基于光幕传感器的“安保”智能化装置研发

郑中杨 叶海军 丁春雷＊

（南通理工学院，江苏 南通 226002）

1 概述

光幕传感器：光电安全装置通过发射红外线，产生保护光幕，当光幕被遮挡时，装置发出遮光信号，控制具有潜在危险的机械设备停止工作，避免发生安全事故。

本发明设置的同光幕传感器关联的“安保”智能化设施，欧美、日本等工业发达国家虽起步较早，但其研究现状仍处在起步阶段，智能化程度不高且性价比低；高水平高质量的光幕传感器智能化装置的研发成果现在还很少，有待尽快研发，满足市场需求和实际工程需求，为此，我们提出一种实用性更高的利用光幕传感技术的安保检查装置。

2 设计

2.1 整体结构模块设计

一种利用光幕传感技术的安保检查装置，包括地基1、称重器2、弹簧3、固定圈4、承重板5、光幕传感器6、承重门框7、第一铰链8、门板9、滑轨10、第一拉片11、电子锁12、锁头13、警报器14、支撑台15、摄像头16、气泵17、气管18、支撑架19、太阳能电池板20、气缸21、活塞22、伸缩杆23、第二铰链24、滑块25、第三铰链26、控制器27、显示屏28、控制按钮29 和连接线束30。外观结构如图1 所示。

地基1 的内部安装有称重器2，且称重器2 的上方安装有弹簧3，弹簧3 的外侧设置有固定圈4，且固定圈4 的上方连接有承重板5，光幕传感器6 设置于承重板5 的上方，且光幕传感器6 的外侧设置有承重门框7，承重门框7 上端的中间位置设置有控制器27。

2.2 测量模块设计

称重器2 通过弹簧3 和固定圈4 与承重板5 之间构成弹性伸缩结构，且弹簧3 与固定圈4 之间构成半包围结构，称重器2和光幕传感器6 均与控制器27 电性连接，安装的承重门框7 能够对整个装置进行支撑与固定，并且通过光幕传感器6 能够对通过装置的高度进行测量，同时通过安装的称重器2 能够对通过的物品进行称重处理，如此能够达到重量与高度的检测。

2.3 门板结构与太阳能电池板的安装设计

承重门框7 的外侧安有第一铰链8，第一铰链8 的外侧连接门板9，门板9 背面安有显示屏28，显示屏28 下方设有控制按钮29，门板9 通过第一铰链8 与承重门框7 之间构成转动结构，具有加强筋的门板9 能够起到很好的安保防护功能，门板9可通过第一铰链8 打开，方便物品进出，控制按钮29 能够实现电子锁12 的手动开启与关闭；承重门框7 顶端安有支撑架19，支撑架19 的外侧设有太阳能电池板20。显示屏安装结构如图2所示。

图1“安保”外观结构图

图2 显示屏安装结构图

2.4 安全警报模块与突发事故下机械安全性设计

门板9 的上端安有滑轨10，表面安有电子锁12，承重门框7 内部下端安有锁头13，锁头13 的内侧安有警报器14，电子锁12 与锁头13 之间构成卡合结构，滑轨10 的内部安装有滑块25，滑块25 的右端连接第三铰链26，第三铰链26 外侧连接第一拉片11，第一拉片11 通过第三铰链26 与滑块25 铰接，且滑块25 与滑轨10 之间构成滑动结构，此结构能够控制门板9 的开启角度，从而减少突发事故时关闭门板9 的时间。图3 为警报或突发状况下的安全性设计。

图3 警报或突发状况下的安全性设计

2.5 摄像头模块设计

第一拉片11 末端连接第二铰链24，第二铰链24 外侧连接伸缩杆23，伸缩杆23 末端连接活塞22，且活塞22 外侧设置有气缸21，第一拉片11 通过第二铰链24 与伸缩杆23 之间铰接，且气缸21 通过活塞22 与伸缩杆23 之间构成伸缩结构，进行动能传递。太阳能电池板20 外侧安有摄像头16，摄像头16 的下端连接支撑台15，摄像头16 末端通过连接线束30 与控制器27之间电性连接。图4 为摄像头设计结构图。

图4 摄像头设计结构图

2.6 门板开关与实用性设计

气缸21 的末端连接有气管18，气管18 的末端连接有气泵17，气泵17 通过气管18 与气缸21 之间相连相通，对称设置的气泵17、气管18 和气缸21 能够为左右两扇门板9 的开启提供动能，气缸21 的内壁与活塞22 的外表面之间紧密连接，可有效避免漏气的问题。图5 为门板开关结构图。

图5 门板开关结构图

3 工作流程

对于这类的利用光幕传感技术的安保检查装置，首先通过混凝土制造的地基1 固定连接承重门框7 以保证稳定性，承重门框7 顶端安装的太阳能电池板20 为装置工作提供电能，支撑架19 与承重门框7 的焊接能够保证太阳能电池板20 的稳定性。

信息采集模块包括称重器2、光幕传感器6 和摄像头16，当物品在承重板5 上通过时，承重板5 通过弹簧3 将重力传递到称重器2 上，从而进行称重处理，固定圈4 能够对弹簧3 起到限定作用，弹簧3 的设置能够将重力分散，避免压坏称重器2，光幕传感器6 通过光幕测量物品的高度，摄像头16 对物品的外观信息进行采集，连接线束30 为摄像头16 提供电能传导，支撑台15 对摄像头16 进行支撑，如此能够将三者测量的信息传递给控制器27，同时控制器27 将接收处理后的信息显示在显示屏28 上，当物品再次出来时，通过信息采集模块对信息再次比对。当信息出现异常时，控制器27 对执行器发出指令，执行器包括电子锁12、警报器14 与气泵17，这时电子锁12 不会开启，警报器14 响起，通知看守人员对物品进行检查。

当看守人员检查无误后，可通过控制按钮29 打开电子锁12，电子锁12 与锁头13 分离，气泵17 开始工作，气泵17 通过气管18 向气缸21 中供气，推动活塞22 运行，活塞22 带动伸缩杆23 伸缩，伸缩杆23 通过第二铰链24 与第一拉片11 连接，第一拉片11 通过第三铰链26 与滑块25 连接，从而拉动滑块25在滑轨10 中运行，当滑块25 运行到滑轨10 顶端时，拉动滑轨10 运动，能够拉动门板9 打开，门板9 通过第一铰链（转下页）8 能够转动打开，从而使物品或人员离开。

4 创新点

本发明的特色创新主要有以下几点：

4.1 本发明通过安装的承重门框对整个装置进行支撑与固定，通过光幕传感器对通过装置的高度进行测量，通过安装的称重器能够对通过的物品进行称重处理，如此达到重量与高度的检测。

4.2 本发明安装的摄像头能够对进出物品进行外观信息采集，控制器能够对装置数据进行收集与处理，控制执行器的运行，从而实现较高的智能化程度，提高了装置的实用性，给管理者可视，可接收，可反馈的更加使用体验。

4.3 本发明采用光伏发电技术，如此可有效避免长距离拉扯电线对装置以及操作人员可能产生的安全隐患，同时提高了该装置的绿色节能效果。

5 结论

本发明在光幕传感器的基础上增加了称重、数据处理等模块，使其可以满足诸多条件下的检测与执行工作。信号的接收与发送使信息执行双向流通的可行性得以保证，摄像头与警报的“眼睛+嘴巴”组合给予了管理者可视、可接收、可反馈的更加使用体验。