光電煙支檢測器常見故障分析及解決方法

朱子玉,郭麗霞

（1.河南中煙工業有限責任公司黃金葉生產制造中心，450016;2.河南中煙工業有限責任公司技術中心,450016）

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光電煙支檢測器常見故障分析及解決方法

朱子玉1,郭麗霞2

（1.河南中煙工業有限責任公司黃金葉生產制造中心，450016;2.河南中煙工業有限責任公司技術中心,450016）

摘要：光電煙支檢測器是一種在線煙支質量檢測設備，具有高速，高效及穩定的特點，在煙草行業煙支質量控制方面發揮了及其重要的作用。本文重點介紹了關于光電煙支檢測器在使用過程中出現的常見故障的原因分析及解決方法。

關鍵詞：故障；分析；解決方法

1　光電煙支檢測器概述

AV89705光電煙支檢測器通過煙絲側和濾嘴側的光電傳感器獲取模盒內煙支的反射波形，再由內部處理器對所獲得的模盒內煙支反射波形進行信號處理。從而對模盒內的煙支進行空頭，缺支，反支，缺嘴檢測。并對模盒內存在的有缺陷的煙支發出剔除信號由控制系統剔除不合格的煙支。光電煙支檢測器是一種無損式的，高速的，檢測精度高的在線煙支質量檢測設備。在現代煙草行業的質量控制體系中扮演了重要的角色。

2　AV89705常見故障分析及處理方法

2.1光電傳感器故障

圖2.1.1：A：煙支排列方式

（767） B：光電管排列方式

AV89705光電煙支傳感器有兩組光電傳感器，分別為3個濾嘴側光電傳感器和3個煙絲測光電傳感器。每個光電傳感器負責獲取煙絲側和濾嘴側每行煙支的波形，如圖2.1.1所示。光電傳感器屬于易損部件，其工作狀態是否正常將直接影響光電煙支檢測器能否正常工作及檢測精度。光電傳感器故障主要分為光電傳感器斷路，短路及光電傳感器老化三種情況。

2.1.1光電傳感器斷路故障及處理方法

光電傳感器斷路故障通常可分為電源斷開和光電傳感器斷開兩種情況。以上兩種情況可以通過測量煙絲側或濾嘴側光電傳感器的恒流源電壓（電源接線端子4和3或者7和6之間的電壓）進行判斷。如果所測電壓接近0V則表示電源沒有向恒流源供電也就是電源電路斷路。如果測得電壓接近24V則表示光電傳感器內部斷開。煙絲端和濾嘴端的3個光電傳感器是串聯在一起的。如果光電傳感器內部斷開則在電路上形成了開路，所以所測得電壓應該接近恒流源的供電電壓也就是24V。在出現上述兩種故障時，如果判斷為電源斷路則應檢查相對應的電源供電電路是否出現故障。如果判斷為光電傳感器內部斷路則應檢查光電管內部電路是否出現斷路。

2.1.2光電傳感器短路故障及處理方法

光電傳感器短路故障可以通過光電管電壓監控界面來觀察所對應的光電傳感器在完全遮擋和沒有遮擋時的電壓變化，如果某一個光電傳感器在連續3個煙包的電壓變化小于300mV，則可以判斷為該光電傳感器短路。在出現光電傳感器短路故障時則需要檢查所對應光電管的電纜接頭，如果接頭檢測正常則說明光電傳感器內部故障，需要更換發生故障的光電傳感器。

用戶在診斷管理界面選擇開啟煙絲光電管故障和濾嘴光電管故障時，當出現上述錯誤時，系統將提示用戶對應的光電管故障。

圖 2.1.2　光電管校準頁面

圖2.1.3　光電管工作頁面

2.1.3光電傳感器因電氣性能老化引發的故障及處理方法光電傳感器老化引發的故障會引起老化的光電傳感器所對應的一排煙支的剔除率相比其它正常工作的光電傳感器過高或者過低。用戶可以在統計頁面上獲取每個光電傳感器所剔除煙支的具體數量及百分比，當有光電傳感器的剔除數量或百分比明顯高于或低于正常工作的光電傳感器是則可以判斷此現象是該光電管的電氣性能老化所引起的。

圖 2.2.1　煙支剔除絕對值統計表

圖2.2.2　光電傳感器圖形頁面

圖2.3.1　光電編碼器結構及輸出信號

AV89705光電煙支檢測器所使用的光電傳感器由發射紅外光的二極管及光敏三極管所組成。在長時間的使用過程中，紅外線二極管和光敏三極管的電氣性能都會老化。而引起紅外發光二極管老化主要由兩方面因素，一是工作環境溫度，二是通過二極管的電流的強度。因為AV89705光電煙支檢測器是應用的室內的卷包車間，而卷包車間的溫度和濕度幾乎是恒定的，所以外部環境溫度的變化對紅外線發光二極管老化的影響可以忽略不計。而內部由于長時間使用而導致的灰塵或者煙屑進入到光電傳感器內部導致光電傳感器的內部因散熱不暢導致工作溫度增加而引起紅外線二極管封裝材料環氧樹脂的透明度下降從而導致紅外線二極管的光輸出強度減弱，影響紅外線二極管的壽命。而通過紅外發光二極管的電流強度是引起紅外線光電管電氣性能老化的另一個原因。研究表明在發光二極管老化過程中，在大電流下P型歐姆接觸的金屬會沿著缺陷通道電遷移到達結區造成短路，引起器件老化失效。目前大部分發光二極管采用P型和N型電極制作在芯片同一外延層的側面結構，靠近N型電極的電流密度非常大，導致在正常工作的小電流強度下也會發生接觸金屬電遷移。這就導致在正常使用光電傳感器一段時間后，器件的等效串聯電阻增加導致通過發光區的電流密度減小，光通量降低。這就導致了光電傳感器在煙支遮擋條件相同的情況下，反射光線強度降低導致光敏三極管集電極電壓高于光電傳感器正常工作時的電壓，最終導致老化的光電傳感器所對應的一行煙支剔除率高于其他正常的光電傳感器。如果出現上述情況，應該先做一次光電管校準，然后在光電管電壓監控頁面觀察所對應光電管的動態范圍（也就是所對應光電管的粗線與細線的數值，如圖2.1.2），如果粗線與細線的數值差小于1V則表明該光電傳感器性能已不能適應檢測精度要求，必須更換新的光電管。如果粗線與細線的數值差大于1V則應讓包裝機運行一段時間，然后在統計數據頁面觀察所對應的光電傳感器的剔除數量或者剔除百分比。如果此光電傳感器的剔除數量或剔除百分比明顯低于其它光電傳感器，則應在光電管工作點頁面適當調整（如圖2.1.3）剔除基準使之其光電傳感器的剔除數量或剔除百分比與其它正常工作的光電傳感器剔除數量或者剔除百分比基本相等。

光敏三極管的老化則是影響光電傳感器使用精度的另一因素。而三極管的老化或者損壞主要是指PN結的老化或者損壞。當三極管工作于正向偏置時其損壞原因主要為正向偏置電流過大導致PN結過流損壞。而當三極管工作于反向偏置時其損壞的主要原因為反向電壓過高導致PN結被擊穿。而AV89705光電煙支檢測器所使用的光電傳感器工作于正向偏置，所以其損壞的主要原因為正向偏置電流過大導致的PN結過流損壞。而由于在正向偏置工作模式下PN結兩端的電壓都比較低所以正向偏置電流過大并不會擊穿PN結，造成三極管的永久損壞。但是在正向偏置工作模式下電流過大會導致放大系數減小。而放大系數的減小則會使在相同遮擋條件下光敏三極管的信號輸出電壓減小，而在使用過程中的反應則是光敏三極管老化或損壞的光電傳感器所對應的一行煙支的剔除數量或者剔除百分比明顯低于其它正常工作的光電傳感器。在這種情況下，用戶可以采取與紅外二極管老化所導致的檢測精度下降相同的處理步驟去重新校準光電傳感器，設置合適的剔除基準使之工作在正常的剔除數量或者剔除百分比。

AV89705光電煙支檢測器所使用的光電傳感器是整套設備中最容易損壞的組建之一。而光電傳感器電氣性能的好壞有直接影響光電煙支檢測器的檢測精度，所以在日常生產檢測當中應該更多的觀察光電傳感器的工作狀態，及時調整光電傳感的各項參數或者更換損壞的光電傳感器使之符合檢測精度要求，提高產品質量。

2.2模盒兩端所對應相位剔除量過大的原因分析及處理方法

在AV89705光電煙支檢測器使用一段時間后，通過觀察統計表中的各個光電傳感器及各個相位的剔除數量（如圖2.2.1）。如果某個相位的剔除數量高于其他相位兩倍左右則表明該相位的數值已經偏移了實際相位。而在實際檢測過程中，第一相位與第七相位最容易發生上述問題。其原因一是因為在自動對中過程中，包裝機是在低速模式下進行（小于30盒每分鐘），這時無論是模盒內煙支向前運動的慣性還是包裝機振動相對于包裝機高速運動（400盒每分鐘左右）小很多，當自動對中完成后光電煙支檢測器所獲得的相位與包裝機高速運行時煙支的實際相位有一定的誤差，尤其是第一及第七相位的誤差為最大。所以在實際檢測中導致第一及第七相位的煙支剔除數量相對于其它相位要高。二是因為模盒長時間使用使得模盒的兩側內壁磨損，增加了第一與第七相位煙支與模盒內壁的縫隙，在包裝器高速運動過程中由于慣性及機器振動導致第一及第七相位在自動對中時所獲得的相位與實際相位偏移過大導致在第一及第七相位的煙支剔除數量偏高。

當在AV89705光電煙支檢測器在檢測過程中出現上述情況時，操作員可以在光電傳感器圖形頁面觀察光電傳感器采集的實時圖形與自動對中時所得相位的偏差（如圖2.2.2）。根據所觀察到的偏差手動調整第一與第七相位的數值。修改完相位后讓包裝機全速運行。觀察統計數據顯示的第一與第七相位的剔除數量，如果剔除數量仍然過高則重復上述步驟直至第一與第七相位的剔除數量或百分比基本等于其它相位的剔除數量及剔除百分比。此調整相位方法可以有效的解決上述故障，有效的提高AV89705光電煙支檢測器的檢測效率及檢測精度。

2.3光電編碼器故障及處理方法

AV89705光電煙支檢測器所使用的光電編碼器是一種三相位輸出的光電編碼器，分別為A相，B相，Z相。其中A相，B相為編碼器每轉360度產生1800個脈沖，而B相產生的脈沖信號相對于A相延遲四分之一個周期。系統可以通過編碼器產生的A相，B相產生的脈沖信號判斷實時位置及編碼器轉動方向（順時針或者是逆時針）。而Z相為編碼器每轉360度產生1個脈沖，通常Z相位用于標記該編碼器的起始相位，也就是零相位（如圖2.3.1）。

AV89705光電煙支檢測器關于光電編碼器的故障最經常出現的就是零相位缺失，也就是當編碼器旋轉一個完整的周期后，檢測系統沒有檢測到Z相位的脈沖信號。當系統在第一個或者連續兩個編碼器旋轉周期結束時沒有檢測到Z相位的脈沖信號，檢測系統將在顯示屏上顯示input fail:step_up encoder編碼器錯誤。而當檢測系統連續三個編碼器旋轉周期結束時沒有檢測到Z相位脈沖信號，檢測系統顯示屏上顯示input fail:zero encoder編碼器錯誤。并向包裝機輸出停機信號，使包裝機停機。而出現零相位脈沖信號丟失的原因一是在包裝機高速運轉的過程中（大約400轉每分鐘），Z相位輸出的脈沖信號寬度很短，檢測系統很可能偶爾檢測不到Z相脈沖信號，當系統在一個旋轉周期檢測到Z相位脈沖信號時，該錯誤就會消失而不影響光電煙支檢測器的檢測。而造成連續3個編碼器旋轉周期都沒有檢測到Z相位信號的主要原因是在編碼器安裝過程中，光電編碼器的信號輸出引線的長度及在長時間使用過程中造成光電編碼器輸出信號衰減率過大再加上輸出引線的屏蔽功能減弱造成工業現

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