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粒傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明是一種用于對運動中物體進行計數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傳感器。
【背景技術】
[0002]工業自動化及其他領域中，需要對運動中的物體進行計數。例如制藥業中的數粒包裝機需要在裝瓶過程中對被裝瓶的藥粒進行計數，以滿足每瓶裝有約定數量的藥粒的要求。基于光電測量原理的光電數粒傳感器由于其高速，可靠，被廣泛應用于數粒包裝機中。
[0003]以上述的數粒包裝機為例，由于藥粒存在破碎的可能，在裝瓶過程中，需要能夠對藥粒的體積進行判斷，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，也有可能出現多顆藥粒同時下落的情況，需要數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，如果有，包裝機需要剔除數量有誤的藥瓶。
[0004]現有的光電數粒傳感器通常采用測量藥粒通過光電數粒傳感器的時間(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，其通過光電數粒傳感器時的姿態(垂直，水平)決定了光電傳感器測量到的下落時間，各種下落姿態通過傳感器的時間相差很多，因此，現有的光電數粒傳感器利用通過傳感器脈沖的長度無法準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的缺點。
【發明內容】
[0005]鑒于以上所述現有技術的缺點，本發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確測量出藥粒體積的光電數粒傳感器。本發明的技術方案如下:所述傳感器包括由一組并排的發射管(η個，Ε1χ，Ε2χ…Enx)和一組與其相對的光電接收管(η個，Rlx, R2x-Rnx)及其相關電路組成。發射管和接收管的間隔為d。
[0006]作為本發明的進一步技術方案，發射管發射經過調制的光波，接收管經過放大，解調，數字信號處理之后輸出信號。
[0007]作為本發明的進一步技術方案，時序電路使得當其中的一個發射管Emx發射時，接收管Rlx，R2x…Rnx按順序接收發射管Emx的發射信號，在Rnx完成接收周期后，下一個發射管￡(?1+1):!重復上述時序。在一個掃描周期內，發射管Elx，E2x…En按順序發射，掃描周期周而復始，在發射管和接收管之間形成密集交叉的光路。
[0008]作為本發明的進一步技術方案，接收管Rlx，R2x...Rnx經過放大，解調，數字信號處理后，進入2個閾值分別設為T2和Tl的比較器，T2高于Tl，比較器設有一定的回差，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，當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。“與”門的輸出翻轉，給用戶提供報警信號，提示傳感器需要維護，如清除粉塵，調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，當有物體擋住任何一條發射管到接收管的光路，放大器輸出信號的強度低于設定的動作比較器的閾值(Tl)，動作比較器的輸出翻轉，與門的輸出翻轉，傳感器判斷有一個物體經過傳感器，傳感器計數加I。
[0009]作為本發明的一種優選方案，根據報警比較器和動作比較器的輸出，傳感器能實現自調節。通過調節發光管的發射電流及接收電路的增益，使得進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行自調節或在物體通過后的第一個掃描周期內進行自調節。如果在自調節的過程中，發射電流或接收電路的增益超過設定的極限，傳感器輸出失效信號。
[0010]作為本發明的另一種優選方案，比較器輸出可接入微處理器的I/O 口，利用微處理器進行進一步的數字信號處理。利用微處理器，對一個掃描周期內，被擋住的發射光線和沒被擋住的發射光線的時序和位置進行分析，進而判定是否有物體經過傳感器，是否有一個以上的物體同時經過傳感器的情況出現，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射光線和沒被擋住的發射光線的時序和位置進行分析，進而對通過傳感器的物體的數量進行更精確的計算。
[0011]作為本發明的另一種優選方案，經過解調之后的模擬信號輸出到帶有A/D的微處理器中。由微處理器實現動作比較器和報警比較器，進一步數字信號處理等功能。
[0012]作為本發明的另一種優選方案，傳感器利用分析物體下落時各個掃描周期中被擋住的發射光線和沒被擋住的發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，進而得出通過傳感器的物體的體積。
[0013]作為本發明的另一種優選方案，傳感器可由在不同時間發射的，互不干擾的多組上述的“發射一接收管組合”組成XY，八角形等形狀傳感器，進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粒傳感器圖；
圖2是交叉式光電數粒傳感器電路框圖；
圖3是交叉式光電數粒傳感器同對射式光電數粒傳感器的比較圖；
圖4是XY方向的交叉式光電數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粒傳感器圖；
圖7是用于測量體積的交叉式數粒傳感器圖。
【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明的基本構想，圖式中僅顯示與本發明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態、數量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態也可能更為復雜。
[0015]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】作進一步詳細說明，本發明是按如下的方式來實現的:如圖1所示，所述傳感器包括由一組并排的發射管(η個，Elx，E2x…Enx)和一組與其相對的光電接收管(η個，Rlx, R2x-Rnx)及其相關電路組成。發射管和接收管的間隔為d。本發明相應的電路如圖2所示。
[0016]圖2中的傳感器的時序電路使得當其中的一個發射Emx發射時，接收管Rlx，R2x…Rnx按順序接收發射管Emx的發射信號，在Rnx完成接收后，下一個發射管E (m+Ux重復上述時序，直到發射管Enx完成發射，時序又回到驅動Elx發射。在一個掃描周期內，發射管Ε1Χ，Ε2χ...Εηχ按順序發射，掃描周期周而復始。由圖1的光路圖可以看出，這樣的時序使發射管和接收管之間的區域形成密集的交叉光路，當物體通過傳感器時，只要其中的一條光線被擋住而沒能達到接收管，相應的接收管比較器輸出發生翻轉，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定性，采用調制發射光和在接收端解調的方式，由時序電路產生具有一定占空比的方波Pulse驅動發射管。由于發射管只在很短的時間內發光，大部分時間處于關斷狀態，調制式發射管驅動的方法提高了發射管的壽命，使得傳感器的長期穩定性得到保證。
[0018]接收電路對接收管接收到的光信號進行電流電壓轉換，放大，用同樣的方波pulse解調后進行信號處理，進入到動作比較器，報警比較器中。比較器可以用硬件的形式實現，也可以用軟件的形式實現。當放大器的輸出小于設定的閾值T2，報警比較器的輸出翻轉(以下假設由高至低)，當放大器的輸出繼續減小至設定的閾值Tl時，動作比較器輸出翻轉(以下假設由高至低)。由于采用了驅動發射管的波形作為接收電路的解調波形的鎖相解調的方法，傳感器不受外界光源的干擾，抗干擾能力較強。
[0019]當發射光的光強因粉塵，自身發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為低，給用戶提供報警信號，提示傳感器需要維護，如清除粉塵，調整增益等。這時傳感器的動作輸出仍處于正常工作狀態，用戶得以在傳感器失效之前對傳感器進行維護。
[0020]本發明的傳感器能實現自調節，使傳感器在接收電路