專利名稱：反射式光電開關的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及光電子技術領域。
包裝、印刷自動填料等的機械設備，為了提高勞動生產率和包裝、印刷質量，必須實現自動精確定位和即時填料、封裝。在封裝材料上，如塑料薄膜、復合鋁箔、紙等上面印刷圖案、品名及色標等。為了實現在印刷圖案上自動地精確套色及即時進料和封裝，需要依靠光電開關來控制包裝及印刷機構的動作，這一自動化工藝過程對光電開關具有以下嚴格的技術要求1.高穩定性避免開機時因運行過程中光源，電磁干擾，溫度(環境溫度在－30℃－50℃)，振動(20g)等因素的影響而產生誤動作；2.高靈敏度能對不同的色標和背景進行準確區分；3.高響應速率達到10KHE。
目前，國內一般采用單色光電開關，這種開關的顏色識別范圍小，而且頻率響應達不到指標，難以在要求嚴格的設備上使用。國外使用的雙色光電開關，雖能夠識別各種顏色標記，但由于光路設計采用雙分束片系統，電子系統中的相關器采用模擬乘法器，因而存在光能量損失較大和動態范圍小，線路復雜等缺點。
本實用新型的目的，是提供一種改進的雙色光電開關——反射式光電開關。它對各種簡明的顏色標記與不同背景有識別能力，靈敏度高，高響應速率，抗電磁干擾，耐振動以及在不同的環境溫度下不會產生誤動作的高穩定性。
反射式光電開關，是利用光對不同目標顏色反射率不同的特性，來對不同顏色標記進行傳感的，經過光電轉換，給出不同電平信號，控制機械操作部分的動作。
本實用新型的光學系統采用分色片——分束片組合分光，使光能量利用效率較分束片——分束片組合提高一倍，增加了系統信噪比。電子學系統的相關器中利用開關式乘法器，因而提高了系統的動態范圍，且電子線路簡單，易調試。
以下結合附圖對本實用新型說明之。
附


圖1是本實用新型的結構圖；附圖2是開關式乘法器的電路圖；附圖3是相關器輸出與 的關系；附圖4是本實用新型的外形圖。
圖1中1——分色片，2、3——發光二極管，4——準直透鏡，5——分束片，6——發射透鏡，7——光欄，8——接收透鏡，9——探測器，10——前放，11——高通濾波器，12——放大器，13——開關乘法器，14——濾波器，15——比較器，16——功率驅動器，17——方波發生器，18——移相器，K——開關。
本實用新型的結構是，在分色片1的兩邊，分別對稱放置發光二極管2和3，分色片1的上方依次是準直透鏡4和分束片5，在分束片5的左前方放置有發射透鏡6，右方依次放置光欄7和接收透鏡8。接收透鏡8的聚焦點處是探測器9，探測器9與前放10串接，前放10再接一高通濾波器11，高通濾波器11再串接一放大器12，放大器12再與開關乘法器13和濾波器14串接。方波發生器17一頭與移相器18串接后，接到開關乘法器13上，另一頭通過開關K，與發光二極管2或3連接。
工作時，發光二極管2、3(紅色或黃色)經方波發生器17調制后，光線經分色片1分別反射或透射紅光或黃光，分色片1與光軸的安裝角度為30°～60°，經準直透鏡4聚焦無窮遠，再經分束片5反射或透射到發射透鏡6上，由發射透鏡6聚焦到色標上。由色標反射回來的光束再經發射透鏡6，分束片5，接收透鏡8到達探測器9，光欄7是控制光通量，保證色標在9±2mm的距離范圍內，電平輸出一定可準確提供開關信號。
本實用新型的電路工作時探測器9得到的光信號經前放10，高通濾波器11進行放大和濾波后再跟一級放大器12，經放大的信號加在開關乘法器13上。方波發生器17產生的200KH2的方波信號一方面去驅動紅色發光二極管2或黃色發光二極管3，以產生調制光信號，另一方面作為參考信號經移相器18進行移相，以達到與放大器12輸出的信號同相位，并且也加在開關乘法器13上，開關乘法器13的輸出經低通濾波器14進行濾波。如果色標顏色是淡顏色(與背景相比)，濾波器輸出正脈沖，反之輸出負脈沖，再經比較器15和帶有短路保護器的功率驅動器16，最后輸出的信號就是開關量了。
本實用新型電路中關鍵部件是相關器(
圖1中虛線框內)，它是由開關乘法器13和濾波器14組成的，電路圖見附圖2。相關器是一種完成被測信號與參考信號互相關函數運算的電子線路，即把待測信號中與參考信號同步的信號檢測出來，抑制與參考信號非同步的噪聲信號。相關器包括乘法器和積分器二部分，本實用新型的乘法器是采用線性好，動態范圍大，電路簡單，易調試的開關乘法器，對于積分器來說，積分時間的長短，需根據測量對象的實際情況來決定，本實用新型采用Tr＞8TR(TR為參考信號周期)。
開關式乘法相關器的關鍵是模擬門開關電路，它們決定相關器的主要技術指標，如動態范圍、線性度、頻率范圍、輸入阻抗、零點漂移等。由于場效應管的導通電阻小(0.1～1KΩ)，夾斷電阻大(在109Ω以上)，實際上已經接近于理想開關的情況。因此，由場效應管構成的相關器對低電平信號可以認為是非常理想的。
圖2為本光電開關采用的開關式乘法相關器電路原理圖。圖中RC為積分的時間常數，當測試時間t＞＞Ta時，有如下式V0＝－2R0VmACOS ／(πR1)
由此可知，相關輸出為直流電壓，其值比于輸入信號的基波振幅VmA，參考信號之間的相位差的余弦COS 成正比，為近似積分器的直流放大倍數，負號表示由反相輸入端輸入，而2／π為乘法器輸出直流分量的系數。當 1＝0時，V0＝V01max＝－2R0VmA／(πR1) 1＝π／2時，V01＝V01min＝0 1＝π時，V01＝－V01｜ 0＝＋2R0VmA／(πR1)本實用新型有以下優點1.靈敏度高，能對各種顏色標記與背景(包括透明背景)進行準確區分；2.響應頻率高，達到10KH2，色標移動速度在40米／秒之內均能響應(假設色標寬度在2mm，色標之間間隔為2mm條件下)；3.穩定性好，不受電磁干擾，振動(20g)等因素的影響而產生誤動作，環境溫度在－30°－50°之間，均能正常工作；4.根據色標與背景的不同顏色，采用選擇波段開關，可以極方便地選用紅光、黃光或綠光；5.結構小，安裝方便；6.可進行正面和側面兩個方向上色標識別的切換。
總之，本實用新型是一種對各種簡明的顏色標記與不同背景(包括透明背景)有識別能力，且靈敏度高，抗電磁干擾，耐振動以及可適應不同環境溫度，有高穩定性，能夠有效和可靠地在印刷、包裝以及一切需要利用顏色標記作為自動判斷并控制的自動化設備上，能確保產品質量和提高生產效率。
權利要求1.一種反射式光電開關，其特征在于，在分色片的兩側，分別對稱放置二個發光二極管，分色片的上方依次是準直透鏡和分束片，在分束片的左方放置發射透鏡，右方依次放置光欄和接收透鏡，在接收透鏡的聚焦點處是探測器，該探測器與前放串接，前放再接一高通濾波器，該高通濾波器再串接一放大器，該放大器再與開關乘法器和濾波器串接；方波發生器一頭與移相器串接后，接到開關乘法器上，另一頭通過開關，與二只發光二極管連接。
2.如權利要求1所述的開關，其特征在于，分色片與光軸的夾角為30°——60°。
專利摘要本實用新型屬光電子技術領域。
本實用新型涉及一種反射式光電開關，其特征在于，在分色片的兩側，分別對稱放置二個發光二極管、分色片的上方依次是準直透鏡和分束片，在分束片的左方放置發射透鏡，右方依次放置光欄和接收透鏡，在接收透鏡的聚焦點處是探測器。電子學系統的相關器中采用開關式乘法器，從而使光能量利用率大大提高，電子線路簡單易調，可廣泛應用于對各種顏色標記與不同背景的識別，而且靈敏度高，抗電磁干擾，耐振動。
文檔編號G02B27/00GK2189318SQ94212928
公開日1995年2月8日 申請日期1994年5月23日 優先權日1994年5月23日
發明者汪宗輝, 汪元鈞, 劉書珍, 張運杰 申請人:中國科學院安徽光學精密機械研究所