Способ регистрации изменения светового потока

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

g g С 01 О 5/12

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ % «ОФа%щ,. (21) 3337550/18-21 (22) 12.08.81 (46) 23.03.83, Бюл, и ll (72) В .Н . Курсай и А.С . Кочетов

;(53) 531.776(088.8) (56). 1. Гэрран P À. Релейный каскад на триггере Шмитта, срабатывающий под воздействием света. - "Электроника", Америка, 1967, У l0, с. 25.

2. Авторское свидетельство СССР

N 441608, кл. H 01 H 47/24, 1973.. (54)(57) СПОСОБ РЕГИСТРАЦИИ ИЗМЕНЕНИЯ

СВЕТОВОГО flOTOKA путем преобразования светового потока в электрический сигнал, фиксировании момента достижения им порогового значения, задерживания зафиксированного сигнала, суммирования зафиксированного сигнала с задер.жанным и формирования результирующего сигнала изменения светового потока в момент достижения суммарным сигналом,SU„„1006914 A удвоенного порогового значения, о тличающийся тем, что, сцелью повышения быстродействия за счет сокращения времени селекции световой гармонической помехи, период изменения которой соизмерим с длительностью полезного светового потока, одновременно с задерживанием зафиксированного о сигнала дифференцируют электрический сигнал, интегрируют дополнительный постоянный сигнал, сравнивают проинтегрированный сигнал с эталонным, прекращают задерживание первого зафиксированного сигнала, если момент изменения знака разностного сигнала опережает момент равенства нулю продифференцированного сигнала, и уменьшают проинтегрированный сигнал до нулевого значения в каждый момент равенства нулю ранее продифференцированного сигнала.

1 100691

Изобретение относится к измерению и регистрации светового потока с помощью фотоэлектронных преобразователей и может .быть использовано в фотоэлектронных системах автоматического, управления, подверженных воздействию световых гармонических помех и возмущений, период изменения которых соизмерим с длительностью полезного светового потока. е

Известен способ регистрации изменения светового потока, по которому преобразуют световой поток в электрический сигнал с помощью фотоэлемента, измеряют электрический сигнал и фик- 1$ сируют момент достижения электрическим сигналом уровня срабатывания триг гера Шмитта. В зафиксированный момент включают выходное устройство фотоэлектронного преобразователя g1).

Недостаток данного способа состоит в низкой помехозащищенности, так как регистрация изменения светового потока осуществляется под воздействием светового сигнала любой длитель- ности, в том числе и под .воздействием световой помехи, длительность которой существенно меньше длительности полезного информационного светового потока.

Наиболее близким. к изобретению техническим решением является способ регистрации изменения светового потока, характеризующийся тем, что световой поток преобразуется с помощью

35 фотоэлемента в электрический сигнал.

Далее этот электрический сигнал измеряется и при достижении им определенного порогового уровня фиксируется измеренный сигнал s момент его пре4О вышения. Задерживается на интервал времени, пропорциональный длительности полезного информационного светового потока, вь.ходной электрический сигнал фо гоэлектронного преобразова45 теля. Суммируется ранее зафиксированный сигнал с задержанным. Измеряется суммарный сигнал и в момент достижения суммарным сигналом удвоенного значения порога срабатывания первого фиксатора формируется результирующий сигнал, который соответствует регист-, рируемому световому потоку. За счет задержки выходного сигнала фотоэлектронного преобразователя осуществляется селекция световой импульсной помехи, длительность которой меньше дли тельности полезного информационного светового потока. Это позволяет повы/

2 сить помехозащищенность регистрации изменения светового потока Р 2J.

Недостаток известного способа состоит в том, что снижается быстродействие регистрации изменения светового потока на величину времени задержки селекции помехи по минимуму ее длительности . Это обьясняется тем, что задержка регистрации изменения светового потока осуществляется на одну и ту же постоянную, заранее заданную величину времени, равную длительности полезного светового информационного потока.

Цельюизобретения является повышение быстродействия за счет сокращения времени селекции световой гармонической помехи, период изменения которой близок или совпадает с длительностью периодом следования ) полезного светового информационного по. тока.

Указанная цель изобретения достигается тем, что согласно способу, содержащему операции преобразования светового потока в электрический сигнал, фиксирования момента достижения им порогового значения, задерживания зафиксированного сигнала, суммирования зафиксированного сигнала с задержанным и формирования результирующего сигнала изменения светового потока в момент достижения суммарным сигналом удвоенного порогового значения, одновременно с задерживанием зафиксированного сигнала дифференцируют ранее полученный электрический сигнал, интегрируют дополнительный постоянный сигнал, сравнивают измеренный проинтегрированный сигнал с эталонным, прекращают задерживание первого зафиксированного сигнала, если момент изменения знака разностного сигнала опережает момент равенства ну лю продифференцированного сигнала, и уменьшают проинтегрированный сигнал до нулевого значения в каждый момент равенства нулю ранее продифференцированного сигнала.

В результате этих операций над электрическими сигналами определяются экстремальное (максимальное) значение световой гармонической помехи и момент времени, при котором этот экстремум имел место, в интервале времени превышения световым потоком порогового значения. Если момент времени достижения экстремального -значе- ния превышает половины длительности го порогового выходного элемента 12 Кроме того, выход фотоприемника 8 соединен через дифференцирующий блок 21 и нуль-орган 20 к управляющим входам интегратора 17 и коммутатора 16. К одному входу блока 18 подключен выход источника 14, а к другому — через, коммутатор 15 и интегратор 17 — выход источника 13 постоянного сигнала.

Выход порогового элемента 9 соединен с управляющим входом коммутатора 15 и с одним иэ входов сумматора 11.

Устройство работает следующим образом.

С помощью фотоприемника 8 световой поток Ф (фиг. 1), содержащий полезный импульсный поток и световую помеху, преобразуется в электрический сигнал

Е. Электрический сигнал Е измеряется по отношению к пороговому уровню срабатывания порогового элемента 9 и в момент его,превышения т.4 срабатывает пороговый элемент 9, который Фиксирует этот момент.

Выходной сигнал 7у порогового элемента 9 поступает на вход блока 10, где он задерживается на величи ну, кроме того, этот сигнал ЧФ . поступает на один из входов сумматора 11 и на управляющий вход коммутатора 15, который срабатывает и подключает источник 13 к входу интегратора 17. Интегратор начинает интегрировать свой постоянный сигнал V со скоростью, заданной его постоянной времени интегрирования и пропорциональной величине 0L . За времятфг ин- тегратор 17 наинтегрирует накопит) сигнал U, равный выходному сигналу Я источника 14, Одновременно с эадерживанием сигнала (ф и интегрированием сигнала / осуществляется с помощью блока 21 дифференцирование электрического сигнала Е, например, вида

Е И. =Eo+E t*. 1 (+

Е - амплитудное значение гармонической помехи;

Т - постоянная времени затухания световой помехи;; о- фаза гармонической помехи.

При этом определяют экстремальное (максимальное ) значение для помехи вида (1.1), т.е. находят первую производную для функции E(4) .

3 1006914 полезного светового импульсного потока, то предлагается прекращать селекцию светового потока от световой гармонической помехи и сразу же формировать результирующий сигнал изменения полезного светового потока. Это позволяет сократить время селекции и повысить тем самым скорость преобразования светового потока в электрический сигнал при наличии в световом 1О потоке гармонической световой помехи, период изменения которой близок или совпадает с длительностью полезного светового потока.

На фиг. 1 приведены эпюры сигналов, поясняющие способ регистрации изменения светового потока; на фиг. пример функциональной схемы устройства.

Устройство содержит световой поток 1, состоящий из полезного светового потока и световой помехи, электрический сигнал 2, полученный при преобразовании светового потока, где

Е р - сигнал, соответствующий уровню фиксирования фотоэлектронного преобразователя, сигнал 3, полученный при фиксировании полезного. светового ю потока, сигнал 4 (Yy), задержанный на величину ., где 1. — интервал вре.мени, пропорциональный длительности полезного информационного светового потока, дополнительный постоянный . электрический сигнал 5 ($), 6 (V„)проинтегрированный постоянный электрический сигнал V где Ч . - эта. лонный сигнал, разностный сигнал 7(V<> получаемый и ри с ра в не ни и эталонного

У и проинтегрированного п электрических сигналов; выходной сигнал

ЧВ фотоэлектронного преобразователя,4в е - точки кривой Е, где производная равна нулю, фотоприемник 8, например Фоторезистор, пороговый элемент 9, например триггер Шмитта, блок 10 временной задержки с регулиру45 емым временем задерживания, сумматор 11 на два входа, релейный пороговый элемент 12 (выходное устройство), источники 13 и 14 постоянного и эталонного сигналов соответственно, ком-50 мутаторы 15 и 16, интегратор 17, сравнивающий блок 18, нуль-органы 19 и

20, например чувствительные релейные элементы, дифференцирующий блок 21.

На Фиг. 1 показано, что выход Фо- И топриемника 8 подключен через порого. вый элемент 9, блок 10 временной задержки и сумматор 11 к входу релейно. Vc lb эт

S 1006

В ходе решения этой задачи определяют момент времени - > при котоI ром имеет место экстремум (максимум ) значения Функции Е (+)

1.XI 2- Чо)+КХ

S („7 где Ф 0,1,2,3,...,, Т -у еп.

Одновременно с задержкой фиксированного сигнала Чф интегрируют постоянный сигнал Ч, сравнивают эта1О лонный Ч, т и интегрируемый Ч1 сигналы, т.е. решается уравнение вида, Ч Мп = 0 (1.3)

Учитывая, что эталонный сигнал является постоянным ступенчатым сигна1S лом, а получаемый проинтегрированный сигнал и эталонный сигнал имеет соответствующий вид tg го

YH=J Veal (! 5) тогда выражение (1.3) примет вид

2$ ч, — - I Vcat=OI (1.6) где — масштабный коэффициент; 3р

К вЂ” коэффициент пропорциональности между М и Ч, C ; - момент времени начала ин тегрирования; -, момент времени окончания

3S интегрирования.

Операция фиксирования момента времени 1. равенства нулю, продифференцированного сигнала Е осуществляется с помощью нуль-органа 13. Сравю нение эталонного Ч ти выходного сигналов Чп интегратора 17 происходит на входах блока 18.

В процессе сравнения Ч m V> определяют моменг времени, когда выражение (1.6 ) обращается в нуль, напри4$ мер, с помощью нуль-органа 19, т.е. находят величину+ и (1.7)

Сравнивая момент времени (1.7) и (1.2 ) переходят к одной из следующих операций:

1. Если +< с 6 (Фиг.1), то прекра. щается задержка Фиксированного Ч сигнала и осуществляется .формирование выходного сигналаЧВИ1 фотоэлектронного преобразователя, причем по сравнению с известными способами время за-

914 d держки 7 меньше времени задержки Г известных способов, например, в два раза.

Техническая реализация этих операций может быть осуществлена с помощью комм татора 16 и нуль-органов 19 и

20. При срабатывании в момент времени + нуль-органа 19 коммутатор 16 отключит блок 10. Задерживание сигнала Ч прекратится, На выходе сумматора образуется, начиная с момента времени +, удвоенный суммарный сигнал, под воздействием которого сформируется (сработает выходное реле 5 ) выходной Ч сигнал фотоэлектронного преобразователя, который опережает аналогичный (показано на фиг. 1 пунктирной линией) выходной сигнал фотоэлектронного преобразователя без реализации предложенных операций.

Далее сравнение проинтегрированного и эталонного сигналов продолжается до момента времени, когда сработает нуль-орган 20.

В момент времени сигнал на выходе интегратора 17 уменьшается до нуля, а величинаЧсР становится равной постоянному эталонному сигналуY

Реализация этих операций подготавливает фотоэлектронный преобразователь к следующему очередному изменению светового потока.

2. Если - $ y (не показано), то сразу прекращается операция интегрирования сигнала Ус, и в моиент времени + на выходе интегратора сигнал уменьшается до нуля, а /.Р становится равнымЧ ат и нуль-орган 19 и коммутатор 16 не .срабатывают. При этом на выходе фотоэлектронного преобразователя не будет досрочного формирования выходного сигнала, Т.е. осуществлена прежняя селекция помехи по минимуму ее длительности с заданным прежним быстродействием.

3. Если помеха отсутствует, то практически всегда будет справедливо неравенство, что 4g>+ и, сле довательно, = W (Фиг. 1). Таким образом, при отсутствии помехи, т.е. в идеальных условиях, время задержки зафиксированного сигнала будет постоянно и равно Г, т.е. не будет отличаться от времени селекции известного способа.

4. Если помеха имеет на уровне сра. батывания Ер порогового элемента 9 длительность меньше /2, например

4 -ф.т, то в момент времени -Ь 6 равен1006914 8 ства нулю первой производной "сигнала световую помеху, период следования

E срабатывает нуль-орган 20, который которой близок или совпадает с длиобнулит интегратор 17 и отключит,ком-., тельностью полезного светового потомутатор 16 от управляющего входа бло- ка. ка 10. Блок 10 сохранит прежнюю вре- s Сокращение, например, в два раза . меннюю задержку Г . Однако это не по- времени селекции световой помехи и влияет на быстродействие фотоэлектрон- повышение тем самым соответственно ного преобразователя, так как к мо - в-два раза быстродействия фотоэлектменту. истечения временной задержки ронных преобразователей при регистра.Ф уровень помехи уменьшится и выход- Ю ции изменения светового потока доной элемент 12 не будет формировать стигается за счет нахождения экстресигнал Ч 1. мума световой помехи и изменения вреПоложительный эффект от использова- мени задержки (селекции) формирования предлагаемого изобретения состо- ния выходного сигнала в соответствии ,ит в том, что сокращается, например, t$ с очередностью появления экетремума

s два раза время селекции светового и половиной интервала времени запотока, содержащего гармоническую держки.

1006914

100691 i

Составитель А. Старостина

Редактор Л. Гоатилло Техреду Т,йаточка Корректор " дем4ик

Заказ 2121/53 Тираж 1б9 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

bio делам изобретений и открытий

113036 Иосква Ж-35 Раувская наб. д. 4/5

« ЗЗ „ „„35 „ а/5» »««„»»

Филиал ППП Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, й