專利名稱：三維光電數(shù)粒機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種高速光電數(shù)粒傳感器及由其構(gòu)成的光電數(shù)粒機，特別是一種用于顆 粒物體計數(shù)并能測量顆粒物體截面積和體積的三維光電數(shù)粒機。
背景技術(shù)：
非接觸光電式計數(shù)測量技術(shù)廣泛用于自動控制對運動中物體的計數(shù)和測量。其中 的一個例子就是用于制藥行業(yè)中的光電數(shù)粒機。光電數(shù)粒機的技術(shù)核心之一是安裝有發(fā)射和接收紅外線的光電傳感器，光電傳感 器中紅外線的發(fā)射區(qū)域構(gòu)成數(shù)粒檢測通道，當(dāng)顆粒通過檢測通道時，發(fā)射端的紅外線被遮 擋，相應(yīng)接收傳感器檢測到紅外線信號的脈沖變化，變化的脈沖通過可編程控制器(PLC) 或CPU內(nèi)的應(yīng)用程序和模型，通過特定算法對脈沖信號識別、判斷，確定通過的顆粒的形 狀、大小，即可判斷通過的藥粒是否合格品，并進行計數(shù)和記錄?，F(xiàn)有的光電數(shù)粒機一般都能夠滿足藥品生產(chǎn)企業(yè)進行藥品包裝的要求。但也存在 著以下主要缺陷1.現(xiàn)有光電數(shù)粒機只能檢測識別直徑大于2. 5mm的顆粒，對小于此尺寸的顆粒， 其檢測失效率比較高。2.現(xiàn)有光電數(shù)粒機無法識別三維的顆粒缺陷，對重疊、破碎的顆粒無法識別，易造 成不合格品的誤檢。3.現(xiàn)有光電數(shù)粒機的響應(yīng)速度，不能滿足高速、大批量的數(shù)粒需求。4.現(xiàn)有光電數(shù)粒機對于顆粒數(shù)粒過程中產(chǎn)生的粉塵影響及振動輸送過程中產(chǎn)生 的靜電，缺乏屏蔽的能力，影響數(shù)粒的精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有光電數(shù)粒機對小尺寸顆粒檢測失效率高、無法識別 三維顆粒、無法識別重疊及破碎的顆粒，不能滿足高速大批量的數(shù)粒需求的缺陷，發(fā)明一種 由兩個互不干擾的光幕構(gòu)成的三維光電數(shù)粒機。本發(fā)明的目的是按如下的方式來實現(xiàn)的所述三維光電數(shù)粒傳感器，包括一組光 電數(shù)粒傳感器；每組光電數(shù)粒傳感器分別由一個χ方向光電數(shù)粒傳感器和一個Y方向光電 數(shù)粒傳感器組成，每一個光電數(shù)粒傳感器都包括有第一至第η通道，每一個通道都由發(fā)光 管及其對應(yīng)的接收器組成，相鄰的通道互不干擾；X方向光電數(shù)粒傳感器產(chǎn)生一組X方向的 水平面型平行光，Y方向光電數(shù)粒傳感器產(chǎn)生一組Y方向的水平面型平行光，兩組平行光互 相疊加構(gòu)成一個光幕。本發(fā)明的目的也可以按如下的方式來實現(xiàn)的所述三維光電數(shù)粒傳感器，包括兩 組光電數(shù)粒傳感器；每組光電數(shù)粒傳感器分別由一個X方向光電數(shù)粒傳感器和一個Y方向 光電數(shù)粒傳感器組成，每一個光電數(shù)粒傳感器都包括有第一至第η通道，每一個通道都由 發(fā)光管及其對應(yīng)的接收器組成，相鄰的通道互不干擾；X方向光電數(shù)粒傳感器產(chǎn)生一組X方向的水平面型平行光，Y方向光電數(shù)粒傳感器產(chǎn)生一組Y方向的水平面型平行光，兩組平行 光互相疊加構(gòu)成一個光幕，共有兩個光幕，兩個光幕一上一下，互不干擾。所述兩個光幕可以交叉設(shè)置，即上方光幕的X軸、Y軸與下方光幕的X軸、Y軸，互 成一個角度，如45度。所述發(fā)光管由驅(qū)動電路驅(qū)動，接收器包括放大電路和信號處理電路，另有一時序 電路產(chǎn)生時序，使相鄰的發(fā)光管的發(fā)射，處于不同的時間間隔內(nèi)，即第一通道的發(fā)射同第 二、第三、第η通道的發(fā)射處于不同的時間階段內(nèi)；時序電路同時控制接收器的放大及信號 處理電路，使接收器的采樣工作與相應(yīng)通道的發(fā)射管的發(fā)射工作相同步。所述驅(qū)動電路、放大電路、信號處理電路和時序電路，是采用ISL102A集成電路內(nèi) 包含的驅(qū)動、放大、信號處理及時序電路，發(fā)光管D通過ISL102A的管腳7與的驅(qū)動電路連 接，接收器S反向偏置，經(jīng)由管腳1接到ISL102A內(nèi)的放大電路，管腳6和管腳7之間連接 有時序電路，通過時序電路產(chǎn)生延時，該延時能保證每個通道的光電傳感器在各自不同的 時間間隔內(nèi)發(fā)射和接收的時序；管腳5經(jīng)由ISL102A集成電路內(nèi)的信號處理電路與接收器 S連接，當(dāng)接收器S接收的信號下降到一定閾值時，信號處理電路會產(chǎn)生報警信號。本發(fā)明的積極效果如下本發(fā)明擁有高的分辨率，可探測到最小小于Imm的顆粒； 相鄰光電數(shù)粒傳感器之間互相不干擾，各通道同時發(fā)射、接收，大大提高了光幕的響應(yīng)速 度，滿足了高速數(shù)粒的要求；在光路受粉塵及其他因素影響時會報警，避免了因傳感器失效 而停機；本發(fā)明采用調(diào)制對射式傳感器，提高了檢測的可靠性；本發(fā)明能測量顆粒物體截 面積和體積，因而能對重疊、破碎的顆粒進行識別。


圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)2是本發(fā)明電路3是本發(fā)明檢測中1為X方向光電數(shù)粒傳感器2為Y方向光電數(shù)粒傳感器3為光幕D為發(fā)光管S為接收器
具體實施例方式如圖1所示，所述三維光電數(shù)粒傳感器，包括兩組光電數(shù)粒傳感器；每組光電數(shù)粒 傳感器分別由一個X方向光電數(shù)粒傳感器1和一個Y方向光電數(shù)粒傳感器2組成，每一個光 電數(shù)粒傳感器都包括有第一至第η通道，每一個通道都由發(fā)光管及其對應(yīng)的接收器組成， 相鄰的通道互不干擾；X方向光電數(shù)粒傳感器產(chǎn)生一組X方向的水平面型平行光，Y方向光 電數(shù)粒傳感器產(chǎn)生一組Y方向的水平面型平行光，兩組平行光互相疊加構(gòu)成一個光幕3，共 有兩個光幕，兩個光幕一上一下，互不干擾。所述兩個光幕可以交叉設(shè)置，即上方光幕的X軸、Y軸與下方光幕的X軸、Y軸，互 成一個角度，如45度。一般為平行設(shè)置，45度設(shè)置是為了提高精度。電路驅(qū)動，接收器包括放大電路和信號處理電路，另有一時序 電路產(chǎn)生時序，使相鄰的發(fā)光管的發(fā)射，處于不同的時間間隔內(nèi)，即第一通道的發(fā)射同第 二、第三、第η通道的發(fā)射處于不同的時間階段內(nèi)；時序電路同時控制接收器的放大及信號 處理電路，使接收器的采樣工作與相應(yīng)通道的發(fā)射管的發(fā)射工作相同步。這樣的時序電路， 保證了每個通道的光電發(fā)射和接收是在各自的時間間隔內(nèi)發(fā)射和接收，由此保證了光幕能 夠工作在調(diào)制式同時發(fā)射和對射的模式下，確保光電數(shù)粒機的可靠、高速和高分辨率。如圖2所示，所述驅(qū)動電路、放大電路、信號處理電路和時序電路，是采用ISL102A 集成電路內(nèi)包含的驅(qū)動、放大、信號處理及時序電路，發(fā)光管D通過ISL102A的管腳7與的 驅(qū)動電路連接，接收器S反向偏置，經(jīng)由管腳1接到ISL102A內(nèi)的放大電路，管腳6和管腳 7之間連接有時序電路，通過時序電路產(chǎn)生延時，該延時能保證每個通道的光電傳感器在各 自不同的時間間隔內(nèi)發(fā)射和接收的時序；管腳5經(jīng)由ISL102A集成電路內(nèi)的信號處理電路 與接收器S連接，當(dāng)接收器S接收的信號下降到一定閾值時，信號處理電路會產(chǎn)生報警信 號，提示系統(tǒng)受到粉塵等因素影響，需要對系統(tǒng)進行維護，避免了傳感器誤數(shù)。在具體實施中，所述光電數(shù)粒傳感器的輸出，是通過微處理器進行處理，計算出通 過光幕的物體的數(shù)目、截面積、體積等，通過這些數(shù)據(jù)，微處理器可輸出相應(yīng)的控制信號，并 顯示相應(yīng)的數(shù)據(jù)；微處理器可以把數(shù)據(jù)通過通訊接口，傳到計算機上，利用計算機強大的計 算功能，由計算機進行進一步的數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲、圖像顯示等。三維光電數(shù)粒機對被測物體進行三維檢測，是通過相關(guān)的計算過程來實現(xiàn)的。如 圖3所示，為了方便其原理的闡述，假設(shè)被測物體為長方體，其長、寬、高分別為a，b，c，其 中，a與X同向，b與Y同向，c與Z同向，并假設(shè)物體在上下兩個光幕之間作勻速運動，這 時被測物體的長a的測量被測物體從到達第一道光幕到離開第一道光幕，測得有P 個Y方向的通道被遮擋，已知相鄰的兩個Y方向通道的間隔為Δ χ，則a = P Δ χ ；被測物體的寬b的測量被測物體從到達第一道光幕到離開第一道光幕，測得有Q 個X方向的通道被遮擋，已知相鄰的兩個X方向通道的間隔為Ay，則b = QAy ；被測物體的高c的測量被測物體到達第一道光幕時，測得時間為、，離開第一道 光幕時，測得時間為、，所以為被測物體下落距離c所用的時間；被測物體到達第二道 光幕時，測得時間為t2，離開第二道光幕時，測得時間為t3，已知上下兩個光幕的距離為L， 所以為被測物體下落距離L所用的時間，假設(shè)物體為在L范圍內(nèi)為勻速運動，被測物 體下落的速度為V = L+ (t2-t0)；則c = V(trt0)。有了 a、b、C，很容易就能算出被測物體的截面積及體積。為了更一步提高測量精度，當(dāng)被檢測物體下落到下面的光幕時，可依同樣的原理 再次計算出被測物體的截面積及體積，對兩個測量值取平均值后得出物體的截面積及體 積。若物體為不規(guī)則形狀，并且物體在上下兩個光幕之間不是作勻速運動，而是做落 體運動，則可通過對物體截面積的高速采樣，得到物體通過光幕時不同時段內(nèi)的截面積，并 與物體在采樣時間內(nèi)在ζ方向運動的距離相乘，得到物體在各個采樣時間內(nèi)的體積，把各 個采樣時間內(nèi)測到的體積相加，就可以得到不規(guī)則物體的體積。
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如果被測物體的速度為已知(例如，對從已知高度自由下落的物體)，則只需一個 光幕便能構(gòu)成本發(fā)明所闡述的數(shù)粒機。
權(quán)利要求
一種三維光電數(shù)粒傳感器，其特征在于所述三維光電數(shù)粒傳感器，包括一組光電數(shù)粒傳感器；每組光電數(shù)粒傳感器分別由一個X方向光電數(shù)粒傳感器和一個Y方向光電數(shù)粒傳感器組成，每一個光電數(shù)粒傳感器都包括有第一至第n通道，每一個通道都由發(fā)光管及其對應(yīng)的接收器組成，相鄰的通道互不干擾；X方向光電數(shù)粒傳感器產(chǎn)生一組X方向的水平面型平行光，Y方向光電數(shù)粒傳感器產(chǎn)生一組Y方向的水平面型平行光，兩組平行光互相疊加構(gòu)成一個光幕。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維光電數(shù)粒傳感器，其特征在于所述發(fā)光管由驅(qū)動電路 驅(qū)動，接收器包括放大電路和信號處理電路，另有一時序電路產(chǎn)生時序，使相鄰的發(fā)光管的 發(fā)射，處于不同的時間間隔內(nèi)，即第一通道的發(fā)射同第二、第三、第η通道的發(fā)射處于不同 的時間階段內(nèi)；時序電路同時控制接收器的放大及信號處理電路，使接收器的采樣工作與 相應(yīng)通道的發(fā)射管的發(fā)射工作相同步。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維光電數(shù)粒傳感器，其特征在于所述驅(qū)動電路、放大電 路、信號處理電路和時序電路，是采用ISL102A集成電路內(nèi)包含的驅(qū)動、放大、信號處理及 時序電路，發(fā)光管D通過ISL102A的管腳7與驅(qū)動電路連接，接收器S反向偏置，經(jīng)由管腳 1接到ISL102A內(nèi)的放大電路，管腳6和管腳7之間連接有時序電路，通過時序電路產(chǎn)生延 時，該延時能保證每個通道的光電傳感器在各自不同的時間間隔內(nèi)發(fā)射和接收的時序；管 腳5經(jīng)由ISL102A集成電路內(nèi)的信號處理電路與接收器S連接，當(dāng)接收器S接收的信號下 降到一定閾值時，信號處理電路會產(chǎn)生報警信號。
4.一種三維光電數(shù)粒傳感器，其特征在于所述三維光電數(shù)粒傳感器，包括兩組光電 數(shù)粒傳感器；每組光電數(shù)粒傳感器分別由一個X方向光電數(shù)粒傳感器和一個Y方向光電數(shù) 粒傳感器組成，每一個光電數(shù)粒傳感器都包括有第一至第η通道，每一個通道都由發(fā)光管 及其對應(yīng)的接收器組成，相鄰的通道互不干擾；X方向光電數(shù)粒傳感器產(chǎn)生一組X方向的水 平面型平行光，Y方向光電數(shù)粒傳感器產(chǎn)生一組Y方向的水平面型平行光，兩組平行光互相 疊加構(gòu)成一個光幕，共有兩個光幕，兩個光幕一上一下，互不干擾。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的三維光電數(shù)粒傳感器，其特征在于所述兩個光幕可以交叉 設(shè)置，即上方光幕的X軸、Y軸與下方光幕的X軸、Y軸，互成一個角度，如45度。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的三維光電數(shù)粒傳感器，其特征在于所述發(fā)光管由驅(qū)動電路 驅(qū)動，接收器包括放大電路和信號處理電路，另有一時序電路產(chǎn)生時序，使相鄰的發(fā)光管的 發(fā)射，處于不同的時間間隔內(nèi)，即第一通道的發(fā)射同第二、第三、第η通道的發(fā)射處于不同 的時間階段內(nèi)；時序電路同時控制接收器的放大及信號處理電路，使接收器的采樣工作與 相應(yīng)通道的發(fā)射管的發(fā)射工作相同步。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的三維光電數(shù)粒傳感器，其特征在于所述驅(qū)動電路、放大電 路、信號處理電路和時序電路，是采用ISL102A集成電路內(nèi)包含的驅(qū)動、放大、信號處理及 時序電路，發(fā)光管D通過ISL102A的管腳7與驅(qū)動電路連接，接收器S反向偏置，經(jīng)由管腳 1接到ISL102A內(nèi)的放大電路，管腳6和管腳7之間連接有時序電路，通過時序電路產(chǎn)生延 時，該延時能保證每個通道的光電傳感器在各自不同的時間間隔內(nèi)發(fā)射和接收的時序；管 腳5經(jīng)由ISL102A集成電路內(nèi)的信號處理電路與接收器S連接，當(dāng)接收器S接收的信號下 降到一定閾值時，信號處理電路會產(chǎn)生報警信號。
全文摘要
本發(fā)明是一種光電數(shù)粒機，特別是一種用于顆粒物體計數(shù)并能測量顆粒物體截面積和體積的三維光電數(shù)粒機。其包括兩組光電數(shù)粒傳感器；每組光電數(shù)粒傳感器分別由一個X方向光電數(shù)粒傳感器和一個Y方向光電數(shù)粒傳感器組成，每一個光電數(shù)粒傳感器都包括有第一至第n通道，每一個通道都由發(fā)光管及其對應(yīng)的接收器組成，相鄰的通道互不干擾；X方向光電數(shù)粒傳感器產(chǎn)生一組X方向的水平面型平行光，Y方向光電數(shù)粒傳感器產(chǎn)生一組Y方向的水平面型平行光，兩組平行光互相疊加構(gòu)成一個光幕，共有兩個光幕，兩個光幕一上一下，互不干擾。本發(fā)明具有識別重疊、破碎的顆粒的能力；可檢測到最小小于1mm的顆粒；本發(fā)明光幕響應(yīng)速度快，滿足了高速數(shù)粒的要求。
文檔編號G01N15/10GK101963573SQ20091011232
公開日2011年2月2日 申請日期2009年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月25日
發(fā)明者鄭政 申請人:矽拓微電子(上海)有限公司