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光电码盘技术在尾矿库高程测量中的应用

作者：逯伟

来源：《物联网技术》2013年第09期

摘要：干滩高程测量是矿山企业尾矿库监测系统中一项重要的检测内容，用于检测矿山

尾矿（废料）排放湖面的高度。尾矿库一般都地处偏远山区，要求检测设备具有很强的恶劣环

境适应能力，因而迫切需要开发出一种新的测量技术，以用于满足数字化矿山建设的需要。光

电码盘计数测距法就是为了满足这项实际需求而研发的。文章介绍了此项技术的工作原理、电

路实现方法，并对波形处理、精度控制、数据处理等几方面也做了详细的阐述。

关键词：光电码盘；测距；尾矿库；恶劣环境

中图分类号：TP242文献标识码：A文章编号：2095-1302（2013）09-0017-03

引0言

目前，我国尾矿库数量多、分布广。尾矿库的安全关系到人民生命财产及环境的安全，故

而搞好尾矿库的安全监测意义重大。现在多数尾矿库都开始采用现代通信、电子设备及计算机

技术实现对尾矿库监测指标数据实时、自动监测。高程测量是尾矿库监测系统中的一项重要检

测项目。高程测量的方法有很多种，比如激光测距、超声波测距等。激光测距质量轻、体积

小、操作简单、速度快而准确，但尾矿库一般都是因山势筑坝而成，在放矿时，泥浆四溅，使

得激光测距的发射、接收面容易沾染灰尘、泥浆，从而影响测距能力，而且激光在测距时的瞬

间电流很大，对电源的品质要求较高；另外，激光测距仪的正常工作温度范围在0～40℃之

间，无法完全满足工作环境温度的需求。超声波测距存在的主要问题是声波发散角大，测程

短，易受温度、风力、湿度影响，误差大，所以超声波测距在尾矿库监测系统中也不实用。本

文所讲述的光电码盘测距法克服了以上两种测距的缺点，相关产品已用于几十家尾矿库，长期

稳定工作已长达几年。

工作原理1

系统接通电源后，控制器主程序开始工作，主控器控制驱动电机，同时，驱动电机带动码

盘转动。码盘在转动时，光电接收器接收到的光会发生明暗变化，从而产生对应的信号数据。

此信号数据经过光电信号处理系统的转换，转变成对应的脉冲数被送入主控器，主控器将脉冲

数依据计算公式进行记录计算后，得到对应的距离值。其工作原理图如图1所示。

图1工作原理图

光电码盘计数2

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光电测距的关键是光电计数。光电计数由红外发射、红外接收、计数码盘和整形电路构

成。图2所示是用光电码盘计数的示意图。红外发射器发射出红外光，当码盘没有被遮挡时，

红外接收器接收到对应的光信号；当码盘被遮挡时，接收器接收不到对应的光信号。前者设定

为“0”，后者设定为“1”，经整形单元的处理变成对应的连续脉冲。

图2光电码盘计数原理图

该码盘上分为透光区域和不透光区域，它们是等间隔排列的。码盘被安装在红外发射器与

红外接收器之间。码盘透光和不透光区域的间隔大小直接影响到测量精度。间隔大，易于加

工，精度低；间隔小，加工难度大，精度高，成本增大。码盘的间隔依据实际测量精度和转动

机构的尺寸来确定。当码盘旋转时，在接收器上会产生明暗变化，红外接收器将这种变化进行

处理后，输出对应的波形。图3所示是其波形图。

图3波形图

该波形经整形电路进行整形后，便可以生成主控器需要的波形。其具体的整形电路如图4

所示。

图4整形电路

在整形电路中设置50mV的直流基准，这个直流基准是为剔除小的噪声干扰而设定的。

C3电容的作用是为了隔断直流信号，只让交流通过。经整形后，其波形将变换为方波，具体

如图5所示。

波形经整形后，即可送入主控计数器进行计数，并计算出具体的距离值。

图5整形前后比较

数据处理3

经整形后的脉冲送入控制器中的计数器，再由主控器的运算器计算出距离值。计数单元用

的是T0计数器，工作模式是1，TLn与THn组成16位加法计数器。图6所示是T0计数器的

工作模式1，计数范围为0～65535。在本系统中，一个脉冲是2.656mm，65535个脉冲的距

离是174.061m，而高程的实际距离是6m，因此，完全可以满足距离范围的需要，且可以为

今后增加距离值而进行扩展。

图6T0工作模式1

驱动单元4