CN2189318Y - 反射式光电开关 - Google Patents

Abstract

本实用新型属光电子技术领域。

本实用新型涉及一种反射式光电开关，其特征在 于，在分色片的两侧，分别对称放置二个发光二极管、 分色片的上方依次是准直透镜和分束片，在分束片的 左方放置发射透镜，右方依次放置光栏和接收透镜， 在接收透镜的聚焦点处是探测器。电子学系统的相 关器中采用开关式乘法器，从而使光能量利用率大大 提高，电子线路简单易调，可广泛应用于对各种颜色 标记与不同背景的识别，而且灵敏度高，抗电磁干扰， 耐振动。

Description

本实用新型涉及光电子技术领域。

包装、印刷自动填料等的机械设备，为了提高劳动生产率和包装、印刷质量，必须实现自动精确定位和即时填料、封装。在封装材料上，如塑料薄膜、复合铝箔、纸等上面印刷图案、品名及色标等。为了实现在印刷图案上自动地精确套色及即时进料和封装，需要依靠光电开关来控制包装及印刷机构的动作，这一自动化工艺过程对光电开关具有以下严格的技术要求：

1.高稳定性：避免开机时因运行过程中光源，电磁干扰，温度（环境温度在－30℃－50℃），振动（20g）等因素的影响而产生误动作；

2.高灵敏度：能对不同的色标和背景进行准确区分；

3.高响应速率：达到10KHE。

目前，国内一般采用单色光电开关，这种开关的颜色识别范围小，而且频率响应达不到指标，难以在要求严格的设备上使用。国外使用的双色光电开关，虽能够识别各种颜色标记，但由于光路设计采用双分束片系统，电子系统中的相关器采用模拟乘法器，因而存在光能量损失较大和动态范围小，线路复杂等缺点。

本实用新型的目的，是提供一种改进的双色光电开关——反射式光电开关。它对各种简明的颜色标记与不同背景有识别能力，灵敏度高，高响应速率，抗电磁干扰，耐振动以及在不同的环境温度下不会产生误动作的高稳定性。

反射式光电开关，是利用光对不同目标颜色反射率不同的特性，来对不同颜色标记进行传感的，经过光电转换，给出不同电平信号，控制机械操作部分的动作。

本实用新型的光学系统采用分色片——分束片组合分光，使光能量利用效率较分束片——分束片组合提高一倍，增加了系统信噪比。电子学系统的相关器中利用开关式乘法器，因而提高了系统的动态范围，且电子线路简单，易调试。

下面结合附图对本实用新型说明之。

附图1是本实用新型的结构图；

附图2是开关式乘法器的电路图；

附图3是相关器输出与 的关系；

附图4是本实用新型的外形图。

图1中：1——分色片，2、3——发光二极管，4——准直透镜，5——分束片，6——发射透镜，7——光栏，8——接收透镜，9——探测器，10——前放，11——高通滤波器，12——放大器，13——开关乘法器，14——滤波器，15——比较器，16——功率驱动器，17——方波发生器，18——移相器，K——开关。

本实用新型的结构是，在分色片1的两边，分别对称放置发光二极管2和3，分色片1的上方依次是准直透镜4和分束片5，在分束片5的左前方放置有发射透镜6，右方依次放置光栏7和接收透镜8。接收透镜8    的聚焦点处是探测器9，探测器9与前放10串接，前放10再接一高通滤波器11，高通滤波器11再串接一放大器12，放大器12再与开关乘法器13和滤波器14串接。方波发生器17一头与移相器18串接后，接到开关乘法器13上，另一头通过开关K，与发光二极管2或3连接。

工作时，发光二极管2、3（红色或黄色）经方波发生器17调制后，光线经分色片1分别反射或透射红光或黄光，分色片1与光轴的安装角度为30°～60°，经准直透镜4聚焦无穷远，再经分束片5反射或透射到发射透镜6上，由发射透镜6聚焦到色标上。由色标反射回来的光束再经发射透镜6，分束片5，接收透镜8到达探测器9，光栏7是控制光通量，保证色标在9±2mm的距离范围内，电平输出一定可准确提供开关信号。

本实用新型的电路工作时：探测器9得到的光信号经前放10，高通滤波器11进行放大和滤波后再跟一级放大器12，经放大的信号加在开关乘法器13上。方波发生器17产生的200KH₂的方波信号一方面去驱动红色发光二极管2或黄色发光二极管3，以产生调制光信号，另一方面作为参考信号经移相器18进行移相，以达到与放大器12输出的信号同相位，并且也加在开关乘法器13上，开关乘法器13的输出经低通滤波器14进行滤波。如果色标颜色是淡颜色（与背景相比），滤波器输出正脉冲，反之输出负脉冲，再经比较器15和带有短路保护器的功率驱动器16，最后输出的信号就是开关量了。

本实用新型电路中关键部件是相关器（图1中虚线框内），它是由开关乘法器13和滤波器14组成的，电路图见附图2。相关器是一种完成被测信号与参考信号互相关函数运算的电子线路，即把待测信号中与参考信号同步的信号检测出来，抑制与参考信号非同步的噪声信号。相关器包括乘法器和积分器二部分，本实用新型的乘法器是采用线性好，动态范围大，电路简单，易调试的开关乘法器，对于积分器来说，积分时间的长短，需根据测量对象的实际情况来决定，本实用新型采用T_r＞8T_R（T_R为参考信号周期）。

开关式乘法相关器的关键是模拟门开关电路，它们决定相关器的主要技术指标，如动态范围、线性度、频率范围、输入阻抗、零点漂移等。由于场效应管的导通电阻小（0.1～1KΩ），夹断电阻大（在10⁹Ω以上），实际上已经接近于理想开关的情况。因此，由场效应管构成的相关器对低电平信号可以认为是非常理想的。

图2为本光电开关采用的开关式乘法相关器电路原理图。图中RC为积分的时间常数，当测试时间t＞＞T_a时，有如下式：

V₀＝－2R₀V_mACOS

／（πR₁）

由此可知，相关输出为直流电压，其值比于输入信号的基波振幅V_mA，参考信号之间的相位差的余弦COS

成正比，为近似积分器的直流放大倍数，负号表示由反相输入端输入，而2／π为乘法器输出直流分量的系数。当

₁＝0时，V₀＝V_01max＝－2R₀V_mA／（πR₁）

₁＝π／2时，V₀₁＝V_01min＝0

₁＝π时，V₀₁＝－V₀₁｜

0＝＋2R₀V_mA／（πR₁）

本实用新型有以下优点：

1.灵敏度高，能对各种颜色标记与背景（包括透明背景）进行准确区分；

2.响应频率高，达到10KH₂，色标移动速度在40米／秒之内均能响应（假设色标宽度在2mm，色标之间间隔为2mm条件下）；

3.稳定性好，不受电磁干扰，振动（20g）等因素的影响而产生误动作，环境温度在－30°－50°之间，均能正常工作；

4.根据色标与背景的不同颜色，采用选择波段开关，可以极方便地选用红光、黄光或绿光；

5.结构小，安装方便；

6.可进行正面和侧面两个方向上色标识别的切换。

总之，本实用新型是一种对各种简明的颜色标记与不同背景（包括透明背景）有识别能力，且灵敏度高，抗电磁干扰，耐振动以及可适应不同环境温度，有高稳定性，能够有效和可靠地在印刷、包装以及一切需要利用颜色标记作为自动判断并控制的自动化设备上，能确保产品质量和提高生产效率。

Claims (2)

1、一种反射式光电开关，其特征在于，在分色片的两侧，分别对称放置二个发光二极管，分色片的上方依次是准直透镜和分束片，在分束片的左方放置发射透镜，右方依次放置光栏和接收透镜，在接收透镜的聚焦点处是探测器，该探测器与前放串接，前放再接一高通滤波器，该高通滤波器再串接一放大器，该放大器再与开关乘法器和滤波器串接；方波发生器一头与移相器串接后，接到开关乘法器上，另一头通过开关，与二只发光二极管连接。

2、如权利要求1所述的开关，其特征在于，分色片与光轴的夹角为30°——60°。

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