基于光電倍增管(PMT)的高速在線檢測(cè)控制方法

　　0 引言

　　隨著現(xiàn)代社會(huì)工業(yè)化程度的高度發(fā)展，高速智能化生產(chǎn)問(wèn)題亟待解決。為此，本文介紹了一種光電傳感器在自動(dòng)化生產(chǎn)線上的應(yīng)用技術(shù)。該技術(shù)是一種高速在線測(cè)控技術(shù)，它以光電倍增管為基本器件，體積小，系統(tǒng)中的傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并具有精度高、反應(yīng)快，非接觸等優(yōu)點(diǎn)。由于該系統(tǒng)采用全硬件結(jié)構(gòu)，因而避免了軟硬件的接口及復(fù)雜的編程過(guò)程。

　　1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

　　當(dāng)待測(cè)物體經(jīng)過(guò)器件時(shí)，其產(chǎn)生的微弱光將進(jìn)入光電倍增管陰極，從而在陽(yáng)極產(chǎn)生一串電脈沖信號(hào)，由此即可檢測(cè)有無(wú)待測(cè)物體通過(guò)，然后由計(jì)數(shù)器記錄其檢測(cè)數(shù)目n，再與預(yù)設(shè)數(shù)量m相比較。若n<m，則繼續(xù)檢測(cè)，一旦n=m，則啟動(dòng)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器555動(dòng)作，并阻止物體通過(guò)。之后，在延時(shí)后重新啟動(dòng)傳動(dòng)裝置進(jìn)行檢測(cè)。其系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

　　2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

　　2.1 光電倍增管傳感電路

　　圖2所示是光電倍增管的傳感電路。由圖可見(jiàn)，當(dāng)光照射到光陰極時(shí)，光陰極將向真空中激發(fā)出光電子。這些光電子將按聚焦極電場(chǎng)進(jìn)入倍增系統(tǒng)，同時(shí)在加速后再次打到打拿極上并產(chǎn)生能量更大、數(shù)量更多的光電子，這樣，經(jīng)過(guò)多個(gè)打拿極的反復(fù)放大，最后在陽(yáng)極產(chǎn)生電脈沖信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)前置放大器放大，再經(jīng)比較器去除噪聲信號(hào)，最后由分頻器轉(zhuǎn)換為一次高電平輸出，從而完成一次計(jì)數(shù)過(guò)程。

　　圖3給出了光電倍增管的測(cè)量電路設(shè)計(jì)方案。其光電倍增管的陽(yáng)極輸出示意圖如圖4所示，該輸出為很小的電流信號(hào)，且混雜有暗電流、宇宙線等干擾信號(hào)(介于LLD和ULD之間的為檢測(cè)到的有用信號(hào))。因此，圖3電路通過(guò)逐級(jí)放大，并用一個(gè)負(fù)載電阻來(lái)完成電流／電壓的轉(zhuǎn)換，同時(shí)設(shè)置信號(hào)比較電路來(lái)對(duì)有用信號(hào)進(jìn)行區(qū)分(該電路使用遲滯比較器)，從而得到一串合適的脈沖信號(hào)。其中遲滯比較器的作用如圖5所示。而使用分頻器(經(jīng)多級(jí)計(jì)數(shù)器串聯(lián)分頻)的目的是將方波轉(zhuǎn)換為高電平輸出。

　　2.2 計(jì)數(shù)器及LED顯示電路

　　用兩片4位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器74161并采用同步級(jí)聯(lián)方式構(gòu)成的8位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器的模為16×16=256。圖6是由兩片74161級(jí)聯(lián)構(gòu)成的計(jì)數(shù)電路。這樣，當(dāng)分頻器每產(chǎn)生一個(gè)高電平脈沖到計(jì)數(shù)器的CP端口時(shí)，74161的輸出就加1。其八位輸出端可作兩路輸出，一路接LED顯示器(七段顯示譯碼器7448)。一路接ADC0808輸出模擬電壓信號(hào)。