CN102259768A - 高精度超声波双张检测器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高精度超声波双张检测器。该仪器包括处理器电路、显示电路、执行电路、信号处理电路、接收电路、电源电路、发射电路、温度补偿电路和键盘电路。本发明是一种可以实时监测印刷机械输纸情况，并根据超声波在纸张和空气中的传播速度及能量损耗不同输出空张、单张、双张、报警四种状态，从而控制输纸机构动作的一种装置，***增加了温度补偿电路和软件过滤方法以提高检测精度。该仪器具有低成本、高速度、高精度、易安装等特点，可作为一种通用的双张检测器。

Description

高精度超声波双张检测器

技术领域

本发明属于信息与自动化领域，具体涉及一种高精度超声波双张检测器。

背景技术

当印刷机械中的输纸机构出现双张或多张的情况时，不但威胁到产品质量，也可能对主机本身造成伤害，因此需要在从输纸机构进入主机的位置正确地安装双张检测器。目前国内市场上的双张检测传感器主要为机械型和光电型。机械型双张检测器的原理是判别单张和双张纸的厚度差异，其价格相对低廉，但对纸张厚度有一定要求，对较薄的纸张很难准确检测。此外，机械型双张检测器直接接触纸张，这样增加了塞纸停机的可能性。光电型双张检测也是一种相对廉价的解决方案，它的原理是判别单张和双张纸的透光率差异，其通常用于检测有一定的透光性，却又不是很透明的白色或均匀浅色的材料。由于其工作时不接触被检材料，可以避免塞纸故障，但是纸张表面的反光率和纸张的颜色可能会严重影响检测的可靠性。

发明内容

本发明的目的在于克服传统机械型双张检测器对纸张厚度要求的局限性和直接接触纸张的弊端，或避免采用光电型检测器时纸张表面的反光率和颜色对测试精度的影响，提供一种高精度、高速度、低成本的超声波双张检测器，该检测器通过判别超声波穿透单张纸和双张纸的能量损失差异，使主机能随时监控输纸机构的动作，并根据运算结果控制输纸机构，从而有效控制双张或多张纸的通过。

本发明的目的是这样实现的：本高精度超声波双张检测器，包括：

-处理器1，用于对所采集到的信号进行识别和计算处理；

-显示电路2，与所述处理器1连接，分别用不同颜色的发光二极管实现空张、单张、双张和报警四种状态的显示；

-执行电路3，与所述处理器1连接，该执行电路3可以提供至少两个数字信号输出端(正常信号和双张信号)，用于实现对印刷机械输纸机构的控制；

-信号处理电路4，与所述处理器1连接，用于对接收的信号进行放大、整形等处理，使其转化为处理器可识别的数字信号；

-接收电路5，该电路5采用超声波换能器探头，与所述信号处理电路4连接，用于接收超声波信号；

-电源电路6，该电源电路6为装置各部分电路提供稳定的电源；

-发射电路7，与所述处理器1连接，用于信号放大、整形和发送；

-温度补偿电路8，与所述处理器1连接，用于对超声波传输速度进行补偿；

-键盘电路9，与所述处理器1连接，用于检测器的复位和单张纸的标定；

-一个具有控制面板、标准的信号发送端、信号接收端、输出端口的外壳，控制面板用于安装信号指示灯、键盘；标准的信号输出端口包括空张、单张、双张、报警四种情况；装置电路板放在外壳中，超声波收发探头分别在外壳两侧引出。

本高精度超声波双张检测器的工作原理是：超声波能量在空气与物体界面上的反射损失远大于在空气中和物体内部的通过损失，使得超声波穿透单张和双张的能量损失差异远远不是一倍的关系。在超声波发送探头和接收探头安装完毕后，首先通过键盘电路9中复位键对检测器进行初始化，该过程包含超声波检测器对安装位置和环境温度的标定，标定值A存入处理器1的内存中；接着再通过键盘电路9中的标定键对准备印刷的单张纸进行标定，同样将标定值B存入处理器1的内存中；然后双张检测器便可以进行工作了，由于计算结果受温度和纸张抖动的影响，本检测器预先通过大量实验计算出一组修正值偏移量C_n，也将其存入处理器1的内存中，处理器1收到超声波信号后，将信号特征X(该特征信号包括时间、能量等因素，具体量化为一个数值)进行记录存储，并对其进行计算、软件过滤和比较，通过显示电路2显示空张、单张和双张三种情况，并在检测器出现故障(故障包括超声波探头位置移动、探头发送或接收信号异常等)时提供检测器异常报警，当显示电路2输出双张状态时，执行电路3便会停止输纸台的运行；具体计算过程如下：

空张：(A-C₁)＜＝X＜＝(A+C₁)；

单张：(B-C₂)＜＝X＜＝(B+C₂)；

双张：X＞(B+C₃)；

报警：X＜(A-C₁)或(A+C₁)＜X＜(B-C₁)；

检测器工作过程中，检测器不断的利用补偿电路7对环境温度进行监测，并及时修改修正值偏移量C_n；当印刷机更换不同类型的纸张时，需通过键盘电路6中的标定键对纸张进行重新标定。

本发明的有益效果是：采用超声波进行双张检测取代传统的机械型和光电型双张检测方式，可以有效地避免机械方式存在的接触纸张和针对薄纸灵敏度低问题，及因纸张表面颜色和反光率的差异导致光电型双张检测的灵敏度低、可靠性差等缺点，本***不仅利用超声波穿透单张和双张的能量损失差异实现输纸情况的精确监测，而且还通过温度补偿对测试结果进行修正，确保测量过程的快速性和测量结果的准确性，并增加了异常报警功能保证检测器工作的稳定性，由于该检测器在处理器中增加了软件过滤流程，因此可以选择精度不是很高的国产超声波探头，这样在很大程度上降低了成本。

附图说明

图1为本发明所提供一个实施例的电路结构框图；

图2为本发明所提供一个封装的效果图；

图中：

1，空张显示灯    2，单张显示灯      3，双张显示灯      4，复位键

5，标定键        6，超声波发送探头  7，超声波接收探头  8，信号输出端

9，超声波输入端  10，超声波输出端

具体实施方式

下面结合附图1和实施例对本发明作进一步说明，但实施例不是对本发明的限制。

实施例1

本高精度超声波双张检测在安装时确保两探头表面正对距离为25mm～35mm，安装完毕后，首先对待检测纸张进行标定，具体将纸张置于探头之间的中间位置(工作和标定时的纸张位置一致)，按下键盘电路9中的标定键，待显示电路2中的发光二极管全部点亮，表示标定完成，然后检测器便可进行检测工作；当周围环境温度变化时，***会根据温度值更换相应的修正值偏移量，从而实现温度补偿。选用的模块为：

微处理器1，采用Chipcon公司推出的高性能、低功耗的片上***CC2430，该微处理器内核时钟可以运行在32MHz，为***高速、精确计算提供了保证，同时CC2430包括四个定时器：一个普通的16位，两个8位定时器和一个16位MAC定时器，可用于***超声波频率的产生、超声波周期计数，具体测量精度可以精确至0.00003125ms；片上有21个通用I/O引脚，为***键盘电路、显示电路、执行电路等的连接提供了足够的I/O资源；该处理器具有极高的接收灵敏度和抗干扰性能，提高了***的稳定性和安全性。微处理器1对采集信息和人机交互信息进行处理，将处理结果通过显示电路2反馈给操作员，并通过执行电路3控制输纸台的动作。

显示电路2，采用三个发光二极管，通过三个二极管的组合使用达到空张、单张、双张和报警的目的，单个点亮分别代表空张、单张、双张情况，全部点亮代表报警。

执行电路3，该电路通过四个I/O口输出高低电平输出空张、单张、双张和报警四种控制信号，其中双张和报警是控制输纸台停止信号。

信号处理电路4，信号处理电路首先采用4565构成10000倍放大器，对接收信号进行放大，然后采用LM311比较器对接收信号进行调整，最后通过与非门CD4011进行信号整形后传给微处理器1。

接收电路5，采用美国Airmar公司的超声波接收探头AT75，其中心频率为75kHz，接收和传输灵敏度较高，其坚固的外表封装可抵抗化学侵蚀，可以工作在-40℃～90℃的环境中。

电源模块6，由于整个***采用3.3V供电，为了保证电源的稳压功能和纹波小等性能，***采用TI公司的TPS76033芯片实现。

发射电路7，该电路采用高频三极管9014对处理器1输出的超声波信号进行放大，然后通过超声波发射探头AT75将信号发送出去。

温度补偿电路8，由于超声波传输速度受温度影响较大，***利用温度寄存器LM75来实现***的温度补偿，微处理器1循环监测温度值，并根据温度值选择相应的修正值偏移量值C_n。

键盘电路9，键盘电路9与微处理器1连接，键盘电路提供复位和标定两个按键功能，复位键用来对***的初始化，初始化过程包括对***各参数的配置以及对安装位置和环境温度的学习；标定键则用来对单张纸进行标定。

Claims (3)

1.高精度超声波双张检测器，其特征在于：本检测器包括：

-处理器(1)，用于对所采集到的信号进行识别和计算处理；

-显示电路(2)，与所述处理器(1)连接，用于实现检测结果空张、单张、双张和报警四种状态的显示；

-执行电路(3)，与所述处理器(1)连接，该执行电路(3)可以提供至少两路数字信号输出端，用于对输纸台进行控制；

-信号处理电路(4)，与所述处理器(1)连接，用于对接收的信号进行放大、整形、滤波等处理；

-接收电路(5)，该电路(5)采用超声波接收探头，与所述信号处理电路(4)连接，用于接收超声波信号；

-电源电路(6)，该电源电路(6)为装置各部分电路提供稳定的电源；

-发射电路(7)，与所述处理器(1)连接，采用超声波发射探头，并对信号进行放大、整形和发送；

-温度补偿电路(8)，与所述处理器(1)连接，用于对超声波传输速度进行温度补偿；

-键盘电路(9)，与所述处理器(1)连接，该键盘电路(9)用于检测器复位和标定；

-一个带有控制面板、标准的信号发送端、信号接收端、输出端口的外壳，控制面板用于安装信号指示灯、键盘；标准的信号输出端口包括空张、单张、双张和报警四种情况；装置电路板放在外壳中，超声波收发探头分别在外壳两侧引出。

2.根据权利要求1所述的高精度超声波双张检测器，其特征在于：通过温度补偿电路(8)对超声波速度进行补偿降低周围环境温度对***精度的影响，并利用软件过滤方法提高检测精度。

3.根据权利要求1所述的高精度超声波双张检测器，其特征在于：键盘电路(9)提供双张检测器标定功能，这样便对探头的安装位置要求不必太苛刻，同时提高了检测器对大多数不同厚度纸张的适应性。

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