Фотопараметрическое устройство для считывания информации

 

ФОТОПАРАМЕТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЧИТЫВАНИЯ ИНФОРМАЦИИ, содержащее источник света, оптически связанный с фотодетектором, выход которого соединен, с первым входом первого эЬемента согласования. Детектор, генератор импульсов, отличающ е е с я тем, что,с целью повышения надежности устройства, в него введены второй элемент согласования, фотоприемник и выпрямитель, входы которого соединены, с выходами первого элемента согласования, второй вход которого соединен с выходом детектора , вход которого соединен с первым выходом второго элемента согласования , второй выход которого соединен с входом фотодетектора, а входы соединены с выходами генератора импульсов , источник света оптически связан с фотоприемником, выходы которо§ го соединены с третьим и четвертым (О входами первогр элемента согласования , выход выпрямителя является выходом устройства.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) Ol)y G 06 К 7/14

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ .":, .. ;

К АВТОРСЯОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3323880/18-24 (22) 28.07.81 (46) 15. 04. 83. Бюл. И 14 .(72) А.В. Дутов, Н.И, Петрушин и Г.К. Афонин (71) Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом институте им. С.М. Кирова (53) 681.327.11(088.8) (56) 1 Авторское свидетельство СССР

It 395865 кл. 6 06 К 7/14, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР

It 140087, кл..G 06 К 7/14, 1961

{прототип). (54)(57) ФОТОПАРАМЕТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЧИТЫВАНИЯ ИНФОРМАЦИИ, содержащее источник света, оптически связанный с фотодетектором, выход которого соединен. с первым входом первого элемента согласования, детектор, генератор импульсов, о т л и ч а ю " щ е е с я тем, что,с целью повышения надежности устройства, в него введены второй элемент согласования, фотоприемник и выпрямитель, входы которого соединены, с выходами первого элемента согласования, второй вход которого соединен с выходом детектора, вход которого соединен с первым выходом второго элемента согласования, второй выход которого соединен с входом фотодетектора, а входы соединены с выходами генератора импульсов, источник света оптически связан с фотоприемником, выходы которого соединены с третьим и четвертым входами первого элемента согласования, выход выпрямителя является вы- . ходом устройства.

1012289

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в устройствах ввода данных с движущихся носителей, в том числе с перфорированных бумажных носителей, 5 а также для считывания текстов и штриховых кодов, записанных на любых носителях в виде оптически контрастных меток.

Известны устройства, позволяющие увеличить надежность фотоэлектрического считывания, пу;ем подключения фотоэлектрического преобразователя к . специальному генератору электрических сигналов - к генератору сигналов опроса, к тактирующему ге- нератору и т.п.

Однако указанное подключение основано на применении дополнительных активных элементов, что в свою оче-, 20 редь связано с использованием соответствующих источников питания, накладывающих дополнительные ограничения на конструкцию электрических узлов уСтройства, во-первых, и обу- 2s словливающих динамический диапазон изменения сигналов считывания, вовторых.

Известно фотодиодное считывающее устройство, в котором связь между ге- щ0 нератором сигналов опроса и фс тодиодом осуществляется посредством усилителя-ограничителя с резистивным делителем напряжения в коллекторной цепи. При этом фотодиод шунтируется конденсатором, подключенным непосредственно к базе транзисторного выходного усилителя. Устройству характерна повышенная стабильность работы при низких уровнях входного оп» 40 тического сигнала P 1).

Недостатками являются узкий динамический диапазон воспринимаемых оптических сигналов и упомянутое применение дополнительных активных эле- 4. ментов.

Наиболее близким к изобретению является устройство считывания с фотодиода, одно из немногих устройств, в которых положительный эффект дости" гается путем подключения фотодетектора к пассивному многополюснику, Это устройство содержит генератор электрических сигналов, подключенный к выходу ячейки, фотодиода, источник света и полупроводниковый диод. При этом

55 ячейка фотодиода, выполненная в виде делителя напряжения на омическом сопротивлении и сопротивлении фотодиода, соединена параллельно с дифференцирующей RC-цепочкой, к сопротивлению которой через полупроводниковый диод, подключена нагрузка...

При считывания оптической информации фотодиод в большей или меньшей степени шунтирует укаэанную дифференцирующую RC-цепочку и таким образом (в зависимости от величины воспринимаемого светового потока) оказывает большее или меньшее влияние на пере- дачу электрических сигналов от генератора к сопротивлению .нагрузки. Т.е. световой поток, воспринимаемым фотодиодом, оказывает параметрическое воздействие на коэффициент передачи энергии от генератора к нагрузке.

Достоинством устройства является его простота и надежность в работе (23.

Однако наличие в устройстве дифференцирующей цепочки приводит, во" первых, к значительным потерям мощности генератора электрических сигналов и, во-вторых, к существенным искажениям формы электрических сиг-. налов, в частности к уменьШению амплитуды выходных сигналов устройства.

Возможность существенного увеличения выходных сигналов путем значительного увеличения сигналов генератора отсутствует, так как это неизбежно приводит к увеличению тепловыделения на

RC-цепочке и, как следствие, к появлению температурной нестабильности работы устройства. Применение же до" полнительного усилителя, подключенно"

ro к выходу устройства, усложняет систему считывания, что в конечном итоге снижает ее надежность. Таким образом, применение в качестве пассивного многополюсника дифференцирующей цепочки не позволяет достаточно надежно считывать ту информацию, носителем которой является воспринимаемый устройством световой поток. Кроме того, устройство не позволяет устранить помехообразное.влияние изменений светового фона, что снижает надежность считывания и сужает область применения устройства. Область применения устройства сужена также необходимостью применения электрических проводников для связи ячеек фотодиода с генератором электрических сиг-. налов и нагрузкой. Это обусловлено тем, что для ряда применений фотоэлектрических устройств восприятия величин световых потоков, например в устройствах преобразования форм пред3 101228 ставления информации, связанных с необходимостью установки фотоприемников на движущихся (вращающихся) или внутри герметизируемых, теплоизолируемых и т.п. объемов, наличие связей выполненных посредством электрических проводников - нежелательно или даже недопустимо.

Цель изобретения - повышение надежности устройства. е

Поставленная цель достигается тем, что в фотопараметрическое,устройство для считывания информации, содержащее

ы источник света, оптически связанныи с фотодетектором, выход которого соединен с первым входом первого элемента согласования, детектор, генератор импульсов, введены второй элемент согласования, фотоприемник и вы" прямитель, входы которого соединены с выходами первого элемента согласоЮ вания, второй вход которого соединен с выходом детектора, вход которого соединен с первым выходом второго элемента согласования, второй выход которого соединен с входом фотодетектора,. а входы соединены с выходами генератора импульсов, источник света оптически связан с фотоприемником, выходы =которого соединены с третьим и четвертым входами первого элемента согласования, выход выпрямителя является выходом устройства, На чертеже изображена принципиален" ная схема устройства, 3S фотопараметрическое устроиство для считывания информации содержит генератор 1 импульсов,-первый блок 2 согласования, предназначенные для сопряжения высокоомных цепей устройст40 ва с низкоомными выходами современных генераторов, источник 3 света, плос", кость 4 движения носителя информации, фотодетектор 5, фотоприемник 6, резистор 7 детектор 8, второй элемент 9

S 45 согласования, выпрямитель 10 и выход

11 устройства.

Устройство работает следующим образом.

Генератор 1 импульсов непрерывно 50 генерирует переменное напряжение, например, в виде сигналов синусоидаль- ной Формы. При этом через второй.эле- м мент согласования 9, выполненныи, на-, ю. пример, в виде микромоцного трансфор- SS матора, осфцествляется передача переменного напряжения через детекторы 5 и 8 на входы первого элемента 2 соI

9 4 гласования (являющегося пассивным многополюсником, выполненным в виде микромощного трансформатора),. В за-. висимости от наличия или отсутствия информационной метки на пути светово " го потока, излучаемого источником 3 света и пересекающего плоскость движения носителя 4 информации, фотодетектор 5 оказывается затемненным или засвеченным. В случае, когда фо" тодетектор 5- затемнен, последовательная цепь из двух включенных встречно детекторов 5, 8 и первичной обмотки трансформатора 2 (первого элемента согласования) обладает высо" ким сопротивлением для протекания тока в обоих направлейиях и переменный сигнал на.входе выпрямителя

10, имеющего конечное входное сопротивление, незначительный. В соответ-, ствии с этим выпрямленное значение напряжения на выходной шине 11 оказы-. вается также малым.

В случае, когда фотодетектор 5 засвечен, его обратное сопротивление существенно уменьшается и в указанной последовательной цепи появляется пульсирующий ток, величина и форма.. пульсаций которого зависят не только от величины и формы переменного .напряжения на выходе генератора 1, но и от величины нагрузки трансформатора 2. Так, при соблюдении известного .условия Rн 100 К;, угол отсечки тока диода достаточно мал - 10-20 и ток, через первичную обмотку элемента согласования 2 определяется практически первой гармоникой сигнала генератора 1.

Здесь RH, — сопротивление нагрузки;

R- - сопротивление диода (в данном

1 случае детектора 8), определяемое как котангенс угла наклона его линеаризованной характеристики) . Так как для современных полупроводниковых диодов величина; R- лежит в пределах

3-10 Ом, а входное сопротивление полупроводниковых логических элементов, как правило, не меньше величины 0,5"

1 КОм, приведенное выше условие выполняется. Таким образом,.в том случае, когда фотодетектор 5 полностью засвечен, на вход выпрямителя 10 поступают переменная ЭДС от генератора

1 импульсов с амплитудой, зависящей в основном от коэффициентов передачи элементов 2 и 9 согласования. Выпрямитель 10 осуществляет преобразование переменной ЭДС, поступающей с выхо- ъ

ВНИИПИ Заказ 2768/62 Тираж 704 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

5 1012 да элемента 2 согласования в постоянное напряжение на выходной шине 11, напряЖение, пропорциональное освещен- ности фотодетектора 5. Таким образом, световой поток от источника 3 света оказывает параметрическое воздействие на изменение коэффициента передачи электрических сигналов от генератора 1 к выходной шине 11 и (в зависимости от наличия или отсутствия iÎ информационных меток в плоскости движения носителя 4), на выходной шине

11 изменяется величина выпрямленного значения ЭДС фотоэлементы фотоприемника 6 установлены таким обра- is зом, что они освещены светоаым потоком, пересекающим плоскость. 4 в зонах прилегающих к области расположения информационных меток. При этом фоновый световой поток, увеличивая пере- щ менную ЭДС, приложенную к первичной обмотке элемента 2 согласования.

Уменьшение коэффициента передачи напряжения достигается путем шунтиро- вания части тока во вторичных обмот- 2s ках. элемента 2 согласования, т.е. путем уменьшения КПД трансформации энергии (при неизменной величине входного сопротивления выпрямителя.10). С целью достижения эффекта компенсации изменений фонового светового потока посредством резистора 7 осуществляется регулирование указанного коэффи" циента передачи напряжения.

В качестве фотоэлементов фотоприемника 6 могут быть использованы любые элементы, например может быть использовано фотосопротивление. Однако применение цепочки из включенных встречно Фотодетекторов (однотипных 4 с фотодетектором 5) позволяет в известной мере решить задачу термостабилизации выходного сигнала, так как при этом термореактивному увеличению темнового тока фотодетектора 5 4 соответствует аналогичное увеличение тока Фотоэлементов фотоприемника 6.

В отличии от прототипа, предлагаемое устройство обеспечивает: воI первых, высокое значение величины

К =О Щ,где 0»- величина выходного

289 6 сигнала, соответствующая большему из двух возможных значений при считывании бинарных меток; 0о - величина выходного сигнала, соответствующая меньшему из двух его возможных значений при считывании бинарных меток, так как в случае отсутствия засветки (или.малой засветки) фотодетектора 5 величина 0 крайне мала. Во-вторых, в случае засветки фотодетектора 5 устройство обеспечивает значительную величину сигналов на выходной шине 11 - достаточную для срабатывания многих типов логических элементов, например, выполненных на ИИС серии 155, без предварительного усиления сигналов. При этом потери мощности генератора 1 оказываются незначительными.

Наличие в устройстве цепи для компенсации изменений светового фона существенно повышает его надежность по сравнению с прототипом, позволяя использовать его для считывания меток с носителей различного качества.

За счет наличия трансформаторных связей между фотодетектором 5 и нагрузкой с одной стороны и между генератором 1 импульсов и фотодетектором 5 с другой стороны устройство может быть использовано в тех случаях, когда фотопреобразователь необходимо установить на движущихся (вращающихся) объектах, а также при необходимости установки фотопреобразователя внутри герметизируемых, теплоизолируемых и т.п. объемов. Такое применение устройства обуславливается возможностью передачи в данном случае электрических сигналов, посредством магнитных полей переменной напряженности.

Кроме того, предлагаемое устройство позволяет улучшить качественные показатели восприятия информации, Сравнение ие величин К =U /(1о - по» лучаемых при считывании информации устройством и при считывании ординарными системами показало возможность увеличения этого отношения не менее чем в 2-3 раза.