CN105128525A - 一种超声波单双张检测传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种超声波单双张检测传感器，包括一个超声波发射器和一个超声波接收器；超声波发射器产生驱动超声波接收器发射超声波信号的高压脉冲信号，该高压脉冲信号周期是超声波接收器的共振频率，超声波发射器依次发射5个高压脉冲信号驱动超声波接收器，超声波接收器接收到超声波信号后，将超声波信号转换为电信号，该信号经差分放大电路、滤波放大电路、整形电路变换为方波信号，然后采用测量时间电路测量出超声波发射器产生高压脉冲信号的方波与超声波接收器接收到超声波的方波信号之间的时间，与存储的正常单张情况下时间参考值进行比较，根据比较结果指示为单层或双层。
Description
技术领域
本发明涉及测试技术领域，特别涉及一种超声波单双张检测传感器。
背景技术
在印刷过程中，由于印刷机零件松动或者老化等原因，经常会出现需要双张检测的要求。
现有的双张检测器，从控制方法来看，主要采用机电式、光电式、电容式。这些控制方式由于机械结构、纸张透光性、纸张定量、纸张厚度等不同情况影响而导致检测灵敏度和可靠度降低。现有的双张检测器具有使用条件受限，灵敏度不高，可靠性不好，测量范围不够广等缺点。
超声波传感器靠介子传播能量，能够在纸张中传播，纸屑、灰尘等微小物质不会产生影响，所以超声波技术在印刷机双张检测电路中有一定的应用价值。
因此，如何利用超声波进行单双张检测，是目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明提出了一种超声波单双张检测传感器，采用超声波控制方式，不仅克服了传统双张检测器的缺点，而且扩大了检测范围，提高了检测精度。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种超声波单双张检测传感器，包括一个超声波发射器和一个超声波接收器；
超声波发射器产生驱动超声波接收器发射超声波信号的高压脉冲信号，该高压脉冲信号周期是超声波接收器的共振频率，超声波发射器依次发射5个高压脉冲信号驱动超声波接收器，超声波接收器接收到超声波信号后，将超声波信号转换为电信号，该信号经差分放大电路、滤波放大电路、整形电路变换为方波信号，然后采用测量时间电路测量出超声波发射器产生高压脉冲信号的方波与超声波接收器接收到超声波的方波信号之间的时间，与存储的正常单张情况下时间参考值进行比较，根据比较结果指示为单层或双层。
可选地，所述超声波发射器包括高压脉冲发生电路、升压电路、隔离电路，隔离电路输出端连接发射端探头，超声波接收器探头连接差分放大电路，输出正弦波信号。
可选地，所述滤波放大电路为两级滤波放大电路。
可选地，所述整形电路包括绝对值变换电路、峰值保持电路和回波积分比较器电路。
可选地，所述绝对值变换电路将回波负半轴的信号进行绝对值变换，得到两倍于原回波频率值的频率。
可选地，所述峰值保持电路采用二极管峰值保持电路。
可选地，所述峰值保持电路采用高速检波二极管IN60，后面经过阻容低通滤波器滤除高频噪声信号。
可选地，所述回波积分比较器电路将回波包络送入积分电路，积分电路将包络信号转换为方波信号，该方波信号送入高速比较器后得到更加陡峭的方波信号，送入测量时间电路。
本发明的有益效果是：
(1)采用反射式超声波控制方式，通过测量时间与正常单张情况下时间比较，从而得出有双张，具有广泛的测量范围，高灵敏度，高可靠度，高测量精度；
(2)可靠检测多层纸张、塑料板或金属箔，感应范围5-60mm，测量范围从20g/m2的纸张到1100g/m2的卡片。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种超声波单双张检测传感器的工作原理示意图；
图2为本发明一种超声波单双张检测传感器的控制框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明的超声波单双张检测传感器包括一个超声波发射器和一个超声波接收器，超声波发射器在薄片的下面发射超声波束，声波引起薄板振动，而这也会在薄板的另一面反过来产生一个非常小的声波，这个小声波被超声波接收器接收。如果是两张，一张在另一张上面，信号变的更加微弱，以至于基本不能到达超声波接收器。
超声波具有高频率特性，这使得其波长很短，所以可以测量厚度尺寸很小的物体。超声波检测纸张厚度主要是利用超声波测距原理，即超声波发射器向纸张方向发射超声波，发射时开始计时，超声波在空气中传播时遇到纸张就立即反射回来，超声波接收器接收到发射波就立即停止计时，则发射点距离障碍物距离对于双张检测不需要计算具体的距离，只需要以正常状态下计时t0为标准，用测量的记录时间t1与t0进行比较，t1＜t0则说明有双张或多张，否则正常。
将每一层测量时间与存储的正常单张情况下时间参考值进行比较，根据比较结果指示为单层或双层。
本发明的超声波单双张检测传感器，超声波发射器产生驱动超声波接收器发射超声波信号的高压脉冲信号，该高压脉冲信号周期是超声波接收器的共振频率，依次发射5个高压脉冲信号驱动超声波接收器，超声波接收器探头接收到超声波信号后，将超声波信号转换为电信号，该信号是非常微弱的正弦波信号。后级的模拟处理电路将该正弦波信号经放大电路、滤波电路、整形电路变换为方波信号，然后采用高精度测量时间电路测量出超声波发射器发射高压脉冲信号的方波与超声波接收器接收到超声波的方波信号之间的时间，与存储的正常单张情况下时间参考值进行比较，根据比较结果指示为单层或双层。
如图2所示，本发明的超声波发射器包括高压脉冲发生电路11、升压电路12、隔离电路13，隔离电路输出端连接发射端探头141，超声波接收器探头142连接差分放大电路15，输出正弦波信号。滤波放大电路为两级结构，第一滤波放大电路16和第二滤波放大电路17对该正弦波信号进一步放大。
优选地，上述差分放大电路15的放大倍数为500-1000倍，第一滤波放大电路16和第二滤波放大电路17的放大倍数各为10倍，因此，本发明的系统放大倍数为50000-100000倍。
本发明的整形电路18包括绝对值变换电路、峰值保持电路和回波积分比较器电路。
其中，为了使得回波峰值波形更加精确平滑，将回波负半轴的信号经绝对值变换电路进行绝对值变换，得到两倍于原回波频率值的频率。进一步使用峰值保持电路变换后，得到的波形将非常平滑，有利于后期的进一步处理。
峰值保持电路是将波形的正峰值平滑的连结起来，得到一个峰值曲线，这个曲线包含了回波信号的整体特性，为进行下一步的测量时间电路提供精确的波形，该波形越平滑，测量时间的精度越高，是模拟处理电路捕捉超声波回波信号的关键。优选地，峰值保持电路采用经典二极管峰值保持电路，采用高速检波二极管IN60，后面经过阻容低通滤波器滤除高频噪声信号。
回波积分比较器电路，将前端模拟处理电路处理后的回波包络送入积分电路，积分电路将包络信号转换为方波信号。采用较小的积分电阻，将积分电容迅速充电，使得运放输出迅速饱和，达到供电电源电压值。最后将包络信号转换为方波信号，该方波信号送入高速比较器后得到更加陡峭的方波信号，送入测量时间电路。
采用高精度测量时间电路19测量出发射高压脉冲信号的方波与接收到超声波的方波信号之间的时间，与存储的正常单张情况下时间参考值进行比较，根据比较结果指示为单层或双层。
本发明基于超声波技术的单双张检测传感器，可以应用于广泛的材料厚度、透明胶片、薄金属片等双张重叠的精确检测，不依赖于材料的颜色；相对于传统的机械或者光学单双张控制不需要设置就可以适应各种薄片材料。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种超声波单双张检测传感器，其特征在于，包括一个超声波发射器和一个超声波接收器；
超声波发射器产生驱动超声波接收器发射超声波信号的高压脉冲信号，该高压脉冲信号周期是超声波接收器的共振频率，超声波发射器依次发射5个高压脉冲信号驱动超声波接收器，超声波接收器接收到超声波信号后，将超声波信号转换为电信号，该信号经差分放大电路、滤波放大电路、整形电路变换为方波信号，然后采用测量时间电路测量出超声波发射器产生高压脉冲信号的方波与超声波接收器接收到超声波的方波信号之间的时间，与存储的正常单张情况下时间参考值进行比较，根据比较结果指示为单层或双层。
2.如权利要求1所述的超声波单双张检测传感器，其特征在于，所述超声波发射器包括高压脉冲发生电路、升压电路、隔离电路，隔离电路输出端连接发射端探头，超声波接收器探头连接差分放大电路，输出正弦波信号。
3.如权利要求1所述的超声波单双张检测传感器，其特征在于，所述滤波放大电路为两级滤波放大电路。
4.如权利要求1所述的超声波单双张检测传感器，其特征在于，所述整形电路包括绝对值变换电路、峰值保持电路和回波积分比较器电路。
5.如权利要求4所述的超声波单双张检测传感器，其特征在于，所述绝对值变换电路将回波负半轴的信号进行绝对值变换，得到两倍于原回波频率值的频率。
6.如权利要求4所述的超声波单双张检测传感器，其特征在于，所述峰值保持电路采用二极管峰值保持电路。
7.如权利要求6所述的超声波单双张检测传感器，其特征在于，所述峰值保持电路采用高速检波二极管IN60，后面经过阻容低通滤波器滤除高频噪声信号。
8.如权利要求4所述的超声波单双张检测传感器，其特征在于，所述回波积分比较器电路将回波包络送入积分电路，积分电路将包络信号转换为方波信号，该方波信号送入高速比较器后得到更加陡峭的方波信号，送入测量时间电路。
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