一种用于红外含水率测量仪的贴片式光学信号处理主板的制作方法

一种用于红外含水率测量仪的贴片式光学信号处理主板
【技术领域】
1.本实用新型测量设备技术领域，特别涉及一种用于红外含水率测量仪的贴片式光学信号处理主板。


背景技术：

2.目前，很多行业在进行物料生产的过程中，都需要对物料含水率进行精确掌控，以保证生产出的物料是合格的；并且因为其生产物料的特殊性，通常只能采用非接触式的含水率测量仪来监控含水率，例如红外式含水率测量仪。红外式含水率测量仪的工作原理如下：通过光源将光照射到滤光转盘上，滤光转盘可通过电机带动进行旋转；经过滤光转盘过滤后的光会经过异形反射镜反射到物料上，物料会吸收一部分光，同时另一部分光会经过物料反射，再由球形聚光反射镜反射到光电传感器上，由于不同含水率的物料对光的吸收程度不同，因此通过光电传感器检测物料反射回来的光信号，就能够实现对含水率的测量。
3.现有的红外式含水率测量仪在具体设计时，处理主板都采用单片机或者cpu来实现信号处理，导致存在设计成本高，且器件都采用插件式器件，导致生产组装效率低。鉴于上述存在的问题，本案发明人对该问题进行深入研究，遂有本案产生。


技术实现要素：

4.本实用新型要解决的技术问题，在于提供一种用于红外含水率测量仪的贴片式光学信号处理主板，解决现有技术中采用单片机或者cpu存在的设计成本高，且采用插件式器件存在生产组装效率低的问题。
5.本实用新型是这样实现的：一种用于红外含水率测量仪的贴片式光学信号处理主板，包括设置在所述主板上的前置放大器、初级放大器、中级放大器、后级放大器、模拟电子开关和计数器；所述前置放大器、初级放大器、中级放大器、后级放大器、模拟电子开关和计数器均为贴片式电子元器件；
6.所述前置放大器的输入端连接有信号检测光电传感器，前置放大器的输出端连接初级放大器的输入端，初级放大器的输出端连接中级放大器的输入端，中级放大器的输出端连接后级放大器的输入端；所述计数器的输入端连接有同步脉冲信号产生装置，计数器的输出端连接模拟电子开关的输入端，模拟电子开关的输出端连接后级放大器的输入端。
7.进一步的，还包括设置在所述主板上的传感器信号输入插接座；所述传感器信号输入插接座与前置放大器连接，信号检测光电传感器通过第一屏蔽连接线与传感器信号输入插接座连接；所述传感器信号输入插接座的器件型号为ph2.0mm-3p。
8.进一步的，所述前置放大器、初级放大器、中级放大器和后级放大器的器件型号均为tl074cn。
9.进一步的，所述模拟电子开关的器件型号为cd4051be。
10.进一步的，所述计数器的器件型号为cd4024bm。
11.进一步的，还包括设置在所述主板上的电源输入信号输出插接座，所述电源输入
信号输出插接座与后级放大器的输出端连接；所述电源输入信号输出插接座的器件型号为dc3-20p-2.54mm。
12.进一步的，还包括设置在所述主板上的正电源稳压管和负电源稳压管；所述正电源稳压管的一端与电源输入信号输出插接座连接，正电源稳压管的另一端分别与计数器的正电源输入端和模拟电子开关的正电源输入端连接；所述负电源稳压管的一端与电源输入信号输出插接座连接，负电源稳压管的另一端分别与计数器的负电源输入端和模拟电子开关的负电源输入端连接。
13.进一步的，所述正电源稳压管的器件型号为78m05；所述负电源稳压管的器件型号为79m05。
14.进一步的，还包括设置在所述主板上的同步脉冲信号输入插接座；所述同步脉冲信号输入插接座与计数器连接，同步脉冲信号产生装置通过第二屏蔽连接线与同步脉冲信号输入插接座连接；所述同步脉冲信号输入插接座的器件型号为xh2.54mm-4p。
15.本实用新型的优点在于：1、通过前置放大器、初级放大器、中级放大器、后级放大器、模拟电子开关和计数器来组合成模拟电路，并通过该模拟电路来替代以往的单片机或者cpu对现有红外含水率测量仪检测到的光学信号进行处理，与现有采用单片机或者cpu的方案相比，能够在很大程度上降低红外含水率测量仪的设计成本，提高产品市场竞争力；本实用新型采用的是较低成本、性能又高效稳定的电子元器件进行设计，因此能够实现在达到用户测量要求的基础上降低整体设计成本，并且适用于各个行业。2、设计前置放大器、初级放大器、中级放大器、后级放大器、模拟电子开关和计数器均为贴片式电子元器件，能够大幅提高生产和组装效率，同时还能够降低信号在传输过程中的损耗。3、整个模拟电路涉及的电子元器件数量少，极大地降低了模拟电路的设计复杂度，有助于进一步降低红外含水率测量仪的设计成本。
【附图说明】
16.下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步的说明。
17.图1是本实用新型一种用于红外含水率测量仪的贴片式光学信号处理主板的电路原理框图；
18.图2是本实用新型中主板的布局结构示意图。
19.附图标记说明：
20.100-主板，1-前置放大器，2-初级放大器，3-中级放大器，4-后级放大器，5-模拟电子开关，6-计数器，7-信号检测光电传感器，8-同步脉冲信号产生装置，81-第一信号同步光电传感器，82-第二信号同步光电传感器，83-同步脉冲信号输出插接座，9-传感器信号输入插接座，10-第一屏蔽连接线，11-电源输入信号输出插接座，12-正电源稳压管，13-负电源稳压管，14-同步脉冲信号输入插接座，15-第二屏蔽连接线，1a-主板本体，2a-前置放大器区域，3a-初级放大器区域，4a-计数器区域，5a-模拟电子开关区域，6a-中级放大器区域，7a-后级放大器区域，8a-屏蔽罩区域，9a-传感器信号输入区域，10a-同步脉冲信号输入区域，11a-正电源稳压区域，12a-负电源稳压区域，13a-电源输入信号输出区域，14a-延伸部，15a-第一机械安装孔，16a-第二机械安装孔。
【具体实施方式】
21.为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。
22.请参阅图1所示，本实用新型一种用于红外含水率测量仪的贴片式光学信号处理主板100，包括设置在所述主板100上的前置放大器1、初级放大器2、中级放大器3、后级放大器4、模拟电子开关5和计数器6；所述前置放大器1、初级放大器2、中级放大器3、后级放大器4、模拟电子开关5和计数器6均为贴片式电子元器件；通过设计前置放大器1、初级放大器2、中级放大器3、后级放大器4、模拟电子开关5和计数器6均为贴片式电子元器件，能够大幅提高生产和组装效率，同时采用贴片式电子元器件还能够降低信号在传输过程中的损耗；
23.所述前置放大器1的输入端连接有信号检测光电传感器7，前置放大器1的输出端连接初级放大器2的输入端，初级放大器2的输出端连接中级放大器3的输入端，中级放大器3的输出端连接后级放大器4的输入端；所述计数器6的输入端连接有同步脉冲信号产生装置8，计数器6的输出端连接模拟电子开关5的输入端，模拟电子开关5的输出端连接后级放大器4的输入端。
24.在本实用新型中，所述前置放大器1用于接收信号检测光电传感器7检测到的微弱信号，并对微弱信号进行放大，降低信号干扰；所述初级放大器2用于对前置放大器1输出的信号做进一步放大处理；所述中级放大器3用于对初级放大器2输出的信号做进一步放大处理；所述计数器6用于对同步脉冲信号产生装置8输入的同步信号进行计数，以判断输入的同步脉冲信号是参考信号还是测量信号；所述模拟电子开关5用于根据计数器6的计数结果控制输出参考信号或测量信号给后级放大器4；所述后级放大器4用于对信号进行放大处理后输出。
25.本实用新型中通过前置放大器1、初级放大器2、中级放大器3、后级放大器4、模拟电子开关5和计数器6来组合成模拟电路，并通过该模拟电路来替代以往的单片机或者cpu对现有红外含水率测量仪检测到的光学信号进行处理，与现有采用单片机或者cpu的方案相比，能够在很大程度上降低红外含水率测量仪的设计成本，提高产品市场竞争力；本实用新型采用的是较低成本、性能又高效稳定的电子元器件进行设计，因此能够实现在达到用户测量要求的基础上降低整体设计成本，并且适用于各个行业。同时，本实用新型中整个模拟电路涉及的电子元器件数量少，极大地降低了模拟电路的设计复杂度，有助于进一步降低红外含水率测量仪的设计成本。
26.在本实用新型的实施例中，还包括设置在所述主板100上的传感器信号输入插接座9；所述传感器信号输入插接座9与前置放大器1连接，实现将信号检测光电传感器7检测到的信号输入至前置放大器1进行放大处理；信号检测光电传感器7通过第一屏蔽连接线10与传感器信号输入插接座9连接；所述传感器信号输入插接座9的器件型号为ph2.0mm-3p。通过采用第一屏蔽连接线10连接信号检测光电传感器7与传感器信号输入插接座9，能够保
证信号检测光电传感器7检测到的微弱信号不会受到外界干扰。
27.在本实用新型的实施例中，所述前置放大器1、初级放大器2、中级放大器3和后级放大器4的器件型号均为tl074cn，该型号的放大器具有高输入阻抗、高精度、低成本等优点，通过前置放大器1、初级放大器2、中级放大器3和后级放大器4相互配合，能够保证模拟电路的性能稳定，实现对信号检测光电传感器7检测到的微弱信号进行准确、有效放大。
28.在本实用新型的实施例中，所述模拟电子开关5的器件型号为cd4051be，该型号的模拟电子开关5为单端8通道数字控制模拟电子开关，具有低成本、高性能等优点，能够提升模拟电路工作稳定性。
29.在本实用新型的实施例中，所述计数器6的器件型号为cd4024bm，该型号的计数器6为7位二进制串行计数器，能够实现对光脉冲信号进行有效计数，提升模拟电路工作稳定性。
30.在本实用新型的实施例中，还包括设置在所述主板100上的电源输入信号输出插接座11，通过将电源输入和信号输出集成在一个插接座上，能够使结构更加紧凑；所述电源输入信号输出插接座11与后级放大器4的输出端连接，实现将经过后级放大器4进行放大处理后的信号输出；所述电源输入信号输出插接座11的器件型号为dc3-20p-2.54mm。
31.在本实用新型的实施例中，还包括设置在所述主板100上的正电源稳压管12和负电源稳压管13；所述正电源稳压管12的一端与电源输入信号输出插接座11连接，正电源稳压管12的另一端分别与计数器6的正电源输入端和模拟电子开关5的正电源输入端连接；所述负电源稳压管13的一端与电源输入信号输出插接座11连接，负电源稳压管13的另一端分别与计数器6的负电源输入端和模拟电子开关5的负电源输入端连接。本实用新型中通过设计正电源稳压管12和负电源稳压管13来对外部输入的电源进行稳压，可以保证内部信号不会受到外部供电的干扰，提升整个模拟电路的工作稳定性。
32.在本实用新型的实施例中，为了实现更好的稳压效果，所述正电源稳压管12的器件型号为78m05；所述负电源稳压管13的器件型号为79m05。
33.在本实用新型的实施例中，还包括设置在所述主板100上的同步脉冲信号输入插接座14；所述同步脉冲信号输入插接座14与计数器6连接，实现将同步脉冲信号输入至计数器6；同步脉冲信号产生装置8通过第二屏蔽连接线15与同步脉冲信号输入插接座14连接；所述同步脉冲信号输入插接座14的器件型号为xh2.54mm-4p。通过采用第二屏蔽连接线15连接同步脉冲信号产生装置8和同步脉冲信号输入插接座14，能够有效保证同步脉冲信号在传输时不受外界干扰。
34.本实用新型在具体实施时，所述同步脉冲信号产生装置8包括第一信号同步光电传感器81、第二信号同步光电传感器82和同步脉冲信号输出插接座83；所述第一信号同步光电传感器81和第二信号同步光电传感器82均与同步脉冲信号输出插接座83连接；其中，所述第一信号同步光电传感器81和第二信号同步光电传感器82之中，一个用于检测参考信号的光脉冲信号，另一个用于检测测量信号的光脉冲信号；所述同步脉冲信号输出插接座83用于实现将第一信号同步光电传感器81或第二信号同步光电传感器82检测到的光脉冲信号输出给计数器6；
35.为了实现对参考信号和测量信号的光脉冲信号进行有效检测，提高整个模拟电路的工作稳定性，所述第一信号同步光电传感器81的器件型号为st1150，第二信号同步光电
传感器82的器件型号为st1101，同步脉冲信号输出插接座83的器件型号为xh2.54mm-4p。
36.本实用新型的主板100的工作原理如下：信号检测光电传感器7将检测到的物料反射回来的光信号传输至前置放大器1，通过前置放大器1对微弱信号进行放大，降低信号干扰；前置放大器1将放大后的信号输出给初级放大器2做进一步放大处理，初级放大器2将放大后的信号输出给中级放大器3做进一步放大处理，以提高输出信号的稳定性；同时，计数器6对第一信号同步光电传感器81或者第二信号同步光电传感器82输入的同步脉冲信号进行计数，并根据计数结果确定出输入的同步脉冲信号是参考信号还是测量信号；模拟电子开关5根据计数器6的计数结果控制输出参考信号或测量信号给后级放大器4，并由后级放大器4对信号进行放大处理后输出。
37.请参照图2所示，下面对本实用新型中主板100的器件布局进行详细介绍：所述主板100包括主板本体1a，主板本体1a可以采用两层板结构；所述主板本体1a顶层的左侧下方具有前置放大器区域2a，前置放大器1安装于前置放大器区域2a内；主板本体1a的顶层在前置放大器区域1a的右侧具有初级放大器区域3a，初级放大器2安装于初级放大器区域3a内；所述主板本体1a的顶层在初级放大器区域3a的右侧上方具有计数器区域4a，计数器6安装于计数器区域4a内；所述主板本体1a的顶层在计数器区域4a的右侧下方由左至右依次具有模拟电子开关区域5a、中级放大器区域6a和后级放大器区域7a，模拟电子开关5安装于模拟电子开关区域5a内，中级放大器3安装于中级放大器区域6a内，后级放大器4安装于后级放大器区域7a；
38.所述前置放大器区域2a与初级放大器区域3a电性连接，初级放大器区域3a与中级放大器区域6a电性连接，中级放大器区域6a与后级放大器区域7a电性连接；所述计数器区域4a与模拟电子开关区域5a电性连接，模拟电子开关区域5a与后级放大器区域7a电性连接；所述中级放大器区域6a与模拟电子开关区域5a电性连接。
39.在本实用新型中，通过设计主板本体1a上具有前置放大器区域2a、初级放大器区域3a、计数器区域4a、模拟电子开关区域5a、中级放大器区域6a和后级放大器区域7a，在具体使用时，只需在相应的区域内组装上对应的电子元器件后就能够组合成完整的模拟电路，并通过模拟电路实现对红外式含水率测量仪的光学信号进行处理，与现有采用单片机或者cpu的方案相比，能够在很大程度上降低红外含水率测量仪的设计成本，提高产品市场竞争力。本实用新型在具体进行布局时，将前置放大器区域2a设置在主板本体1a的左侧，由于在具体组装时，主板本体1a会组装在红外式含水率测量仪的光源上方，且主板本体1a的右侧处在靠近光源的位置，因此将前置放大器区域2a设置在主板本体1a的左侧下方，能够最大程度地避开光源产生的热量影响到该前置放大器区域2a，从而避免输入的微弱信号因该前置放大器区域2a的温度变化过大而受到干扰，并导致影响最后测量数据的精准性和稳定性。同时，本实用新型中将初级放大器区域3a、计数器区域4a、模拟电子开关区域5a、中级放大器区域6a和后级放大器区域7a依次紧邻布置在主板本体1a的中部，且初级放大器区域3a、计数器区域4a、模拟电子开关区域5a、中级放大器区域6a和后级放大器区域7a均贴片区域，能够极大地降低信号在传输过程中的损耗。
40.在本实用新型的实施例中，所述前置放大器区域2a的四周围设有包围整个前置放大器区域2a的屏蔽罩区域8a，以便于对前置放大器区域2a进行屏蔽。
41.在本实用新型的实施例中，所述屏蔽罩区域8a为方形区域，且所述屏蔽罩区域8a
内灌封有将前置放大器区域2a密封于内部的环氧树脂灌封胶层(未图示)。由于传感器信号比较微弱，特别容易受到干扰，本实用新型通过采用环氧树脂灌封胶层将整个前置放大器区域2a密封于内部，再配合使前置放大器区域2a远离光源位置的设计，不仅能够将外界对信号的干扰降至最低，而且通过环氧树脂灌封胶层能够起到很好的散热效果，因此能够提升处理主板工作的稳定性，保证处理主板能够长期可靠地运行。
42.在本实用新型的实施例中，所述主板本体1a的顶层在屏蔽罩区域8a的左侧具有传感器信号输入区域9a，以便于传感器信号的输入，传感器信号输入插接座9安装于传感器信号输入区域9a内；所述传感器信号输入区域9a与前置放大器区域2a电性连接。由于传感器信号是通过传感器信号输入区域9a输入的，因此将传感器信号输入区域9a也设置在主板本体1a的左侧位置，以避免光源产生的热量影响到该传感器信号输入区域9a。
43.在本实用新型的实施例中，所述主板本体1a的顶层在屏蔽罩区域8a的上方具有同步脉冲信号输入区域10a，同步脉冲信号输入插接座14安装于同步脉冲信号输入区域10a内；所述同步脉冲信号输入区域10a与计数器区域4a电性连接。通过将同步脉冲信号输入区域10a设置在屏蔽罩区域8a的上方，也可以使同步脉冲信号输入区域10a远离光源的位置，能够避免光源产生的热量影响到该同步脉冲信号输入区域10a，从而避免输入的同步脉冲信号因该同步脉冲信号输入区域10a的温度变化过大而受到干扰。
44.在本实用新型的实施例中，所述主板本体1a的顶层在计数器区域4a的下方具有正电源稳压区域11a，主板本体1的顶层在后级放大器区域7a的上方具有负电源稳压区域12a，正电源稳压管12安装于正电源稳压区域11a，负电源稳压管13安装于负电源稳压区域12a内；所述正电源稳压区域11a和负电源稳压区域12a均与计数器区域4a电性连接，所述正电源稳压区域11a和负电源稳压区域12a均与模拟电子开关区域5a电性连接。通过以上正电源稳压区域11a和负电源稳压区域12a的位置布局，不仅能够更好地进行布线和调试，而且能够起到更好的散热效果。
45.在本实用新型的实施例中，所述主板本体1a顶层的右侧具有电源输入信号输出区域13a，电源输入信号输出插接座11安装于电源输入信号输出区域13a内；所述电源输入信号输出区域13a与后级放大器区域7a电性连接；所述正电源稳压区域11a和负电源稳压区域12a均与电源输入信号输出区域13a电性连接。由于经过多级放大后的信号是不容易受到外部环境干扰的，因此将电源输入信号输出区域13a设置在主板本体1a的右侧。
46.在本实用新型的实施例中，所述主板本体1a右侧的上部向外延伸设置有延伸部14a，所述延伸部14a上开设有第一机械安装孔15a，以便于对主板本体1a的右侧进行固定。
47.在本实用新型的实施例中，所述主板本体1a左侧的下部和上部开设有第二机械安装孔16a，以便于对主板本体1a的左侧进行固定。
48.综上所述，本实用新型通过对主板本体1a上的器件区域进行合理布局，能够将外部环境对内部信号的干扰降至很小，使主板能够长期稳定可靠地运行，保证最后测量数据的精准性和稳定性。
49.虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本实用新型的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本实用新型的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本实用新型的权利要求所保护的范围内。