光电烟支检测器常见故障分析及解决方法

朱子玉,郭丽霞

（1.河南中烟工业有限责任公司黄金叶生产制造中心，450016;2.河南中烟工业有限责任公司技术中心,450016）



光电烟支检测器常见故障分析及解决方法

朱子玉1,郭丽霞2

（1.河南中烟工业有限责任公司黄金叶生产制造中心，450016;2.河南中烟工业有限责任公司技术中心,450016）

摘要：光电烟支检测器是一种在线烟支质量检测设备，具有高速，高效及稳定的特点，在烟草行业烟支质量控制方面发挥了及其重要的作用。本文重点介绍了关于光电烟支检测器在使用过程中出现的常见故障的原因分析及解决方法。

关键词：故障；分析；解决方法

1　光电烟支检测器概述

AV89705光电烟支检测器通过烟丝侧和滤嘴侧的光电传感器获取模盒内烟支的反射波形，再由内部处理器对所获得的模盒内烟支反射波形进行信号处理。从而对模盒内的烟支进行空头，缺支，反支，缺嘴检测。并对模盒内存在的有缺陷的烟支发出剔除信号由控制系统剔除不合格的烟支。光电烟支检测器是一种无损式的，高速的，检测精度高的在线烟支质量检测设备。在现代烟草行业的质量控制体系中扮演了重要的角色。

2　AV89705常见故障分析及处理方法

2.1光电传感器故障

图2.1.1：A：烟支排列方式

（767） B：光电管排列方式

AV89705光电烟支传感器有两组光电传感器，分别为3个滤嘴侧光电传感器和3个烟丝测光电传感器。每个光电传感器负责获取烟丝侧和滤嘴侧每行烟支的波形，如图2.1.1所示。光电传感器属于易损部件，其工作状态是否正常将直接影响光电烟支检测器能否正常工作及检测精度。光电传感器故障主要分为光电传感器断路，短路及光电传感器老化三种情况。

2.1.1光电传感器断路故障及处理方法

光电传感器断路故障通常可分为电源断开和光电传感器断开两种情况。以上两种情况可以通过测量烟丝侧或滤嘴侧光电传感器的恒流源电压（电源接线端子4和3或者7和6之间的电压）进行判断。如果所测电压接近0V则表示电源没有向恒流源供电也就是电源电路断路。如果测得电压接近24V则表示光电传感器内部断开。烟丝端和滤嘴端的3个光电传感器是串联在一起的。如果光电传感器内部断开则在电路上形成了开路，所以所测得电压应该接近恒流源的供电电压也就是24V。在出现上述两种故障时，如果判断为电源断路则应检查相对应的电源供电电路是否出现故障。如果判断为光电传感器内部断路则应检查光电管内部电路是否出现断路。

2.1.2光电传感器短路故障及处理方法

光电传感器短路故障可以通过光电管电压监控界面来观察所对应的光电传感器在完全遮挡和没有遮挡时的电压变化，如果某一个光电传感器在连续3个烟包的电压变化小于300mV，则可以判断为该光电传感器短路。在出现光电传感器短路故障时则需要检查所对应光电管的电缆接头，如果接头检测正常则说明光电传感器内部故障，需要更换发生故障的光电传感器。

用户在诊断管理界面选择开启烟丝光电管故障和滤嘴光电管故障时，当出现上述错误时，系统将提示用户对应的光电管故障。

图 2.1.2　光电管校准页面

图2.1.3　光电管工作页面

2.1.3光电传感器因电气性能老化引发的故障及处理方法光电传感器老化引发的故障会引起老化的光电传感器所对应的一排烟支的剔除率相比其它正常工作的光电传感器过高或者过低。用户可以在统计页面上获取每个光电传感器所剔除烟支的具体数量及百分比，当有光电传感器的剔除数量或百分比明显高于或低于正常工作的光电传感器是则可以判断此现象是该光电管的电气性能老化所引起的。

图 2.2.1　烟支剔除绝对值统计表

图2.2.2　光电传感器图形页面

图2.3.1　光电编码器结构及输出信号

AV89705光电烟支检测器所使用的光电传感器由发射红外光的二极管及光敏三极管所组成。在长时间的使用过程中，红外线二极管和光敏三极管的电气性能都会老化。而引起红外发光二极管老化主要由两方面因素，一是工作环境温度，二是通过二极管的电流的强度。因为AV89705光电烟支检测器是应用的室内的卷包车间，而卷包车间的温度和湿度几乎是恒定的，所以外部环境温度的变化对红外线发光二极管老化的影响可以忽略不计。而内部由于长时间使用而导致的灰尘或者烟屑进入到光电传感器内部导致光电传感器的内部因散热不畅导致工作温度增加而引起红外线二极管封装材料环氧树脂的透明度下降从而导致红外线二极管的光输出强度减弱，影响红外线二极管的寿命。而通过红外发光二极管的电流强度是引起红外线光电管电气性能老化的另一个原因。研究表明在发光二极管老化过程中，在大电流下P型欧姆接触的金属会沿着缺陷通道电迁移到达结区造成短路，引起器件老化失效。目前大部分发光二极管采用P型和N型电极制作在芯片同一外延层的侧面结构，靠近N型电极的电流密度非常大，导致在正常工作的小电流强度下也会发生接触金属电迁移。这就导致在正常使用光电传感器一段时间后，器件的等效串联电阻增加导致通过发光区的电流密度减小，光通量降低。这就导致了光电传感器在烟支遮挡条件相同的情况下，反射光线强度降低导致光敏三极管集电极电压高于光电传感器正常工作时的电压，最终导致老化的光电传感器所对应的一行烟支剔除率高于其他正常的光电传感器。如果出现上述情况，应该先做一次光电管校准，然后在光电管电压监控页面观察所对应光电管的动态范围（也就是所对应光电管的粗线与细线的数值，如图2.1.2），如果粗线与细线的数值差小于1V则表明该光电传感器性能已不能适应检测精度要求，必须更换新的光电管。如果粗线与细线的数值差大于1V则应让包装机运行一段时间，然后在统计数据页面观察所对应的光电传感器的剔除数量或者剔除百分比。如果此光电传感器的剔除数量或剔除百分比明显低于其它光电传感器，则应在光电管工作点页面适当调整（如图2.1.3）剔除基准使之其光电传感器的剔除数量或剔除百分比与其它正常工作的光电传感器剔除数量或者剔除百分比基本相等。

光敏三极管的老化则是影响光电传感器使用精度的另一因素。而三极管的老化或者损坏主要是指PN结的老化或者损坏。当三极管工作于正向偏置时其损坏原因主要为正向偏置电流过大导致PN结过流损坏。而当三极管工作于反向偏置时其损坏的主要原因为反向电压过高导致PN结被击穿。而AV89705光电烟支检测器所使用的光电传感器工作于正向偏置，所以其损坏的主要原因为正向偏置电流过大导致的PN结过流损坏。而由于在正向偏置工作模式下PN结两端的电压都比较低所以正向偏置电流过大并不会击穿PN结，造成三极管的永久损坏。但是在正向偏置工作模式下电流过大会导致放大系数减小。而放大系数的减小则会使在相同遮挡条件下光敏三极管的信号输出电压减小，而在使用过程中的反应则是光敏三极管老化或损坏的光电传感器所对应的一行烟支的剔除数量或者剔除百分比明显低于其它正常工作的光电传感器。在这种情况下，用户可以采取与红外二极管老化所导致的检测精度下降相同的处理步骤去重新校准光电传感器，设置合适的剔除基准使之工作在正常的剔除数量或者剔除百分比。

AV89705光电烟支检测器所使用的光电传感器是整套设备中最容易损坏的组建之一。而光电传感器电气性能的好坏有直接影响光电烟支检测器的检测精度，所以在日常生产检测当中应该更多的观察光电传感器的工作状态，及时调整光电传感的各项参数或者更换损坏的光电传感器使之符合检测精度要求，提高产品质量。

2.2模盒两端所对应相位剔除量过大的原因分析及处理方法

在AV89705光电烟支检测器使用一段时间后，通过观察统计表中的各个光电传感器及各个相位的剔除数量（如图2.2.1）。如果某个相位的剔除数量高于其他相位两倍左右则表明该相位的数值已经偏移了实际相位。而在实际检测过程中，第一相位与第七相位最容易发生上述问题。其原因一是因为在自动对中过程中，包装机是在低速模式下进行（小于30盒每分钟），这时无论是模盒内烟支向前运动的惯性还是包装机振动相对于包装机高速运动（400盒每分钟左右）小很多，当自动对中完成后光电烟支检测器所获得的相位与包装机高速运行时烟支的实际相位有一定的误差，尤其是第一及第七相位的误差为最大。所以在实际检测中导致第一及第七相位的烟支剔除数量相对于其它相位要高。二是因为模盒长时间使用使得模盒的两侧内壁磨损，增加了第一与第七相位烟支与模盒内壁的缝隙，在包装器高速运动过程中由于惯性及机器振动导致第一及第七相位在自动对中时所获得的相位与实际相位偏移过大导致在第一及第七相位的烟支剔除数量偏高。

当在AV89705光电烟支检测器在检测过程中出现上述情况时，操作员可以在光电传感器图形页面观察光电传感器采集的实时图形与自动对中时所得相位的偏差（如图2.2.2）。根据所观察到的偏差手动调整第一与第七相位的数值。修改完相位后让包装机全速运行。观察统计数据显示的第一与第七相位的剔除数量，如果剔除数量仍然过高则重复上述步骤直至第一与第七相位的剔除数量或百分比基本等于其它相位的剔除数量及剔除百分比。此调整相位方法可以有效的解决上述故障，有效的提高AV89705光电烟支检测器的检测效率及检测精度。

2.3光电编码器故障及处理方法

AV89705光电烟支检测器所使用的光电编码器是一种三相位输出的光电编码器，分别为A相，B相，Z相。其中A相，B相为编码器每转360度产生1800个脉冲，而B相产生的脉冲信号相对于A相延迟四分之一个周期。系统可以通过编码器产生的A相，B相产生的脉冲信号判断实时位置及编码器转动方向（顺时针或者是逆时针）。而Z相为编码器每转360度产生1个脉冲，通常Z相位用于标记该编码器的起始相位，也就是零相位（如图2.3.1）。

AV89705光电烟支检测器关于光电编码器的故障最经常出现的就是零相位缺失，也就是当编码器旋转一个完整的周期后，检测系统没有检测到Z相位的脉冲信号。当系统在第一个或者连续两个编码器旋转周期结束时没有检测到Z相位的脉冲信号，检测系统将在显示屏上显示input fail:step_up encoder编码器错误。而当检测系统连续三个编码器旋转周期结束时没有检测到Z相位脉冲信号，检测系统显示屏上显示input fail:zero encoder编码器错误。并向包装机输出停机信号，使包装机停机。而出现零相位脉冲信号丢失的原因一是在包装机高速运转的过程中（大约400转每分钟），Z相位输出的脉冲信号宽度很短，检测系统很可能偶尔检测不到Z相脉冲信号，当系统在一个旋转周期检测到Z相位脉冲信号时，该错误就会消失而不影响光电烟支检测器的检测。而造成连续3个编码器旋转周期都没有检测到Z相位信号的主要原因是在编码器安装过程中，光电编码器的信号输出引线的长度及在长时间使用过程中造成光电编码器输出信号衰减率过大再加上输出引线的屏蔽功能减弱造成工业现

The Analysis and Solutions of Common Faults for Opto-electronic Cigarette Detector

Zhu Ziyu1,Guo Lixia2
(1.Henan tobacco industry limited liability company gold leaf manufacturing center,450016 2.Henan tobacco industry limited liability company technology center,450016)

Abstract：The Opto-electronic Cigarette Detector is an online cigarette quality control equipment,it has high speed,high efficiency and reliable feature.It plays an important role in cigarette quality control in modern cigarette industry.The purpose of this paper is to demonstrate the analysis and solutions of common faults for the AV89705 Opto-electronic Cigarette Detector.

Keywords：Faults;Analysis;Solutions