，其特征在于：所述发光管由驱动电路驱动，接收器包括放大电路和信号处理电路，另有一时序电路产生时序，使相邻的发光管的发射，处于不同的时间间隔内，即第一通道的发射同第二、第三、第n通道的发射处于不同的时间阶段内；时序电路同时控制接收器的放大及信号处理电路，使接收器的采样工作与相应通道的发射管的发射工作相同步。
3.根据权利要求1所述的三维光电数粒传感器，其特征在于：所述驱动电路、放大电路、信号处理电路和时序电路，是采用ISL102A集成电路内包含的驱动、放大、信号处理及时序电路，发光管D通过ISL102A的管脚7与驱动电路连接，接收器S反向偏置，经由管脚1接到ISL102A内的放大电路，管脚6和管脚7之间连接有时序电路，通过时序电路产生延时，该延时能保证每个通道的光电传感器在各自不同的时间间隔内发射和接收的时序；管脚5经由ISL102A集成电路内的信号处理电路与接收器S连接，当接收器S接收的信号下降到一定阈值时，信号处理电路会产生报警信号。
4.一种三维光电数粒传感器，其特征在于：所述三维光电数粒传感器，包括两组光电数粒传感器；每组光电数粒传感器分别由一个X方向光电数粒传感器和一个Y方向光电数粒传感器组成，每一个光电数粒传感器都包括有第一至第n通道，每一个通道都由发光管及其对应的接收器组成，相邻的通道互不干扰；X方向光电数粒传感器产生一组X方向的水平面型平行光，Y方向光电数粒传感器产生一组Y方向的水平面型平行光，两组平行光互相叠加构成一个光幕，共有两个光幕，两个光幕一上一下，互不干扰。
5.根据权利要求4所述的三维光电数粒传感器，其特征在于：所述两个光幕可以交叉设置，即上方光幕的X轴、Y轴与下方光幕的X轴、Y轴，互成一个角度，如45度。
6.根据权利要求4所述的三维光电数粒传感器，其特征在于：所述发光管由驱动电路驱动，接收器包括放大电路和信号处理电路，另有一时序电路产生时序，使相邻的发光管的发射，处于不同的时间间隔内，即第一通道的发射同第二、第三、第n通道的发射处于不同的时间阶段内；时序电路同时控制接收器的放大及信号处理电路，使接收器的采样工作与相应通道的发射管的发射工作相同步。
7.根据权利要求4所述的三维光电数粒传感器，其特征在于：所述驱动电路、放大电路、信号处理电路和时序电路，是采用ISL102A集成电路内包含的驱动、放大、信号处理及时序电路，发光管D通过ISL102A的管脚7与驱动电路连接，接收器S反向偏置，经由管脚1接到ISL102A内的放大电路，管脚6和管脚7之间连接有时序电路，通过时序电路产生延时，该延时能保证每个通道的光电传感器在各自不同的时间间隔内发射和接收的时序；管脚5经由ISL102A集成电路内的信号处理电路与接收器S连接，当接收器S接收的信号下降到一定阈值时，信号处理电路会产生报警信号。
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