Фотоэлектрический преобразователь перемещения в код

 

1. ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕИЩНИЯ В КОД, содержащий стабилизатор тока, посновных светодиодов, расположенных по одну сторону кодовой.шкалы, по другую сторону которой расположен фотодиод , зашунтированный первым резистором , одна точка соединения которых является первым выходом преобразователя , а другая соединена с шиной нулевого потенциала, усилитель, источник питания, отличающийся тем, что, с целью повьшения функциональной надежности преобразователя, в него введены инвертирующий сумматор , п контрольных светодиодов и п контрольных фотодиодов, (п-1) фотодиодов и (п-1) резисторов, стабилитрон и два дополнительных резистора,. кодовая шкапа вьшолнена многоразрядной с п информационными дорожками, .усилитель выполнен на р - п - р-транзисторе и подключенном первым выводом к его змиттерному выводу резистора, стабилизатор тока вьтолнен на п - р - птранзисторе и подключенном, первым вьтодом к его эмиттерному вьшоду резисторе , (п-1) фотодиодов размещены против соответствующих (п-1) основных светодиодов по другую сторону кодовой шкалы, анод первого основного светодиода соединен с положительной клеммой источника питания, п основных и п контрольных светодиодов соединены последовательно, катод п-го контрольного светодиода соединен с коллекторным вьтодом п -. р - пт-транзистора стабилизатора тока , катоды п контрольных фотодиодов, второй вьшод резистора усилителя, катод стабилитрона, второй вывод ре-, зистора стабилизатора тока и первый (Л вход инвертирующего сумматора соединены с шиной нулевого потенциала, аноды п контрольных фотодиодов соединены с базовым выводом р ti - р-транзистора усилителя и первым выводом первого дополнительного резистора, второй вьюод которого соединен с 00 ts9 тсоллекторным выводом р - п - р транзистора усилителя, отрицательной клемОд мой источника питания и первым выво дом второго дополнительного резистоOQ ра, второй вьтод которого соединен с вторым входом инвертирующего сумматора и анодом стабилитрона, выход инвертирующего сумматора соединен с базовым вьтодом п - р - п-транзистора стабилизатора тока, а третий вход - с первым выводом резистора усилителя , каждый из (п-1) резисторов подключен параллельно Соответствую ющему одному из (п-1) фотодиодов, аноды которых являются остальными выходами преобразователя, а катоды соединены с шиной нулевого потенцигша.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (5!)4 H 03 M 1/24

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬП ИЙ (21) 3732626/24-24 (22) 26.04.84 (46) 30.09.85. Бюл. № 36 (72) В.Д. Лебедев, Б.Е, Морщихин и В.Т. Шароватов (71) Ленинградский ордена Ленина и ордена Красного Знамени механический институт (53) 681.325(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 982052, кл. G 08 С 9/06, 1981.

Авторское свидетельство СССР № 387412, кл. G 08 С 9/06, 1970. (54)(57) 1. ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В КОД, содержащий стабилизатор тока, п основных светодиодов, расположенных по одну сторону кодовой шкалы, по другую сторону которой расположен фотодиод, зашунтированный первым резистором, одна точка соединения которых является первым выходом преобразователя, а другая соединена с шиной нулевого потенциала, усилитель, источник питания, отличающийся тем, что, с целью повышения функциональной надежности преобразователя, в него введены инвертирующий сумматор, и контрольных светодиодов и n контрольных фотодиодов, (n-1) фотодиодов и (n-1) резисторов, стабилитрон и два дополнительных резистора,, кодовая шкала выполнена многоразрядной с и информационными дорожками,, усилитель выполнен на р — n — р-транзисторе и подключенном первым выводом к его эмиттерному выводу резистора, стабилизатор тока выполнен на п — р — птранзисторе и подключенном.первьп

„„SU„„1182673 А выводом к его эмиттерному выводу резисторе,(n-1) фотодиодов размещены против соответствующих (n-1) основных светодиодов по другую сторону кодовой шкалы, анод первого основного светодиода соединен с положительной клеммой источника питания, п основных и и контрольных светодиодов соединены последовательно, катод и-го контрольного светодиода соединен с коллекторным выводом

n —, р — n-.òðàíçèñòîðà стабилизатора тОка, катоды и контрольных фотодиодов, второй вывод резистора усилителя, катод стабилитрона, второй вывод ре-. зистора стабилизатора тока и первый вход инвертирующего сумматора соединены с шиной нулевого потенциала, аноды и контрольных фотодиодов соединены с базовым выводом p — n — - p-транзистора усилителя и первым выводом первого дополнительного резистора, второй вывод которого соединен с коллекторным выводом р — n — р-тран" зистора усилителя, отрицательной клеммой источника питания и первым выводом второго дополнительного резистора, второй вывод которого соединен с вторым входом инвертирующего сумматора и анодом стабилитрона, выход инвертирующего сумматора соединен с базовым выводом п - р — п-транзистора стабилизатора тока, а третий вход — с первым выводом резистора усилителя, каждый Hs (n-1) резисторов подключен параллельно соответствующему одному из (n-1) фотодиодов, аноды которых являются остальными выходами преобразователя, а катоды соединены сшиной йулевогопотенциала.

1182673

2. Преобразователь по и. 1, о тличающийся тем, чтоинвертирующий сумматор содержит операционный усилитель и три резистора, первые выводы первого и второго резисторов являются вторым и третьим входами сумматора, прямой вход операИзобретение относится к. автомати- ке и вычислительной технике и может быть использовано для долговременной связи аналоговых источников информации, работающих в широком диапазоне изменения окружающей температуры, с цифровым вычислительным устройством.

Целью изобретения является повышение функциональной надежности преобразователя эа счет стабилизации характеристики преобразования по усредненному изменению чувствительности фотодиода и средней мощности излучения светодиода при продолжительном времени эксплуатации и широком 15 диапазоне изменения температуры окружающей среды.

На фиг. 1 представлена схема фотоэлектрического преобразователя перемещения в код; на фиг. 2 — схема 20 стабилизатора тока; на фиг. 3 схема инвертирующего сумматора.

Преобразователь содержит основные светодиоды t-1, 1-2. ..,, 1-п кодовую шкалу 2, основные фотодиоды 3-1, 25

3-2, ..., З-п, резисторы 4-1, 4-2, Ф

4-п, стабилизатор 5 тока, клем,мы 6-1, 6-2 источника питания, контрольные светодиоды 7-1, 7-2, 7-п контрольные фотодиоды 8-1, 8-2, щ

8-д, дополнительные резисторы

9 10, усилитель 11, выполненный на р — n — р-транзисторе 12 и резисторе 13, инвертирующий сумматор 14, стабилитрон 15. Стабилизатор 5 тока

35 содержит и — р — n-транзистор 16 и резистор 17. Инвертирующий сумматор

14 содержит резисторы 18-20 и опера ционный усилитель 21.

Преобразователь работает следующим образом.

При наличии напряжения на клеммах

6-1, 6-2 источника питания в цепи ционного усилителя является первым входом сумматора, выход операционного усилителя соединен с первым выводом третьего резистора и является выхо— дом сумматора,вторыевыводы первого,второго итретьего резисторов соединены синBppcFIbIM входомоперационного усилителя. (фиг, 1), образованной стабилизатором 5 тока, светодиодами 7-1, 7-2, 7-п светодиодами 1-1, 1-2, 1-п> устанавливается ток, величина которого определяется значением напряжения на входе 22 стабилизатора 5 тока (фиг. 2), а именно напряжением база — эмиттер n — р — и-транзистора 16. Резистор 17 при этом определяет значение тока через светодиоды 1-1 у 1-2р в o ° у 1- пу 7-1 у 7-2, 7-п.Ñâåòîâîé поток. светодиодов

1-1, 1-2, ..., 1-и попадает на кодовую шкалу 2, связанную с объектом перемещения, и через информационные дорожки достигает фотодиодов 3-1, 3-2, ..., З-п, Выходные сигналы фотодиодов 3-1, ..., 3-и характеризуются значениями темнового и светового токов (соответственно, в случае непопадания и попадания на них светового потока) и выделяются в виде напряжений на резисторах 4-1, 4-2, 4-п совокупность которых является выходным кодом преобразователя и позволяет судить о положении объекта перемещения.

При длительной эксплуатации светодиодов 1, 7 и фотодиодов 3, 8 крутизна характеристики преобразования снижается эа счет уменьшения чувствительности фотодиодов 3, 8 и снижения мощности излучения светодиодов

1,7, причем скорость снижения мощности излучения светодиода 1 или 7 (как излучателя) гораздо выше скорости уменьшения чувствительности фотодиода 3 или 8 (как приемника энергии). Таким образом, оценить изменение крутизны характеристики аптопреобразования можно по изменению мощности излучения светодиодов

1182673

1, 7, которая уменьшается экспоненциально при продолжительной эксплуатации весьма значительно, что приводит к существенному изменению светового сигнала фотодиодов 3,8 и нарушению работы преобразователя.

Напряжение на входе 22 стабилизатора 5 тока определяется значением выходного напряжения инвертирующего сумматора 14. Последний произ- !О водит сложение и инверсию сигналов, поступающих на входы 23 и 24 инвертирующего сумматора 14 (фиг. 3). При этом прямой вход 25 операционного усилителя 21 для обеспечения режи- 15 ма суммирования сигналов соединен с шиной нулевого потенциала °

Резисторы 18, 19 служат при этом для задания коэффициентов при слагаемых (в рассматриваемом случае для обеспечения равенства этих коэффициентов единице резисторы 18, 19 и 20 имеют одинаковые номиналы), Напряжение на входе 23 инвертирующего сумматора 14 является постоянным и определяется значением напряжения стабилизации стабилитрона 15. . Резистор 10, связывающий минусовую клемму 6-1 источника питания входом

23 инвертирующего сумматора 14, служит при этом для ограничения его входного тока.

Напряжение на входе 24 инвертирующего сумматора 14 определяется величиной сопротивления контрольных фотодиодов 8-1, 8-2, ..., 8-п, которая

35 зависит от их чувствительности и мощности излучения оптически с ними связанных контрольных светодиодов 7-1, 7-2, ..., 7-и. В преобразователе для получения усредненной характеристики преобразования при старении используется пар контрольных светодиодов 7 и фотодиодов 8.

В начале эксплуатации преобразова-45 теля подбором номинала резистора 9 на базе р — и — р-транзистора 12 де лителем, образованным резистором 9 и контрольными фотодиодами 8-1, 8-2, 8-п выставляется напряжение, удерхмвающее его в приоткрытом состоянии. Через р — n — р-транзистор 12 протекает незначительный ток и напряжение на входе 24 инвертирующего сумматора 14, равное падению напря- у жения на резисторе 13, практически равно нулю. Таким образом, напряжение на входе 22 стабилизатора 5 тока определяется только напряжением стабилизации стабилитрона 15, проинвертированного инвертирующим сумматором 14.

При продолжительной эксплуатации преобразователя мощность излучения контрольных светодиодов 7-1, 7-2, 7-п и чувствительность контрольных фотодиодов 8-1, 8-2, ..., 8-п падают, что приводит к увеличению сопротивления последних и большему открытию р — п — р-транзистора 12.

Возрастание эмиттерного тока приводит к увеличению напряжения на входе

24 инвертирующего сумматора 14, повышению напряжения на входе 22 стабилизатора 5 тока и возрастанию тока и мощности излучения светодиодов

1-1, 1-2, ..., 1-п и контрольных светодиодов 7-1, 7-2, ..., 7-п. Таким образом, при снижении крутизны характеристики преобразования, вызванной старением пары светодиодфотодиод, на входе 24 инвертирующего сумматора 14 появляется составляющая, пропорциональная этому изменению.

Она приводит к увеличению мощности излучения светодиодов и тем самым к компенсации эффекта старения указанной пары.

Воздействие изменения окружающей температуры в преобразователе оказывает незначительное влияние на изменение крутизны характеристики преобразования. Это объясняется поддержанием стабилизатором 5 тока постоянной величины тока через светодиоды

1-1 у 1-2, ° ° °, 1-пу 7-1 у 7-2, ° а ° у

7-п, сопротивление которых при изменении окружающей температуры значительно меняется, а также различием знаков температурных коэффициентов мощности излучения светодиодов 1,7 и чувствительности фотодиодов 3,8.

Кроме того, для создания особо точных схем стабилизации крутизны характеристики преобразования можно воспользоваться методом температурной стабилизации (включением одного или группы выпрямительных диодов в проводящем направлении последовательно со стабилитроном 15 и подбором соответствующего температурного изменения опорного напряжения на входе 23 инвертирующего сумматора 14 можно добиться практически полной температурной стабилизации характеристики оптопреобразования).

1182673

Составитель.Ю. Котов

Техред Ж.Кастелевич Корректор Е. Снрохман

Редактор М. Бандура

Заказ 6120/56 Тираж 871

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

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

Необходимо отметить, что если в преобразователе имеется конструктивная возможность, то следует разделить светодиоды 7-1, 7-2. .. °, 7-п и фотодиоды 8-1, 8-2, ..., 8-п прозрачной дорожкой кодовой шкалы 2, В этом случае за счет уравнения коэффициентов уменьшения светового потока светодиодов 1-1, 1-2, 1-п и светодиодов 7-1, 7-2, 7-п появится возможность компенсировать с помощью той же схемы компенсации эффекта старения изменение пропускающей способности кодовой шкалы 2 в процессе эксплуатации (затемнение,запотевание стеклаи т.д.1