反射光纸张边缘检测系统设计

　　1　引　言

　　在检测控制领域,光电技术相比于传统的机械式在许多领域的应用都表现出明显的优越性,光电检测为非接触式检测[1],具有器件安装维修方便,检测稳定,并且对被检物件无损伤等优点。目前在印刷业中,使用的光电纸张计数器基本采用透射式光路,利用印前纸张投射率大致均匀的特点,检测投射光的强度变化达到计数目的。这种透射式光路的计数器不适用于印后纸张的计数。现讨论的反射式光电纸张计数方式适合于印后纸张在线检测计数。

　　2　用反射光检测纸张边缘装置的构成

　　某一方向的入射光经纸面漫反射,不同方向上的反射光强度有差异,反射式纸张计数装置利用检测两个不同方向的纸张漫反射光强变化,经信号处理找出折叠纸张的边沿信息,从而达到纸张计数目的[2]。计数装置系统的原理框图如图1所示,为提高装置对环境光的抗干扰能力,系统采取光源方波调制,再用相关检测提取接收信号的纸张边沿信息,形成计数脉冲送入计数显示电路。

　　2.1　光路结构和光源调制

　　系统采用反射式光路。同时检测激光束在纸张表面两个不同方向上的散射光的强弱变化,经光电转换、比较两光电信号并经相关检测后找出印后纸张的折叠边沿进行计数。为提高对环境杂散光的抗干扰能力,系统对使用的激光光源进行占空比约为50%的方波幅度调制。幅度调制相当于使激光器的工作时间减少一半,从而减少激光器发热量,使光源工作点更稳定。

　　2.2　接收电路和前置放大

　　将不同方向上的纸面散射光的强弱信号转化成电信号。虽然两个方向上的散射光强度比较微弱,并且有较强的环境光噪声,但是两散射光存在一定的比例关系,接收电路的目的是将这两路散射光信号转化成方便处理的电压信号。光电探测器所接收到的信号一般都非常微弱,而且光探测器输出的信号往往被深埋在噪声之中,因此,要对这样的微弱信号进行处理,一般都要先进行预处理,将部分噪声滤除掉,并将微弱信号放大到后续处理器所要求的电压幅度。

　　2.3　解调整形电路

　　经前置放大的电压信号不但是噪声和所需信号的混合,而且噪声的能量常常比信号能量大。鉴于噪声的能量基本按频谱均匀分布,且没有相关性,可利用相关积分技术解调过滤掉噪声信号。解调后的信号要经过整形,转化成能被准确识别的高低逻辑脉冲,由计数器电路计数。

　　3　器件的选择

　　光电计数器系统整体小巧轻便,在光源方面主要对光源体积和激光光斑大小有较高要求。在发射功率和调制频率都满足的情况下,系统选择波长在650nm的LD作为光源,其发射光功率典型为5mW,能量集中在直径3mm的圆形光斑内,可调制频率可达500kHz,而系统采用改进型的CMOS器件NE555构成占空比为50%的方波发生器,对光源进行72kHz的方波调制。由于系统对器件温度变化造成LD的波长漂移和功率的变化不敏感,故可不作电路补偿处理。反射式接收用两个光电探测器,分别接收纸面不同方向的散射光强度。对比各种固体光电器件,包括光敏电阻、光电池、光电二极管和光电三极管等,现采用SIEMENS公司生产的BWP34B硅光电池。BWP34B硅光电池是电流型光电传感器件,其量子效率高达0.62,而在650nm处有85%的相对响应率,响应度达0.85A/W,响应时间tr+tf=50ns,即频率达20MHz,满足系统的检测要求。