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光電開(kāi)關(guān)屬于無(wú)接觸測(cè)量傳感器,其檢測(cè)距離范圍比較寬,在計(jì)數(shù)、測(cè)距和行程控制等許多測(cè)控系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。但是,光電傳感器的輸出信號(hào)與發(fā)光管的強(qiáng)度有關(guān),與發(fā)光管和接收管的距離有關(guān),與外來(lái)干擾光也有關(guān)。因此使用每一個(gè)光電開(kāi)關(guān)時(shí),必須首先調(diào)整接收電路的靈敏度,才能保證光電開(kāi)關(guān)工作于*狀態(tài)。
本文介紹了一種高可靠性的光電開(kāi)關(guān)電路,帶有穩(wěn)頻調(diào)制光以抗各種干擾,具有大功率驅(qū)動(dòng)電路和光電三極管的自動(dòng)增益控制特性,檢測(cè)電路的輸出級(jí)帶有放大和施密特遲滯特性,確保整機(jī)的高抗干擾能力。
本電路由發(fā)光電路和光電接收電路兩部分組成。它具有抗外光干擾、靈敏度可以不用人工調(diào)整,工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn),在反射式或?qū)ι涫焦怆婇_(kāi)關(guān)中均可應(yīng)用。
1 發(fā)光電路
圖1 給出了一個(gè)具有大功率輸出的發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)電路,它具有發(fā)射15kHz 調(diào)制光的能力。
圖1 發(fā)光二極管的大功率驅(qū)動(dòng)器
*級(jí)4001 為單脈沖發(fā)生器,可以人工按鍵輸出檢測(cè)脈沖,用于故障維修。
為了穩(wěn)定被調(diào)制光信號(hào)的頻率,電路中使用了分頻器CD4060 。它帶有一個(gè)外接晶體振蕩器,內(nèi)部有多級(jí)分頻器。對(duì)于1M 晶振來(lái)說(shuō),經(jīng)過(guò)4 060 的六次分頻,可以得到頻率穩(wěn)定的151625kHz 的方波,再通過(guò)功率場(chǎng)效應(yīng)管的電流放大,就可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)上百個(gè)發(fā)光二極管同時(shí)發(fā)光。
2 帶自動(dòng)增益控制的光電開(kāi)關(guān)接收電路
圖2 給出了光電三極管的檢測(cè)電路。紅外光電三極管T2 帶有基極引出腳。因此可以對(duì)其進(jìn)行靈敏度控制。它射極輸出的光電流被放大管T3 反相之后,反饋到光電三極管的基極。由于反饋回路中有由R13和C11組成的低通濾波器,因此這個(gè)反饋是對(duì)于直流工作點(diǎn)的負(fù)反饋,也使得交流電壓增益得到控制,這就是自動(dòng)增益控制(AGC) 電路。
圖2 光電接收電路
輸入光信號(hào)較強(qiáng)時(shí), T3 集電極信號(hào)有變強(qiáng)趨勢(shì),導(dǎo)致光電三極管T2 基極的直流工作點(diǎn)電壓下降,從而使T2 和T3 的交流輸出均減小。因此,這個(gè)負(fù)反饋系統(tǒng)將使T3 的交流輸出信號(hào)在很大范圍內(nèi)與T2 得到的光強(qiáng)大小幾乎無(wú)關(guān)。可知,該接收電路在輸入光發(fā)生變化時(shí),T3 輸出信號(hào)變化不大。就是說(shuō),光源和光電三極管之間的距離變化,在很大范圍內(nèi)對(duì)T3 輸出信號(hào)影響不大。只有光源被充分隔擋之后,T3 的輸出信號(hào)才有明顯變化。
圖2 中的U11 組成二階帶通濾波器, 可以濾去151625kHz 以外的信號(hào)。該級(jí)增益為1 , Q 值為5 ,截止頻率、中心頻率以及濾波特性容易調(diào)整。二極管D1 和電容C14組成檢波電路,可以從151625kHz 信號(hào)上解調(diào)出包絡(luò)信號(hào)。上述兩部分電路可以濾除陽(yáng)光、日光燈、白熾燈等干擾源的作用。
圖2 中的輸出電路由放大級(jí)U12和施密特電路U13組成。U13的遲滯作用可以消除光電開(kāi)關(guān)的臨界抖動(dòng)現(xiàn)象,避免光電開(kāi)關(guān)的誤翻現(xiàn)象。zui后,光電開(kāi)關(guān)的輸出狀態(tài)由發(fā)光二極管D2顯示。
3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
表1 為實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)。發(fā)光管和接收管之間正面相對(duì), 兩者之間無(wú)聚焦光學(xué)元件。用有無(wú)遮光對(duì)整機(jī)主要參數(shù)進(jìn)行測(cè)試。由表可知,兩管表面之間的相對(duì)距離在015~170mm范圍內(nèi),無(wú)需調(diào)整靈敏度都能正常工作。
表1 光電開(kāi)關(guān)整機(jī)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
在距離接收管100mm 處用1 個(gè)40W白熾燈照射時(shí),接收管仍可正常工作,表現(xiàn)為接收管不會(huì)飽和,抗干擾性*。倘要加大工作距離,應(yīng)加入光學(xué)透鏡;在2m以上光射距離時(shí),可用半導(dǎo)體激光二極管作調(diào)制光源。
4 結(jié)束語(yǔ)
本文所介紹的光電開(kāi)關(guān)電路具有如下特點(diǎn):
由于負(fù)反饋使接收光電三極管不容易飽和。只要該管不飽和,外來(lái)光干擾就能抑制。
由于使用了調(diào)制和解調(diào)電路,所以在各種磁、電、光干擾之下,都能可靠工作。
施密特電路可以對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行消抖。
由于電路盡量采用集成電路,特別是大功率FET 的應(yīng)用,使本文所介紹的電路更適于陣列式光電開(kāi)關(guān)應(yīng)用的場(chǎng)合。
由于采用了AGC 電路,導(dǎo)致了接收靈敏度幾乎無(wú)需調(diào)整。
本文所介紹的電路,在100 條微小產(chǎn)品的自動(dòng)生產(chǎn)線上進(jìn)行聯(lián)合計(jì)數(shù),取得良好效果。
地址:上海市共康路1018號(hào)
:200443
:徐壽平
:86-
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