CN110146210A - 一种非接触式纱线振动频率检测电路 - Google Patents

一种非接触式纱线振动频率检测电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种非接触式纱线振动频率检测电路，包括信号采集电路、交流同相放大电路、高通滤波电路、信号调理电路、第九电阻R9、第十电阻R10、数字信号输出端，所述信号采集电路、交流同相放大电路、高通滤波电路、信号调理电路依次连接，所述第九电阻R9一端连接信号调理电路，所述第九电阻R9另一端分别连接第十电阻R10一端和数字信号输出端，所述第十电阻R10另一端接地。

Description

一种非接触式纱线振动频率检测电路
技术领域
本发明属于纺织设备中检测装置技术领域，具体涉及一种非接触式纱线振动频率检测电路。
背景技术
在纺织工艺中，纱线张力是一种极其重要的参数。从纺纱到织造各工序，张力的大小和稳定直接关系到产品质量、生产效率以及后续加工的顺利进行。目前，纱线行进的速度越来越快，而对纱线张力的要求越来越高，如何准确快速地检测纱线张力显得尤为重要。现有的张力检测大部分为接触式测量法，测量装置与高速运行的纱线直接接触，必然会因摩擦力给张力检测带来误差，并且装置长时间接触纱线会造成仪器接触部分磨损，降低了测试装置的精度和寿命。直接接触的测量方式还存在接触状态变换、纱线断头、信号采集不稳等问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种非接触式纱线振动频率检测电路。
为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：
一种非接触式纱线振动频率检测电路，其中：包括信号采集电路、交流同相放大电路、高通滤波电路、信号调理电路、第九电阻R9、第十电阻R10、数字信号输出端，所述信号采集电路、交流同相放大电路、高通滤波电路、信号调理电路依次连接，所述第九电阻R9一端连接信号调理电路，所述第九电阻R9另一端分别连接第十电阻R10一端和数字信号输出端，所述第十电阻R10另一端接地。
为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
上述的信号采集电路包括红外发光二极管D2、光敏晶体三极管Q2、NPN型三极管Q1、齐纳二极管D1、第一电容C1、第一电阻R1、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电源VCC1、第二电源VCC2，所述红外发光二极管D2的正极与第一电阻R1一端连接，第一电阻R1另一端与第一电源VCC1连接，所述NPN型三极管Q1的集电极与红外发光二极管D2的负极连接，所述NPN型三极管Q1的发射极与齐纳二极管D1的负极连接，齐纳二极管D1的正极接地，所述NPN型三极管Q1的基极分别连接第一电容C1一端和第四电阻R4一端，其中第一电容C1另一端接地，所述第四电阻R4另一端分别与第三电阻R3一端、光敏晶体三极管Q2的集电极和交流同相放大电路连接，所述第三电阻R3另一端与电源第二VCC2连接。
上述的交流同相放大电路包括第一运算放大器U1A、第五电阻R5、第二电阻R2、第二电容C2、第三电源VCC3，所述第一运算放大器U1A的同相输入端分别与光敏晶体三极管Q2的集电极、第四电阻R4另一端和第三电阻R3一端连接，所述第一运算放大器U1A的反向输入端依次连接第二电阻R2和第二电容C2一端，所述第二电容C2另一端接地，所述第一运算放大器U1A的反向输入端连接第五电阻R5一端，所述第一运算放大器U1A的输出端分别连接第五电阻R5另一端和高通滤波电路，所述第一运算放大器U1A的正供电端连接第三电源VCC3，所述第一运算放大器U1A的负供电端接地。
上述的高通滤波电路包括第三电容C3和第六电阻R6，所述第三电容C3一端连接交流同相放大电路，所述第三电容C3另一端连接第六电阻R6一端，所述第六电阻R6另一端连接信号调理电路。
上述的信号调理电路包括第二运算放大器U1B、第七电阻R7、第八电阻R8、第十一电阻R11、第四电源VCC4，所述第七电阻R7、第十一电阻R11和第八电阻R8依次连接，所述第七电阻R7一端分别连接第六电阻R6和第十一电阻R11，其中第七电阻R7另一端接地，所述第八电阻R8一端分别连接第十一电阻R11和第二运算放大器U1B的同相输入端，所述第八电阻R8的另一端连接第四电源VCC4，其中第二运算放大器U1B的反向输入端连接在第三电容C3和第六电阻R6之间，第二运算放大器U1B的正供电端连接第五电源VCC5，第二运算放大器U1B的负供电端接地。
上述的红外发光二极管D2的型号为SIR5061、光敏晶体管Q2的型号为PT524A、齐纳二极管D1的型号为MMBZ5228BLT1G。
上述的第一运算放大器U1A和第二运算放大器U1B的型号均为LM358。
上述的第一电源VCC1、第二电源VCC2、第三电源VCC3、第四电源VCC4、第五电源VCC5的电压均为12V。
上述的第五电阻R5为负反馈电阻、第十一电阻R11为阻值可调节电阻，第一电容C1为钽电容，第二电容C2和第三电容C3均为陶瓷电容。
本发明的有益效果：
本发明的一种非接触式纱线振动频率检测电路，红外发射二极管D2以及光敏晶体管Q2组成了一对红外光电传感器装置，分别通过信号采集电路、交流同相放大电路、高通滤波电路和信号调理电路的设计，相比直接接触式测量方式可以明显减少检测装置对于纱线运动状态的影响，同时检测纱线振动频率精度高，长时间工作稳定，电路结构简洁，方便维护，性价比高，寿命长。
附图说明
图1是本发明的电路结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。
如图1所示，本发明为一种非接触式纱线振动频率检测电路，其中：包括信号采集电路、交流同相放大电路、高通滤波电路、信号调理电路、第九电阻R9、第十电阻R10、数字信号输出端，所述信号采集电路、交流同相放大电路、高通滤波电路、信号调理电路依次连接，所述第九电阻R9一端连接信号调理电路，所述第九电阻R9另一端分别连接第十电阻R10一端和数字信号输出端，所述第十电阻R10另一端接地。
实施例中，信号采集电路包括红外发光二极管D2、光敏晶体三极管Q2、NPN型三极管Q1、齐纳二极管D1、第一电容C1、第一电阻R1、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电源VCC1、第二电源VCC2，所述红外发光二极管D2的正极与第一电阻R1一端连接，第一电阻R1另一端与第一电源VCC1连接，所述NPN型三极管Q1的集电极与红外发光二极管D2的负极连接，所述NPN型三极管Q1的发射极与齐纳二极管D1的负极连接，齐纳二极管D1的正极接地，所述NPN型三极管Q1的基极分别连接第一电容C1一端和第四电阻R4一端，其中第一电容C1另一端接地，所述第四电阻R4另一端分别与第三电阻R3一端、光敏晶体三极管Q2的集电极和交流同相放大电路连接，所述第三电阻R3另一端与电源第二VCC2连接。
其中第一电阻R1、第三电阻R3为限流电阻，分别限制流过红外发射二极管D2和光敏晶体三极管Q2的电流，防止对应器件损坏，红外发射二极管D2以及光敏晶体三极管Q2形成一光路，光路中心光强最强，向周围渐弱。纱线在红外发射二极管D2以及光敏晶体管Q2之间振动时，纱线遮挡光的程度越高，光敏晶体三极管Q2两端电压越高，即第一运算放大器U1A的同相输入端电位越高。NPN型三极管Q1能够利用光敏晶体管Q2的电压信号状态调节红外发射二极管D2的发射功率，在遮挡程度高时提高红外发射二极管D2发射功率，在遮挡程度低时降低红外发射二极管D2发射功率，使得电位变化平滑。
随着纱线的周期振动，光敏晶体三极管Q2两端的电压呈周期性变化，在齐纳二极管D1的稳压以及第一电容C1的充放电作用下，第一运算放大器U1A的同相输入端会形成一个在齐纳二极管D1稳压值附近随纱线振动周期变化的电压信号，第四电阻R4用于控制第一电容C1充放电速度以及限制NPN型三极管Q1基极电流。
实施例中，交流同相放大电路包括第一运算放大器U1A、第五电阻R5、第二电阻R2、第二电容C2、第三电源VCC3，所述第一运算放大器U1A的同相输入端分别与光敏晶体三极管Q2的集电极、第四电阻R4另一端和第三电阻R3一端连接，所述第一运算放大器U1A的反向输入端依次连接第二电阻R2和第二电容C2一端，所述第二电容C2另一端接地，所述第一运算放大器U1A的反向输入端连接第五电阻R5一端，所述第一运算放大器U1A的输出端分别连接第五电阻R5另一端和高通滤波电路，所述第一运算放大器U1A的正供电端连接第三电源VCC3，所述第一运算放大器U1A的负供电端接地。
其中运算放大器U1A、第五电阻R5、第二电阻R2和第二电容C2组成交流同相放大器，使一定频率的交流电压信号能够同相放大1+R5/R2倍而直流电压信号保持不变。此外该电路还可以提高对前级电路的输入阻抗，降低对后级电路的输出阻抗，起隔离作用。通过添加阻值与信号源内阻相近的第五电阻R5，可以减少输出失调电压，提高精度。
实施例中，高通滤波电路包括第三电容C3和第六电阻R6，所述第三电容C3一端连接交流同相放大电路，所述第三电容C3另一端连接第六电阻R6一端，所述第六电阻R6另一端连接信号调理电路。
实施例中，信号调理电路包括第二运算放大器U1B、第七电阻R7、第八电阻R8、第十一电阻R11、第四电源VCC4，所述第七电阻R7、第十一电阻R11和第八电阻R8依次连接，所述第七电阻R7一端分别连接第六电阻R6和第十一电阻R11，其中第七电阻R7另一端接地，所述第八电阻R8一端分别连接第十一电阻R11和第二运算放大器U1B的同相输入端，所述第八电阻R8的另一端连接第四电源VCC4，其中第二运算放大器U1B的反向输入端连接在第三电容C3和第六电阻R6之间，第二运算放大器U1B的正供电端连接第五电源VCC5，第二运算放大器U1B的负供电端接地。
第十一电阻R11经调整后加入电路阻值不再变动。第六电阻R6阻值十分大，所以电压信号经第三电容C3到第六电阻R6的一端后，对第六电阻R6的另一端电位影响十分小。第三电容C3与第六电阻R6形成高通滤波电路，第三电容C3也可看做耦合电容，电压信号经过该电路处理，可以有效消除前级电路的直流成分并附加上电压大小为VCC4*R7/(R7+R11+R8)的直流成分，连接至第二运算放大器U1B的反相输入端，为信号离散化做准备。图中第二运算放大器U1B做比较器，由图可知，第二运算放大器U1B的同相输入端电位为VCC4*(R7+R11)/(R7+R11+R8)，高于VCC4*R7/(R7+R11+R8)，当直流成分为VCC4*R7/(R7+R11+R8)的周期信号输入第二运算放大器U1B的反相输入端时，每当第二运算放大器U1B的反相输入端电位高于第二运算放大器U1B的同相输入端电位时，便会输出一次运算放大器的负电源电压，即低电平；反之输出高电平。然后在第二运算放大器UiB输出端通过第九电阻R9和第十电阻R10的电阻分压，控制输出电压范围以满足后级电路的电压输入条件，并通过输出端输出。
实施例中，红外发光二极管D2的型号为SIR5061、光敏晶体管Q2的型号为PT524A、齐纳二极管D1的型号为MMBZ5228BLT1G。
实施例中，第一运算放大器U1A和第二运算放大器U1B的型号均为LM358。
实施例中，第一电源VCC1、第二电源VCC2、第三电源VCC3、第四电源VCC4、第五电源VCC5的电压均为12V。
实施例中，第十一电阻R11为阻值可调节电阻、第一电容C1为钽电容，第二电容C2和第三电容C3均为陶瓷电容。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种非接触式纱线振动频率检测电路，其特征在于：包括信号采集电路、交流同相放大电路、高通滤波电路、信号调理电路、第九电阻R9、第十电阻R10、数字信号输出端，所述信号采集电路、交流同相放大电路、高通滤波电路、信号调理电路依次连接，所述第九电阻R9一端连接信号调理电路，所述第九电阻R9另一端分别连接第十电阻R10一端和数字信号输出端，所述第十电阻R10另一端接地。
2.根据权利要求1所述的一种非接触式纱线振动频率检测电路，其特征在于：所述信号采集电路包括红外发光二极管D2、光敏晶体三极管Q2、NPN型三极管Q1、齐纳二极管D1、第一电容C1、第一电阻R1、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电源VCC1、第二电源VCC2，所述红外发光二极管D2的正极与第一电阻R1一端连接，第一电阻R1另一端与第一电源VCC1连接，所述NPN型三极管Q1的集电极与红外发光二极管D2的负极连接，所述NPN型三极管Q1的发射极与齐纳二极管D1的负极连接，齐纳二极管D1的正极接地，所述NPN型三极管Q1的基极分别连接第一电容C1一端和第四电阻R4一端，其中第一电容C1另一端接地，所述第四电阻R4另一端分别与第三电阻R3一端、光敏晶体三极管Q2的集电极和交流同相放大电路连接，所述第三电阻R3另一端与电源第二VCC2连接。
3.根据权利要求1所述的一种非接触式纱线振动频率检测电路，其特征在于：所述交流同相放大电路包括第一运算放大器U1A、第五电阻R5、第二电阻R2、第二电容C2、第三电源VCC3，所述第一运算放大器U1A的同相输入端分别与光敏晶体三极管Q2的集电极、第四电阻R4另一端和第三电阻R3一端连接，所述第一运算放大器U1A的反向输入端依次连接第二电阻R2和第二电容C2一端，所述第二电容C2另一端接地，所述第一运算放大器U1A的反向输入端连接第五电阻R5一端，所述第一运算放大器U1A的输出端分别连接第五电阻R5另一端和高通滤波电路，所述第一运算放大器U1A的正供电端连接第三电源VCC3，所述第一运算放大器U1A的负供电端接地。
4.根据权利要求1所述的一种非接触式纱线振动频率检测电路，其特征在于：所述高通滤波电路包括第三电容C3和第六电阻R6，所述第三电容C3一端连接交流同相放大电路，所述第三电容C3另一端连接第六电阻R6一端，所述第六电阻R6另一端连接信号调理电路。
5.根据权利要求1所述的一种非接触式纱线振动频率检测电路，其特征在于：所述信号调理电路包括第二运算放大器U1B、第七电阻R7、第八电阻R8、第十一电阻R11、第四电源VCC4，所述第七电阻R7、第十一电阻R11和第八电阻R8依次连接，所述第七电阻R7一端分别连接第六电阻R6和第十一电阻R11，其中第七电阻R7另一端接地，所述第八电阻R8一端分别连接第十一电阻R11和第二运算放大器U1B的同相输入端，所述第八电阻R8的另一端连接第四电源VCC4，其中第二运算放大器U1B的反向输入端连接在第三电容C3和第六电阻R6之间，第二运算放大器U1B的正供电端连接第五电源VCC5，第二运算放大器U1B的负供电端接地。
6.根据权利要求1所述的一种非接触式纱线振动频率检测电路，其特征在于：所述红外发光二极管D2的型号为SIR5061、光敏晶体管Q2的型号为PT524A、齐纳二极管D1的型号为MMBZ5228BLT1G。
7.根据权利要求1所述的一种非接触式纱线振动频率检测电路，其特征在于：所述第一运算放大器U1A和第二运算放大器U1B的型号均为LM358。
8.根据权利要求1所述的一种非接触式纱线振动频率检测电路，其特征在于：所述第一电源VCC1、第二电源VCC2、第三电源VCC3、第四电源VCC4、第五电源VCC5的电压均为12V。
9.根据权利要求1所述的一种非接触式纱线振动频率检测电路，其特征在于：所述第五电阻R5为负反馈电阻、第十一电阻R11为阻值可调节电阻，第一电容C1为钽电容，第二电容C2和第三电容C3均为陶瓷电容。
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