高通濾波空頭缺嘴檢測器設(shè)計(jì)

安徽科達(dá)自動(dòng)化集團(tuán)股份有限公司　王萬年

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高通濾波空頭缺嘴檢測器設(shè)計(jì)

安徽科達(dá)自動(dòng)化集團(tuán)股份有限公司王萬年

提出一種適用于香煙卷接自動(dòng)生產(chǎn)線的煙支空頭和過濾嘴缺失缺陷進(jìn)行快速檢測的高通檢測電路設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)中包含有LC振蕩電路、晶體振蕩電路、運(yùn)放信號(hào)疊加增益電路和穩(wěn)壓源電路等。

缺失檢測；高通濾波；振蕩電路

前言

隨著工業(yè)的自動(dòng)化程度的不斷的提升，國內(nèi)煙草行業(yè)的自動(dòng)化程度也越來越高，空頭缺嘴檢測技術(shù)是指在煙草生產(chǎn)線上應(yīng)用于檢測，生產(chǎn)線上存在的煙支空頭和過濾嘴缺失的產(chǎn)品進(jìn)行快速檢測的技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)將生產(chǎn)線上存在的有缺陷的香煙進(jìn)行快速的檢測，能夠大大的提高產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)的可靠性。因此本文提出一種包含有LC振蕩電路、晶體振蕩電路、運(yùn)放放大電路和直流穩(wěn)壓源組成的快速、靈敏和高精度的檢測器設(shè)計(jì)。

1.檢測器設(shè)計(jì)方案

本文設(shè)計(jì)的空頭缺嘴檢測電路主要由LC振蕩電路、晶體振蕩電路、運(yùn)放信號(hào)疊加增益放大電路及電源模塊電路構(gòu)成，其中穩(wěn)壓電源提供±15V直流電壓，為整個(gè)檢測器電路提供電源，在檢測過程中，如果不出現(xiàn)煙支空頭或缺嘴，則感應(yīng)電容的容值將不變，那么在本設(shè)計(jì)中的LC振蕩電路相位將和晶體振蕩電路的相位相反，這兩路電路的信號(hào)將通過運(yùn)放信號(hào)疊加增益放大電路疊加到一起，在無缺陷的煙頭檢測中，由于兩路信號(hào)的相位相反而幅值相同因此將輸出低電平信號(hào)。當(dāng)被檢測煙支中的煙絲與感應(yīng)電容面≤2毫米時(shí)，感應(yīng)電容的容值將改變，從而改變LC電路的振蕩周期與頻率，進(jìn)而改變LC電路輸出信號(hào)的相位，而當(dāng)與晶體振蕩電路的固定相位信息疊加時(shí)將在運(yùn)放放大電路的輸出端輸出高電平的信號(hào)，因此在生成過程中只要監(jiān)控檢測電路的輸出信號(hào)的高低電平即可對(duì)生產(chǎn)線上的有缺陷的煙頭進(jìn)行檢測。

2.LC振蕩電路

本文設(shè)計(jì)的LC振蕩電路主要實(shí)現(xiàn)通過感應(yīng)電容來對(duì)振蕩電路的輸出的相位進(jìn)行改變和調(diào)節(jié)。

振蕩電路，簡單來講，就是指能夠產(chǎn)生大小和方向均隨著周期發(fā)生變化的振蕩電流，而產(chǎn)生的這種振蕩電流的電路我們就叫做振蕩電路。LC回路便是其中最簡單的振蕩電路。振蕩電流不能用線圈在磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生，它是一種頻率比較高的交變電流，只能在振蕩電路中產(chǎn)生。

振蕩電路物理模型滿足的條件有以下3點(diǎn)：

（1）電感線圈L集中了全部電路的電感，電容器C集中了全部電路的電容，無潛布電容存在。

（2）個(gè)電路的電阻R=0（包括線圈、導(dǎo)線），從能量角度看沒有其它形式的能向內(nèi)能轉(zhuǎn)化，即熱損耗為零。

（3）LC振蕩電路在發(fā)生電磁振蕩時(shí)不向外界空間輻射電磁波，是嚴(yán)格意義上的閉合電路，LC電路內(nèi)部只發(fā)生線圈磁場能與電容器電場能之間的相互轉(zhuǎn)化，即便是電容器內(nèi)產(chǎn)生的變化電場，線圈內(nèi)產(chǎn)生的變化磁場也沒有按麥克斯韋的電磁場理論激發(fā)相應(yīng)的磁場和電場，向周圍空間輻射電磁波。

3.晶體振蕩電路

本文設(shè)計(jì)的晶體振蕩電路主要用于固定相位與幅值的對(duì)比信號(hào)。

石英晶體振蕩器是利用石英晶體（二氧化硅的結(jié)晶體）的壓電效應(yīng)制成的一種諧振器件，它的基本構(gòu)成大致是：從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片（簡稱為晶片，它可以是正方形、矩形或圓形等），在它的兩個(gè)對(duì)應(yīng)面上涂敷銀層作為電極，在每個(gè)電極上各焊一根引線接到管腳上，再加上封裝外殼就構(gòu)成了石英晶體諧振器，簡稱為石英晶體或晶體、晶振。其產(chǎn)品一般用金屬外殼封裝，也有用玻璃殼、陶瓷或塑料封裝的。若在石英晶體的兩個(gè)電極上加一電場，晶片就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形。反之，若在晶片的兩側(cè)施加機(jī)械壓力，則在晶片相應(yīng)的方向上將產(chǎn)生電場，這種物理現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。如果在晶片的兩極上加交變電壓，晶片就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，同時(shí)晶片的機(jī)械振動(dòng)又會(huì)產(chǎn)生交變電場。在一般情況下，晶片機(jī)械振動(dòng)的振幅和交變電場的振幅非常微小，但當(dāng)外加交變電壓的頻率為某一特定值時(shí)，振幅明顯加大，比其他頻率下的振幅大得多，這種現(xiàn)象稱為壓電諧振，它與LC回路的諧振現(xiàn)象十分相似。

4.運(yùn)放信號(hào)疊加增益放大電路

該部分的電路主要是用于疊加LC振蕩電路的輸出信號(hào)和晶體振蕩電路輸出的固定信號(hào)，通過疊加而輸出低電平或高電平。放大電路的功能是利用晶體管的控制作用，把輸入的微弱電信號(hào)不失真的放到所需的數(shù)值，實(shí)現(xiàn)將直流電源的能量部分的轉(zhuǎn)化為按輸入信號(hào)規(guī)律變化且有較大能量的輸出信號(hào)。放大電路的實(shí)質(zhì)，是用較小的能量去控制較大能量轉(zhuǎn)換的一種能量裝換裝置。晶體管再放大電路中只是實(shí)現(xiàn)的對(duì)能量的控制，是指轉(zhuǎn)換信號(hào)能量，并傳遞給負(fù)載。因此放大電路組成的原則首先是必須有直流電源，而且電源的設(shè)置應(yīng)保證晶體管工作在線性放大電路狀態(tài)。其次，放大電路中各元件的參數(shù)和安排上，要保證被傳輸信號(hào)能夠從放大電路的輸入端盡量不衰減地輸出，在信號(hào)傳輸?shù)倪^程中能夠不失真的放大，最后經(jīng)放大電路輸出端輸出，并且滿足放大電路的性能指標(biāo)要求。

運(yùn)算放大器是目前應(yīng)用最廣泛的一種器件，當(dāng)外部接入不同的線性或非線性元器件組成輸入和負(fù)反饋電路時(shí)，可以靈活地實(shí)現(xiàn)各種特定的函數(shù)關(guān)系。在線性應(yīng)用方面，可組成比例、加法、減法、積分、微分、對(duì)數(shù)等模擬運(yùn)算電路。本文主要是應(yīng)用加減法的功能應(yīng)用。

5.電源模塊電路

本文設(shè)計(jì)的電路的供電是15V的直流電壓，因此本模塊的電源電路如圖1所示。

圖1　電源模塊電路

電源模塊電路由電阻R13、R16，電容C4、C7以及穩(wěn)壓管BW1（10V穩(wěn)壓管）組成。

6.總結(jié)

本文設(shè)計(jì)的空頭缺嘴檢測電路關(guān)鍵是要合理設(shè)計(jì)振蕩電路的頻率、周期、幅值，頻率決定該產(chǎn)品的檢測速度，周期是設(shè)計(jì)兩信號(hào)能合理疊加的重要保證，而幅值是確保輸出準(zhǔn)確的TTL高低電平的。本文設(shè)計(jì)的空頭缺嘴檢測電路設(shè)計(jì)合理、構(gòu)思巧妙，采用兩路震蕩信號(hào)相互疊加，一路信號(hào)為晶體震蕩信號(hào)，另一路為LC振蕩檢測信號(hào)，形成高、低電平輸出，當(dāng)被檢測物體離開或靠近時(shí)改變震蕩周期，最終改變輸出信號(hào)，高速、高靈敏的判斷檢測物體。

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王萬年（1963-），男，安徽蚌埠人，大學(xué)本科，研究員，研究方向：機(jī)械制造及自動(dòng)化，電子技術(shù)工程。