一種能測量多個同時下落物體并具有體積測量功能的光電數(shù)粒傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是一種用于對運動中物體進(jìn)行計數(shù)和體積測量的傳感器，特別是一種基于光電測量原理，能測量多個同時下落的物體，并具有體積測量功能的小物體計數(shù)傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]工業(yè)自動化及其他領(lǐng)域中，需要對運動中的物體進(jìn)行計數(shù)。例如制藥業(yè)中的數(shù)粒包裝機需要在裝瓶過程中對被裝瓶的藥粒進(jìn)行計數(shù)，以滿足每瓶裝有約定數(shù)量的藥粒的要求?；诠怆姕y量原理的光電數(shù)粒傳感器由于其高速，可靠，被廣泛應(yīng)用于數(shù)粒包裝機中。
[0003]以上述的數(shù)粒包裝機為例，由于藥粒存在破碎的可能，在裝瓶過程中，需要能夠?qū)λ幜５捏w積進(jìn)行判斷，以剔除裝有不完整藥粒的瓶子。另一方面，包裝過程中，雖然采用振動的方式使得藥粒是一顆一顆順序下落的，但是，也有可能出現(xiàn)多顆藥粒同時下落的情況，需要數(shù)粒傳感器能夠判斷出是否有多顆藥粒一起下落的情況出現(xiàn)，如果有，包裝機需要剔除數(shù)量有誤的藥瓶。
[0004]現(xiàn)有的光電數(shù)粒傳感器通常采用測量藥粒通過光電數(shù)粒傳感器的時間(脈沖長度)來判斷藥粒的體積。但是，由于藥粒的形狀不全是球型的，藥粒下落時，其通過光電數(shù)粒傳感器時的姿態(tài)(垂直，水平)決定了光電傳感器測量到的下落時間，各種下落姿態(tài)通過傳感器的時間相差很多，因此，現(xiàn)有的光電數(shù)粒傳感器利用通過傳感器脈沖的長度無法準(zhǔn)確地測出藥粒的體積，存在著對破碎的藥粒和同時下落的藥粒判斷不準(zhǔn)的缺點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠判斷出多個物體同時通過并準(zhǔn)確測量出藥粒體積的光電數(shù)粒傳感器。本發(fā)明的技術(shù)方案如下:所述傳感器包括由一組并排的發(fā)射管(η個，Ε1χ，Ε2χ…Enx)和一組與其相對的光電接收管(η個，Rlx, R2x-Rnx)及其相關(guān)電路組成。發(fā)射管和接收管的間隔為d。
[0006]作為本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案，發(fā)射管發(fā)射經(jīng)過調(diào)制的光波，接收管經(jīng)過放大，解調(diào)，數(shù)字信號處理之后輸出信號。
[0007]作為本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案，時序電路使得當(dāng)其中的一個發(fā)射管Emx發(fā)射時，接收管Rlx，R2x…Rnx按順序接收發(fā)射管Emx的發(fā)射信號，在Rnx完成接收周期后，下一個發(fā)射管￡(?1+1):!重復(fù)上述時序。在一個掃描周期內(nèi)，發(fā)射管Elx，E2x…En按順序發(fā)射，掃描周期周而復(fù)始，在發(fā)射管和接收管之間形成密集交叉的光路。
[0008]作為本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案，接收管Rlx，R2x...Rnx經(jīng)過放大，解調(diào)，數(shù)字信號處理后，進(jìn)入2個閾值分別設(shè)為T2和Tl的比較器，T2高于Tl，比較器設(shè)有一定的回差，比較器的輸出接入η通道的“與”門。第一個比較器為報警比較器，在一個掃描周期內(nèi)，當(dāng)任何一通道的信號減弱到低于閾值Τ2但還未降至Tl時，報警比較器的輸出翻轉(zhuǎn)?！芭c”門的輸出翻轉(zhuǎn)，給用戶提供報警信號，提示傳感器需要維護(hù)，如清除粉塵，調(diào)整接收電路的增益等。第二個比較器為動作比較器，在一個掃描周期內(nèi)，當(dāng)有物體擋住任何一條發(fā)射管到接收管的光路，放大器輸出信號的強度低于設(shè)定的動作比較器的閾值(Tl)，動作比較器的輸出翻轉(zhuǎn)，與門的輸出翻轉(zhuǎn)，傳感器判斷有一個物體經(jīng)過傳感器，傳感器計數(shù)加I。
[0009]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，根據(jù)報警比較器和動作比較器的輸出，傳感器能實現(xiàn)自調(diào)節(jié)。通過調(diào)節(jié)發(fā)光管的發(fā)射電流及接收電路的增益，使得進(jìn)入報警比較器的信號一直維持在高于T2的水平。傳感器可以在開機時進(jìn)行自調(diào)節(jié)或在物體通過后的第一個掃描周期內(nèi)進(jìn)行自調(diào)節(jié)。如果在自調(diào)節(jié)的過程中，發(fā)射電流或接收電路的增益超過設(shè)定的極限，傳感器輸出失效信號。
[0010]作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，比較器輸出可接入微處理器的I/O 口，利用微處理器進(jìn)行進(jìn)一步的數(shù)字信號處理。利用微處理器，對一個掃描周期內(nèi)，被擋住的發(fā)射光線和沒被擋住的發(fā)射光線的時序和位置進(jìn)行分析，進(jìn)而判定是否有物體經(jīng)過傳感器，是否有一個以上的物體同時經(jīng)過傳感器的情況出現(xiàn)，如果有，有多少個物體同時通過傳感器。如果物體通過傳感器的時間超過一個掃描周期，可以對多個掃描周期中被擋住的發(fā)射光線和沒被擋住的發(fā)射光線的時序和位置進(jìn)行分析，進(jìn)而對通過傳感器的物體的數(shù)量進(jìn)行更精確的計算。
[0011]作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，經(jīng)過解調(diào)之后的模擬信號輸出到帶有A/D的微處理器中。由微處理器實現(xiàn)動作比較器和報警比較器，進(jìn)一步數(shù)字信號處理等功能。
[0012]作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，傳感器利用分析物體下落時各個掃描周期中被擋住的發(fā)射光線和沒被擋住的發(fā)射光線的時序和位置，求得在一個掃描周期中的物體的截面積，通過對物體通過傳感器的所有掃描周期積分，進(jìn)而得出通過傳感器的物體的體積。
[0013]作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，傳感器可由在不同時間發(fā)射的，互不干擾的多組上述的“發(fā)射一接收管組合”組成XY，八角形等形狀傳感器，進(jìn)一步提高傳感器的分辨率和體積測量的精度。
【附圖說明】
圖1是由密集交叉光路組成的光電數(shù)粒傳感器圖；
圖2是交叉式光電數(shù)粒傳感器電路框圖；
圖3是交叉式光電數(shù)粒傳感器同對射式光電數(shù)粒傳感器的比較圖；
圖4是XY方向的交叉式光電數(shù)粒傳感器可以分辨出4個同時下落的物體圖；
圖5是XY方向的對射式光電數(shù)粒傳感器無法分辨出同時下落的4個物體圖；
圖6是八角型交叉式光電數(shù)粒傳感器圖；
圖7是用于測量體積的交叉式數(shù)粒傳感器圖。
【具體實施方式】
[0014]請參閱附圖。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實際實施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。
[0015]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)說明，本發(fā)明是按如下的方式來實現(xiàn)的:如圖1所示，所述傳感器包括由一組并排的發(fā)射管(η個，Elx，E2x…Enx)和一組與其相對的光電接收管(η個，Rlx, R2x-Rnx)及其相關(guān)電路組成。發(fā)射管和接收管的間隔為d。本發(fā)明相應(yīng)的電路如圖2所示。
[0016]圖2中的傳感器的時序電路使得當(dāng)其中的一個發(fā)射Emx發(fā)射時，接收管Rlx，R2x…Rnx按順序接收發(fā)射管Emx的發(fā)射信號，在Rnx完成接收后，下一個發(fā)射管E (m+Ux重復(fù)上述時序，直到發(fā)射管Enx完成發(fā)射，時序又回到驅(qū)動Elx發(fā)射。在一個掃描周期內(nèi)，發(fā)射管Ε1Χ，Ε2χ...Εηχ按順序發(fā)射，掃描周期周而復(fù)始。由圖1的光路圖可以看出，這樣的時序使發(fā)射管和接收管之間的區(qū)域形成密集的交叉光路，當(dāng)物體通過傳感器時，只要其中的一條光線被擋住而沒能達(dá)到接收管，相應(yīng)的接收管比較器輸出發(fā)生翻轉(zhuǎn)，傳感器就能判斷出有物體通過傳感器。
[0017]如圖2的電路框圖所示，為了提高傳感器的抗干擾能力和長期穩(wěn)定性，采用調(diào)制發(fā)射光和在接收端解調(diào)的方式，由時序電路產(chǎn)生具有一定占空比的方波Pulse驅(qū)動發(fā)射管。由于發(fā)射管只在很短的時間內(nèi)發(fā)光，大部分時間處于關(guān)斷狀態(tài)，調(diào)制式發(fā)射管驅(qū)動的方法提高了發(fā)射管的壽命，使得傳感器的長期穩(wěn)定性得到保證。
[0018]接收電路對接收管接收到的光信號進(jìn)行電流電壓轉(zhuǎn)換，放大，用同樣的方波pulse解調(diào)后進(jìn)行信號處理，進(jìn)入到動作比較器，報警比較器中。比較器可以用硬件的形式實現(xiàn)，也可以用軟件的形式實現(xiàn)。當(dāng)放大器的輸出小于設(shè)定的閾值T2，報警比較器的輸出翻轉(zhuǎn)(以下假設(shè)由高至低)，當(dāng)放大器的輸出繼續(xù)減小至設(shè)定的閾值Tl時，動作比較器輸出翻轉(zhuǎn)(以下假設(shè)由高至低)。由于采用了驅(qū)動發(fā)射管的波形作為接收電路的解調(diào)波形的鎖相解調(diào)的方法，傳感器不受外界光源的干擾，抗干擾能力較強。
[0019]當(dāng)發(fā)射光的光強因粉塵，自身發(fā)射管衰減等因素而使得接收電路的輸出減弱到一定的閾值T2 (T2高于Tl)但還未降至Tl時，報警比較器的輸出由高轉(zhuǎn)為低，給用戶提供報警信號，提示傳感器需要維護(hù)，如清除粉塵，調(diào)整增益等。這時傳感器的動作輸出仍處于正常工作狀態(tài)，用戶得以在傳感器失效之前對傳感器進(jìn)行維護(hù)。
[0020]本發(fā)明的傳感器能實現(xiàn)自調(diào)節(jié)，使傳感器在接收電路