光电信息技术小论文

色标传感器
主题号：（5.2）姓名：沈华军学号：10123767序号：日期：2014/2/26
摘要：色标传感器又叫光电检测传感器(俗称光电头、光电眼),，广泛应用在包装、印刷、纺织、造纸等行业。

本文对色标传感器进行了比较系统全面的的介绍。

首先阐述了色标传感器的研究背景，然后介绍了国内外色标传感器的研究现状。

接着对影响色标传感器性能的关键问题及解决方案进行了分析，最后对色标传感器未来的发展进行讨论和展望。

关键词：色标传感器色标检测传感器
一，研究背景
色标传感器采用光发射接收原理，发出调制光，接收被测物体的反射光，并根据接收光信号的强弱来区分不同的颜色，或判别物体的存在与否。

在软包装机械、印刷机械、食品机械、纺织及造纸机械的自控系统中作为传感器与其它电路或装置配套使用，对印刷在某种颜色背景上的色标，或其它可作为标记的图案色块、线条，或物体的有无进行检测，可实现自动定位、定长、辨色、纠偏、对版、计数等功能。

色标传感器综合光学技术、半导体光电子技术、调制解调技术，采用先进的SMT表面贴装工艺，具有灵敏度高，响应速度快，抗背景光干扰能力强，结构紧凑，使用方便等优点。

光发射接收原理图
随着国内食品、药品、日用品软包装的迅速发展,色标传感器的需求量与日剧增。

然而,在很多包装、印刷机械的自控系统中,尤其是精度、响应速度、可靠性要求较高的场合,传统的传感器已不能满足需求,而国内市场又缺乏相对高端的色标传感器,这些行业只能耗费巨资采购进口产品。

因此, 研制精度高、可靠性好、防护等级优良、调节灵活、价格适中的具有国内自主产权的智能型色标传感
器具有重要意义。

色标传感器原理流程图
二，研究现状
光电色标传感器的智能化、数字化已成为当前行业主要的研究和发展路线。

当前，智能型光电色标传感器的研究理念是以微处理器为控制核心，根据投射光在被测物体上反射量变化来检测物体颜色，从而形成具有信息处理、自校正、自诊断、组态、通信等智能特性的数字式传感器。

其中，智能化光电色标传感器的研究分类涵盖了：（1）白炽灯传感器。

用此光源的传感器能在很宽范围上，检测颜色的微若变化，它通常具备十分简单的检测电路，因此响应速度的获得是极快的。

（2）单色光源色标传感器。

使用单色光源（即绿色或红色LED）的色标传感器，它检测结果是通过检测色标对光束的反射量或吸收量与周围材料相对比的差别而实现。

（3）全光谱色标检测器。

全光谱色标检测器的性能优越，效果超过三个单光源的色标检测器。

凭着色标颜色和背景颜色的灰度差异，全光谱色标检测出灰度改变的位置，立即输出信号。

目前，国内开发的色标传感器基本上是以由常规电路构成、采用机械式电位器调节、灵敏度需要人工调节的传感器为主，存在可靠性低、精度不高、寿命短、防护等级差、调节不灵活等问题。

比较有代表性的几款色标传感器有：美国BANNER公司的R58A型色标传感器，德国SICK公司的KT系列色标传感器等。

日本SUNX公司LX系列的色标传感器等。

三、关键问题及解决方案
色标检测要求光源具有稳定的发光强度。

除了在选型上选择温度变化比较小的的器件外，还需要在电路上将以补偿，以提高光强稳定性。

可采用具有恒流驱
动特性和温度补偿特性的共发射极驱动电路。

同步相干检测电路包括单端转差分输出、开关乘法、低通滤波三个部分。

并由单片机控制电路状态，结合电路配置实现电路双极性输出，并带有上电延迟、驱动管的过载保护和电涌、反极性保护三个功能。

在色标传感器的设计中，为了提高仪器精度，需要做好抗干扰设计。

干扰源、干扰耦合通路以及敏感设备是构成电磁干扰必备的3个要素。

抑制干扰源、阻断耦合以及提高敏感设备的抗扰阈值是解决电测兼容问题的根本措施。

为了提高色标传感器的抗干扰能力，考虑一下几点措施：
1.合理设计布局电路，增强系统内部电磁兼容：
①满足功能实现的条件下尽可能降低逻辑器件的工作频率，减小数字设备的
高频干扰。

②器件选型上,选择噪声容限高的器件,在封装形式上尽可能选用抗干扰能
力强、体积小的贴片封装。

③在集成芯片的电源和地两端增加旁路电容和去耦电容。

④线路板的合理布局和布线，包括良好的接地。

⑤抑制地回路干扰，必要时使用光电隔离。

⑥软件上，通过看门狗防止程序“跑飞”，对数据进行范围测试，数据校验，
数字滤波等。

2.光干扰的抑制。

主要有2类方法：
①光学方法,如,设计光学透镜系统使接收器只对特定范围内的光线敏感，
用滤光镜滤除杂光，采用偏振光等；
②电路方法，如，采用调制光源并在电路上采用相干检测，通过电路滤波
滤除干扰光引起的电信号等。

③电磁屏蔽。

对关键电路(模拟信号处理部分)单独设置屏蔽层。

④滤波。

通过电源滤波降低电源线上串入的干扰，另一方面在信号处理中
增加电路滤波以及软件滤波。

⑤正确设计、安装传感器的连接引线。

⑥降低传感器的对外干扰。

3.在可靠性上，可以采取的措施有：
硬件上(1)采用工业级器件。

(2)增加输入输出保护。

(3)确保器件功耗和封装相符，并考虑散热。

软件上(1)提高代码可靠性(2)漂移补偿(3)自诊断功能，如过载检测(4)确保上电和低压时单片机能可靠复位(5)使用看门狗，防止程序跑飞(6)传感器参数的冗余备份及数据校验。

四，讨论与展望
传感器的智能化已成为传感器技术的一个重要发展方向。

智能型与数字型是未来色标传感器的发展趋势，新型的智能型色标传感器在通信接口上还将支持IEEE1451智能传感器接口标准，以满足智能传感器系统的需求，实现“即插即用”。

而且随着制作工艺的进步，色标传感器的可靠性和精度将会不断提高，寿命短增长，价格也会逐步降低。

参考文献：
[1] 李万军,杨永才. 智能型色标传感器的研制.数据采集与处理Vol.23 Sep. 2008.
[2] 王良,李鸿. 色标传感器工作原理初探. 中国井矿盐. Vol.39 Jun.2008.
[3] 李南,邵忠一. 软管机中利用色标传感器定位误差分析及改进方法.中国包装. 2010年11期.
[4] 吴传清.光电色标传感器在机械过速保护中的应用. 中国水能及电气化. 2009年08期.。