传感器与微系统(Transducer and M i c rosyste m Technol ogi es)2010年第29卷第3期纱线检测中光电传感器及其前置放大器设计董晓亮,李醒飞,杨光,高雅彪(天津大学精密测试计量技术及仪器国家重点实验室,天津300072)摘要:针对当今纱线检测中/色纱疵0难以检测的问题,设计了一种新型的光电传感器。
通过专门的反射光检测通路感知由纱线反射回来的光强的变化,根据接收到的光强变化,判断有无纱疵。
设计了前置放大电路,通过实验验证了该系统的可行性。
关键词:纱线检测;纱疵;光电;前置放大中图分类号:T H741文献标识码:B文章编号:1000)9787(2010)03)0102)02Design of optoelectronic sensor and pre2amp lifier inyarn detectionD ONG X iao2liang,LI X i n g2f e,i YA NG Guang,GAO Y a2b iao(Sta te K ey L abora tor y of P rec ise M ea sur ing Technol ogy and In strum en t,T ianJ in Un iver sity,T ian ji n300072,C h i n a)Abstr a ct:To slo ve t he pro b le m of detec ting different col or yarn defects,a ne w type of optoelectronic sensor wh i chhas a re fl ected li ght detect channe l is des i gned to rece i ve t he reflected li ght.The yarn defects are detected by theli ght change fro m the yarn pre2a m plifi er c ircu it i s desig ned and t he system i s proved re flected feasi b l e by test.K ey word s:yarn detecti on;yarn defect;optoelectronic;pre2a m plifier0引言随着纺织工业的发展和电子科技水平的提高,各种新型传感器技术被广泛应用于纺织工业中[1],纱疵检测技术也有了显著的发展,使基于各种传感器的电子清纱器的性能有了显著的提高。
机械式清纱器作为最早使用的清纱器,其接触式的测量原理存在很大的缺陷,纱疵的清除效率低于50%,所以,早已被电子清纱器所替代[2]。
目前应用最广的是电容式电子清纱器,它应用的电容检测技术是纱疵检测领域的主流技术,能有效地感知纱线的平均密度,并在一定程度上可以检测纱线材质的变化,同时,电容传感器造价较低,相对稳定性较好。
但是,电容检测技术受环境湿度影响较大,对检测环境要求相对较高,对当今纱线检测中的难点)/异色纱疵0的检测效果很差。
异色纱疵包括异色同质纱疵、异色异质纱疵以及特殊纱疵如丙纶丝等,要满足这些检测要求,需要采用光电检测的方式。
本文在分析现有光电传感器原理的基础上,提出一种改进型光电式电子清纱器方案,以解决/异色纱疵0检测难题。
收稿日期:2009)09)111光电式电子清纱器光电检测是指利用光电传感器来获取纱线信息的检测方法[3]。
光电检测原理如图1所示。
光源发出的光经过测量区,其中的一部分被纱线反射和吸收,剩余部分到达光接收器。
光接收器将接收到的光信号转换为电信号,经后续电路整理输出。
当有粗细变化明显的疵点通过时,输出信号发生相应的幅度变化,将该信号送交鉴别电路,即可判断该纱疵属于有碍纱疵还是无碍纱疵,若超过预先设定的工艺标准,则判定为有碍纱疵,鉴别电路发出一个清除信号,驱动电路驱动切刀将其切除,完成一次清除纱疵的过程[4]。
在理想条件下,这种方法感知的是纱线沿光束方向图1光电式电子清纱器原理F i g1Pr i n ci p le of op toelectron ic yarn cl ean er102第3期 董晓亮,等:纱线检测中光电传感器及其前置放大器设计 的投影直径。
其优点在于它是纱线外观的直观表达,接近视觉效果。
但由于检测易受环境光线和检测区清洁度的影响和长周期稳定性差的因素,这种检测方法无法很好地解决异色纱疵的检测问题。
2 对光电传感器的改进本文针对色泽异常纱疵,通过对现有光电传感器的改进,来达到将其检出的目的。
本文选用光电二极管作为光电接收器,设计原理如图2所示。
图2 改进后的光电传感器工作示意图F i g 2 Sch e m ati c d iagram of i m proved op toelectron ic sen s o r该传感器由一路光源和两路光电接收器按一定的角度放置,形成固定的检测光路。
光源发出的光照在纱线上,会有一部分被吸收和反射,反射光被反射路光电接收器接收。
反射光不仅包含纱线的颜色(灰度)信息,也包含了纱线的直径信息。
当纱线上有颜色变化时,反射光光强会发生相应的变化;当纱线的直径变化时,反射光光强也会发生相应的变化[5]。
为了去除反射光光强中的直径信息,得到所要的颜色信息变化,在系统中引入了透射光接收器来检测纱线的直径变化,综合这两路信号会得到单纯的颜色信息。
由于异色纱疵颜色各异,要对各种颜色的纱疵都可检出,必须选择合适的光源和光电接收器。
本系统采用特殊材料制成的白光LED ,该LED 亮度高、在可见光波段发光光谱比较平坦,在RG B 上的分量相对比较均衡。
光源要在检测区内形成与纱线方向相垂直的切平面光斑。
尽量使光强在沿与纱线垂直方向上处处均匀,以保证纱线高速运行过程中的抖动不影响检测。
检测光斑沿纱线方向应尽量小,以提高检测的灵敏度。
同时为保证在可见光波段对各个颜色有相同的感应灵敏度[6]。
3 前置放大器的设计由于光电二极管正常工作的光生电流在L A 级别,所以,要求选用的运放有足够的放大倍数,较小的输入偏置电流和输入失调电流,较强的噪声抑制能力。
本文采用的运算放大器为ICL7650。
ICL7650是利用动态校零技术和CMOS 工艺制作的斩波稳零式高精度运算放大器,它具有输入偏置电流小、失调小、增益高、共模抑制能力强、响应快、漂移低等优点。
I CL7650的工作原理如图3所示。
图中,MAI N 是主放大器(C MOS 运算放大器),N ULL 是调零放大器(C MOS 高增益运算放大器)。
电路通过电子开关的转换来进行两个阶段工作,一是在内部时钟(OSC)的上半周期,电子开关A 和B 导通,和C 断开,电路处于误差检测和寄存阶段;二是在内部时钟的下半周期,电子开关和C 导通,A 和B 断开,电路处于动态校零和放大阶段。
图3 ICL7650工作原理图F ig 3 W ork i ng pr inci p l e of ICL 7650利用ICL7650设计如图4所示前置放大电路。
图4 前置放大原理图F i g 4 D iagram of p re 2am p li fier p r i n ci p le4 实验结果实验中给LED 施加频率为25k H z 、波形为方波的调制信号,则LED 发出调制光。
用相同直径的无疵纱线制作具有黄、绿等异色疵点的纱规,用设计的光电传感器分别对各颜色纱规进行检测,并记录实验结果。
图5所示为各个检测各纱规时前置放大器的输出。
图5(a)为传感器中无纱线的情况,其峰峰值为与传感器中有纱线的(b),(c),(d)三图的峰峰值相差较大,可知该传感器对有无纱线检测效果明显。
同时,图5(b)与(c),(d)差别明显,(c),(d)之间也有一定的差别,由实验结果可知:本系统可有效地检测出纱线上的异色纱疵,且对不同颜色的纱疵也有一定的辨别能力。
5 结束语本文在分析光电式电子清纱器传感原理的基础上,设计了一种新型的光电传感器,其中包括前置放大电路的设计,并通过实验验证了所设计的改进型光电式电子清纱器(下转第108页)103传感器与微系统第29卷5结论本文研究了一种基于机器视觉的无人机着陆段飞行参数的估计方法。
利用图像处理获得的地平线、跑道两条边缘线在图像像素坐标系下的直线方程,可以估计得到无人机着陆过程中的5个飞行参数:高度、侧偏距、滚转角、俯仰角、偏航角。
实验研究表明:该方法可能有效,为实现无人机自主着陆提供了一种新的着陆参数获取手段。
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