专利名称：一种卷绕物综合传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种传感器，特别是涉及一种关于巻绕物在巻绕过程中的 巻径实时检测、线速度实时检测、巻绕长度实时检测等多信号输出的巻绕 物综合传感器。适用于各类带材、线材、塑性管材等加工、生产过程中对 巻径、线速度、巻绕长度的测控。
背景技术：
在诸如软包装印刷、塑料薄膜、纸品、纺织物、胶带、金属箔带、电 线电缆、绳缆等各类带材、线材、及塑性管材等加工、生产及巻绕过程 中，巻径检测、线速度检测、巻绕长度计量等测控是上述各类生产中的基 本要求，并希望传感器输出的信号要方便于后续不同需求的处理。而现有 的此类传感器均无法兼容对巻径、线速度、巻绕长度的检测(注此类长 度检测也称计长)，目前还没有可以集巻径实时检测、线速度实时检测、 巻绕长度实时检测于一体的巻绕物综合传感器。尤其是巻径的检测， 一般 都是自成产品。现有的巻径传感器类型主要是 一是基于超声波测距原理 的传感器，其在不同的应用场合都需作标定处理，安装方式较严格，且价 格昂贵，如日本NIREC0公司、德国P+F公司的产品等；二是机械摆臂靠 轮式，通过机械摆臂上的电位器检测摆臂摆角再换算成巻径的方式，其不 足点是检测机构有非线性、精度较低、还存在着机构复杂并有机械跳动干 扰等问题；三是作为附属于特定仪表或系统(如国产专用于巻绕张力控制
的艾默森异步电机变频器)中的巻径检测模块。此外，也有使用厚度积分 法，但在该法中需设定初始巻径及巻绕物的每层厚度，其不足点是使用不 方便、精度低、尤其是塑性巻绕物在巻绕中的厚度会因受力而变化。再 者，在线速度检测、巻绕长度计量方面也存在着适应的车速不高、后续的 信号处理不够便捷等问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有相关传感器的不足，提供一种结构简单、通 用性强、安装方便，具有集巻径实时检测、线速度实时检测、巻绕长度实 时检测于一体的巻绕物综合传感器。
本发明包括外壳，外壳两侧对称设置有两个相同规格的滚轮，两个滚 轮的轮心与穿过外壳的转轴连接。外壳内平行设置有两个相同规格和形状 的正交编码盘，两个正交编码盘的盘心与转轴固定连接。正交编码盘为圆 片型，盘心设置有安装孔，沿圆周方向间隔设置有检测齿和检测槽，每个 正交编码盘的检测齿和检测槽数量和形状相同。两个正交编码盘的检测齿 和检测槽错开设置，错开位置的大小为一个检测齿的一半。外壳内对应于 两个正交编码盘设置有两个槽形光电开关，每个槽形光电开关的发射端和 接收端设置在正交编码盘的两侧，并与检测齿和检测槽位置对应，槽形光 电开关的信号输出端与外壳内的信号处理电路板连接。外壳上固定设置有 航空连接件，外壳外设置有霍尔开关，航空连接件分别与霍尔开关和信号 处理电路板连接。
信号处理电路板的印刷电路板上固定设置有光电开关信号输入连接
件、霍尔开关信号输入连接件、RC滤波器、施密特触发器、CPLD芯片
(可编程逻辑器件)、0C门驱动器、巻径信号输出转换器、有源晶振、 5V稳压电源、3.3V稳压电源、信号输出连接件。其中，光电开关信号输 入连接件和霍尔开关信号输入连接件的输入端分别与槽形光电开关和霍尔 开关的信号输出端连接，其输出端与RC滤波器的输入端连接，RC滤波器 的输出端与施密特触发器的输入端连接，施密特触发器的输出端与CPLD 芯片连接；信号输出连接件的输出端与航空连接件连接，其输入端与0C 门驱动器和巻径信号输出转换器的输出端连接，0C门驱动器和巻径信号 输出转换器的输入端与CPLD芯片连接，有源晶振与CPLD芯片信号连接； 5V稳压电源的输出端分别与光电开关信号输入连接件、霍尔开关信号输 入连接件、RC滤波器、施密特触发器、0C门驱动器、巻径信号输出转换
器和3. 3V稳压电源的输入端电连接，信号输出连接件与5V稳压电源的输 入端连接，3. 3V稳压电源的输出端与有源晶振和CPLD芯片连接。
本发明中的槽形光电开关、光电开关信号输入连接件、霍尔开关信号 输入连接件、RC滤波器、施密特触发器、CPLD芯片、0C门驱动器、5V稳 压电源、3.3V稳压电源、有源晶振、信号输出连接件和航空连接件均采 用现有的成熟产品，可以通过市场取得。例如光电开关信号输入连接 件、霍尔开关信号输入连接件和信号输出连接件采用CH2. 54型连接件、 施密特触发器采用CD40106施密特触发器、CPLD芯片采用EPM3064ATC44 可编程逻辑器件、0C门驱动器采用MC1413 0C门驱动器、巻径信号输出 转换器采用TCL2262运算放大器、5V稳压电源采用LM7805稳压电源、 3. 3V稳压电源采用DF1117-3.3稳压电源、有源晶振采用2. 048MHz_3. 3V 有源晶振，航空连接件采用Y11-10TK/10ZJ航空连接件。
本发明的有益效果是结构简单、性价比高，巻径检测方法的优点突 出，输出信号功能多、后续应用处理简便，其中的当量为(1/100) m/P、 (1/200) m/P的脉冲信号适于长度计量用途，用户可根据所需的计长分 辨率或后续仪表、PLC等输入接口电路的响应速度进行选择；当量为
(1/60) m/p的脉冲信号特别适于数字测速应用，因该脉冲信号频率y;
(Hz)的数值与被测物运动线速度^ (m/min)相等，而无需再做任何换 算。本发明在诸如软包装印刷、塑料薄膜、纸品、纺织物、胶带、金属箔 带、电线电缆、绳缆等各类带材、线材、及塑性管材等加工、生产过程中 用途广泛、使用便捷、可靠。
图l为本发明的结构示意图2为图1中正交编码盘的结构示意图3为图1中两个正交编码盘的位置关系示意图4为图1中信号处理电路板的结构示意图5为本发明实际应用状态示意图。
具体实施例方式
如图1所示，巻绕物综合传感器包括外壳5，外壳5两侧对称设置有 两个相同规格的滚轮1，两个滚轮1的轮心与穿过外壳5的转轴8连接。 外壳5内平行设置有两个相同规格和形状的正交编码盘2，两个正交编码 盘2的盘心与转轴8固定连接。外壳5内对应两个正交编码盘2设置有两 个槽形光电开关4，每个槽形光电开关4的发射端和接收端设置在正交编 码盘2的两侧，槽形光电开关4的信号输出端与外壳5内的信号处理电路 板6连接。外壳5上固定设置有航空连接件7，外壳5外设置有霍尔开关 3， Yll-10TK/10ZJ航空连接件7分别与霍尔开关3和信号处理电路板6 连接。
如图2所示，正交编码盘2为圆片型，盘心设置有安装孔，沿圆周方 向间隔设置有检测齿9和检测槽10，每个正交编码盘2的检测齿9和检 测槽10数量和形状相同。槽形光电开关4的发射端和接收端与检测齿9 和检测槽IO位置对应。
如图3所示，两个正交编码盘2-1 (实线部分)和2-2 (虚线部分) 的检测齿(9-1和9-2)以及检测槽(10-1和10-2)错开设置，错开位置 的大小为一个检测齿的一半。
如图4所示，信号处理电路板的印刷电路板上固定设置有CH2.54型 光电开关信号输入连接件12、 CH2.54型霍尔开关信号输入连接件13、 RC 滤波器11、 CD40106施密特触发器14、 EPM3064ATC44可编程逻辑器件 16、 MC1413 0C门驱动器17、 TCL2262运算放大器18、 2. 04隱z-3. 3V有 源晶振15、 LM7805 5V稳压电源21、 DF1117-3. 3V稳压电源20、 CH2. 54 型信号输出连接件19。
其中，CH2.54型光电开关信号输入连接件12和CH2.54型霍尔开关 信号输入连接件13的输入端分别与槽形光电开关4和霍尔开关3的信号 输出端连接，其输出端与RC滤波器11的输入端连接，RC滤波器11的输 出端与CD40106施密特触发器14的输入端连接，CD40106施密特触发器
14的输出端与EPM3064ATC44可编程逻辑器件16连接；CH2. 54型信号输 出连接件19的输出端与Yll-10TK/10ZJ航空连接件7连接，其输入端与 0C门驱动器17和巻径信号输出转换器18的输出端连接，0C门驱动器17 和巻径信号输出转换器18的输入端与EPM3064ATC44可编程逻辑器件16 连接，2.048腿z-3. 3V有源晶振15与EPM3064ATC44可编程逻辑器件16 连接；5V稳压电源21的输出端分别与光电开关信号输入连接件12、霍尔 开关信号输入连接件13、 RC滤波器11、 CD40106施密特触发器14、 MC1413 0C门驱动器17、 TCL2262运算放大器18和DF1117-3. 3V稳压电 源20的输入端电连接，信号输出连接件19与LM7805 5V稳压电源21的 输入端连接，DF1117-3, 3V稳压电源20的输出端与2. 048MHz-3. 3V有源 晶振15和EPM3064ATC44可编程逻辑器件16连接。实际工作状态如图5所示，电机26通过巻轴带动巻筒22转动，巻绕 物被巻绕物综合传感器中的滚轮1和导辊压紧，巻绕物带动滚轮做相同线 速度转动。巻绕物综合传感器中霍尔开关3的磁钢固定在巻轴上，将巻筒 22的转速信号传送至巻绕物综合传感器。巻绕物综合传感器的输出信号 传送至巻径/速度/长度监控系统24、电机26及其控制系统25，使得电机 26及其控制系统25能根据巻径信号对巻绕中的转矩及转速进行自动控制 以达到对巻绕过程的张力与速度的控制目的，同时巻径/速度/长度监控系 统24能实时地对巻径、线速度、巻绕长度等进行监控，当巻径/速度/长 度监控系统24监测到巻绕的长度或巻径即将达到或已达到预定值时即分 别给电机26及其控制系统25发出减速或停车信号，以达到对巻绕长度的 控制目的。工作中，滚轮1与被测的运动体或与带材、线材、管材等被测物的传 输辊表面接触，当被测的运动体或传输辊运动时则带动传感器滚轮1一一 转轴8 ——两片正交式编码盘2作同歩转动，两片正交式编码盘2边缘平 均分布有检测齿9和检测槽10，这些检测齿9和检测槽10在槽形光电开 关4中周期性通断光路，使得槽形光电开关4发出线速度脉冲信号，同 时，巻轴转动使霍尔开关3发出转速脉冲信号，槽形光电开关4、和经Yll-10TK/10ZJ航空连接件7输入后的霍尔开关3发出的信号分别经 CH2.54型光电开关信号输入连接件12和CH2.54型霍尔开关信号输入连 接件13、 RC滤波器ll、 CD40106施密特触发器14等硬件抗干扰滤波、整 形后，输入到EPM3064ATC44可编程逻辑器件16，经EPM3064ATC44可编 程逻辑器件16处理后输出被测物运动方向电平信号，及脉冲当量分别为 (1/60) m/P、 (1/100) m/P、 (1/200) m/P的脉冲频率信号，这些信号 通过MC1413 0C门驱动器17输出；同时，EPM3064ATC44可编程逻辑器件 16还输出占空比与巻径成正比的P丽信号并经TCL2262运算放大器18输 出模拟量电压信号，MC1413 0C门驱动器17的输出信号与TCL2262运算 放大器18的输出模拟量电压信号都经CH2.54型连接件19、 Yll-10TK/10ZJ航空连接件7等输出。此外、EPM3064ATC44可编程逻辑器件 16的时钟来自2.048腿z-3.3V有源晶振15，外部供电电源为12 24VDC，经Y11-10TK/10ZJ航空连接件7输入，并经信号处理电路6中的 LM7805 5V稳压电源21、 DF1117-3. 3V稳压电源20后给信号处理电路6 中的各部分供电，EPM3064ATC44可编程逻辑器件16的程序由PC机下 载。该巻绕物综合传感器的巻径信号检测、处理方法是先将槽形光电开 关4发出的脉冲频率与线速度成正比的两路正交脉冲信号作四倍频处理，而后在巻绕轴上霍尔开关3输出的每两个相邻脉冲信号间对经四倍频后的 线速度脉冲信号进行计数，将该计数值W按(2)式运算后即得巻绕半径 值i (m)，基于上述思想的巻绕半径i 计算公式为因为"2;ri = 5iV (1)所以i = 5W/2;r (2) 其中的丄是巻绕半径为/ 时的周长(m) 、 5是槽形光电开关4发出并经四 倍频处理后的脉冲信号当量(m/P) ， iV为巻绕轴每转一圈，即在霍尔开 关3发出的两个脉冲期间测得的槽形光电开关4发出并经四倍频处理后当
量为delta的脉冲个数。上述计算过程均由以EPM3064ATC44可编程逻辑器件 16为核心的信号处理板6完成，并由EPM3064ATC44可编程逻辑器件16 将i 值转换成P丽信号后再经外围滤波、TCL2262运算放大器18，最后输 出与巻径成正比的模拟量电压信号。此外，还输出巻绕方向信号、及将经 四倍频与分数型分频等处理后输出易于测速、计长用的脉冲信号。
权利要求
1、一种卷绕物综合传感器，包括外壳，其特征在于外壳两侧对称设置有两个相同规格的滚轮，两个滚轮的轮心与穿过外壳的转轴连接；外壳内平行设置有两个相同规格和形状的正交编码盘，两个正交编码盘的盘心与转轴固定连接；所述的正交编码盘为圆片型，盘心设置有安装孔，沿圆周方向间隔设置有检测齿和检测槽，每个正交编码盘的检测齿和检测槽数量和形状相同，两个正交编码盘的检测齿和检测槽错开设置，错开位置的大小为一个检测齿的一半；外壳内对应于两个正交编码盘设置有两个槽形光电开关，每个槽形光电开关的发射端和接收端设置在正交编码盘的两侧，并与检测齿和检测槽位置对应，槽形光电开关的信号输出端与外壳内的信号处理电路板连接；外壳上固定设置有航空连接件，外壳外设置有霍尔开关，航空连接件分别与霍尔开关和信号处理电路板连接；所述的信号处理电路板的印刷电路板上固定设置有光电开关信号输入连接件、霍尔开关信号输入连接件、RC滤波器、施密特触发器、可编程逻辑器件、OC门驱动器、卷径信号输出转换器、有源晶振、5V稳压电源、3.3V稳压电源、信号输出连接件；其中光电开关信号输入连接件和霍尔开关信号输入连接件的输入端分别与槽形光电开关和霍尔开关的信号输出端连接，其输出端与RC滤波器的输入端连接，RC滤波器的输出端与施密特触发器的输入端连接，施密特触发器的输出端与可编程逻辑器件连接；信号输出连接件的输出端与航空连接件连接，其输入端与OC门驱动器和卷径信号输出转换器的输出端连接，OC门驱动器和卷径信号输出转换器的输入端与可编程逻辑器件连接，有源晶振与可编程逻辑器件信号连接；5V稳压电源的输出端分别与光电开关信号输入连接件、霍尔开关信号输入连接件、RC滤波器、施密特触发器、OC门驱动器、卷径信号输出转换器和3.3V稳压电源的输入端电连接，输入端与信号输出连接件连接，3.3V稳压电源的输出端与有源晶振和可编程逻辑器件连接。
全文摘要
本发明涉及一种卷绕物的卷径实时检测、线速度实时检测、卷绕长度实时检测等多信号输出的卷绕物综合传感器。现有的传感器均无法兼容对卷径、线速度、卷绕长度的检测。本发明在同轴上平行设置有两个相同规格的滚轮和正交编码盘，正交编码盘沿圆周方向间隔设置有检测齿和检测槽，两个正交编码盘的检测齿和检测槽错开设置，错开位置的大小为一个检测齿的一半；对应每个正交编码盘位置设置有槽形光电开关，槽形光电开关与信号处理电路板连接，霍尔通过航空连接件与信号处理电路板连接。本发明结构简单、检测精度高、输出信号功能多、后续应用处理简便，可以广泛使用在各类带材、线材及管材等加工、生产过程中。
文档编号G01D5/347GK101118166SQ20071007056
公开日2008年2月6日 申请日期2007年8月28日 优先权日2007年8月28日
发明者陈德传 申请人:杭州电子科技大学