Фотодатчик
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
„„Ы2„„1640548 А1 (st)s G 01 В 21/00
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР :. ., "- — -", ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
-Уп 2 +Оп 2 (21) 4679357!28 (22) 18.04.89 (46) 07.04.91. Бюл. М 13 (71) Пермский государственный университет им. А. M. Горького (72) Г, А. Новиньков (53) 537,7(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР hL 1401551, кл. Н 03 В 17/00, G 01 В 11/00, 1988, (54) ФОТОДАТЧИК (57) Изобретение относится к контрольноизмерительной и сигнальной технике, Целью изобретения является расширение функциональных возможностей фотодатчика за счет введения второго канала оптической обратной связи с повышенным напряжением питания фотодиода. Фотодатчик содержит два независимых канала оптической обратной связи, каждый из которых содержит фотодиод 1 (5), транзисторный усилитель тока со светодиодом 12 (15) в змиттерной цепи, компаратор 3 (7) и диодную цепь обратной связи. Коммутация кана- лов осуществляется RS-триггером 9. Каждый канал является независимым преобразователем величины потока излучения 80 временной интервал, что позволяет Ncпользовать их параллельно для контроля за одним объектом, раздельно — для контроля за двумя, а также как дифференциальный датчик. 2 ил. 1640548 Изобретение относится к контрольно" измерительной и сигнальной технике. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей фотодатчика за счет введения второго канала оптической обратной связи с повышенным напряжением питания фотодиода. На фиг, 1 приведена электрическая схема фотодатчика; на фиг, 2 — временные диаграммы его работы, Фотодатчик содержит фотодиод 1, анод которого соединен с первым выводом нагрузочного резистора 2, входом компаратора 3 и анодом диода 4 цепи обратной связи первого канала, фотодиод 5, анод которого соединен с первым выводом нагруэочного резистора 6, входом компаратора 7 и анодом диода 8 цепи обратной связи второго канала, RS-триггер 9, S-вход которого соединен с выходом компаратора 3, à R-вход соединен с выходом 5 компаратора 7, транзистор 10, база которого соединена с инверсным выходом Qтриггера 9,,а эмиттер транзистора 10 соединен с катодом диода 4 и резистором 11, второй вывод резистора 11 соединен с анодом светодиода 12; образующим совместно с фотодиодом 1 первый канал оптической обратной связи; транзистор 13, база которого соединена с прямым выходом Q триггера 9, а эмиттер транзистора 13 соединен с катодом диода 8 и резистором 14, второй вывод резистора 14 соединен с анодом светодиода 15, образующим с фотодиодом 5 второй канал оптической обратной связи; минусовая шина — ОП1 первого источника (не показан) компараторов 3 и 7 и триггера 9 соединена с вторыми выводами резисторов 2 и 6 и катодами светодиодов 12 и 15, а плюсовая шина +ОП2 этого источника соединена с коллекторами транзисторов 10 и 13; минусовая шина — U 2 второго источника питания (не показана) соединена с плюСОВОЙ ШИНОЙ +Ол1 ПЕРВОГО ИСтОЧНИКа питания, а плюсовая шина+Оп2 соединена с катодами фотодиодов1 и 5, выходами фотодатчика являются эмиттерные цепи транзисторов 10 и 13. При подаче питающих напряжений триггер 9 устанавливается в одно из устойчивых состояний. Предполагают,что триггер установился в нулевое состояние, которому соответствует нулевой сигнал на прямом выходе Q и единичный сигнал на инверсном выходе Q. Это состояние принимают за исходное. В этом состоянии- момент времени t0 на фиг. 2 — единичным сигналом с выхода Q триггера 9 открыт транзистор 10, на выходе "Вых 1" фотодатчика генерируется единичный сигнал, светодиод 12 включен, диод 4 заперт, ток Iyi фотодиода 1 равен нулю, 30 40 50 25 входное О хз и выходное Ue»z напряжения компаратора 3 — нулевые, выходное напряжение Us x2 нулевое, транзистор 13 и светодиод 15 выключены, входное Овхт и выходное Овыхт напряжения компаратора 7 нулевые. Фотодатчик работает следующим образом. В момент времени появляется и нарастает фототок !ф1 фотодиода 1, протекающий по резистору 2. В результате нарастает и напряжение О хз на входе компаратора 3. При достижении порогового включающего напряжения Овхзвкл компаратор 3 включается — момент времени 11 на фиг. 2. Единичным напряжением UBbIx3 по входу S триггер 9 переключается в единичное состояние — в результате напряжение UQ на выходе Q триггера 9 становится нулевым, выключаются транзистор 10 и светодиод 12, включается диод 4, и фотодиодная цепь шунтируется низкоомной выходной цепью транзистора 10, что приводит к быстрому восстановлению фотодиодной цепи к приему следующего светового импульса и быстрому спаду напряжения Овхз на входе и Овцхз на выходе компаратора 3 до нуля, и триггер 9 оказывается быстро подготовлен для управления по входу R, выходное напряжение на "Вых.1" в момент времени t1 становится равным нулю — процесс формирования импульса на первом выходе закончен; появляется единичное напряжение на выходе Q триггера 9, открывается транзистор 13 и включается светодиод 15, появляется и нарастает фототок i "Вых.2" показан для большей величины потока излучения по сравнению с потоком первого канала, поэтому вследствие большей скорости нарастания фототока iyg no сравнению со скоростью нарастания фототока 1ф1 длительность импульса tvMn2=t2 t1i сформированного во втором канале, оказыВаЕтСЯ КОРОЧЕ ДЛИтЕЛЬНОСтИ 1имп1=11-1О, сформированного в первом канале. На выходах компараторов 3 и 7 формируются импульсы значительной длительности — это объясняется гистерезисом компараторов. 1640548 Из временных диаграмм видно, что длительность генерируемых импульсов зависит от скорости нарастания фототоков iyt u ling и пороговых значений входных напряжений Uex3 вкл и Uex7 вкл компараторов 3 и 7. При частичном перекрытии потока излучения, например, светодиода 12, скорость нарастания фототока 1ф1 фотодиода 1 падает, что приводит к увеличению длительности импульса, который генерируется на выходе "Вых.1" — интервал времени t2 — тз на фиг. 2. При изменении потока излучения в первом канале оптической обратной связи изменения длительности импульса, генерируемого на "Вых.2", или что то же самое, длительности паузы между импульсами на "Вых.1", не происходит, т. е. информация о величине потока излучения.в первом оптическом канале содержится в импульсе на "Вых.1" и в паузе на "Вых.2" фотодатчика. В том случае, если величина потока излучения в каком-то канале, например, во втором, снизилась настолько, что даже установившееся значение фототока !фв оказывается недостаточным, чтобы создать на входе компаратора 7 напряжение, равное пороговому, включения компаратора 7 не происходит, не происходит и переключения триггера 9 по R-входу. При этом генерация срывается и на выходе "Вых.2" генерируется постоянное напряжение — фиг. 2 после момента времени тз. Понизив пороговое значение напряжения 0вх7 вкл компаратора 7 (a интегральных компараторах возможность регулировки этого напряжения предусмотрена), можно восстановить генерацию фотодатчика, расширив таким образом его рабочий диапазон изменений потока излучения в нижнюю сторону. Если оба оптических канала фотодатчика используются для контроля, например, оптической прозрачности одной и той же среды, то изменение коэффициента поглощения этой среды вызывает пропорциональное изменение периода генерируемого сигнала, так как одинаково изменяется длительность импульсов на обоих выходах— фотодатчик в этом случае работает как преобразователь коэффициента поглощения в период генерируемого сигнала. При необходимости иметь сигнал о достижении коэффициентом поглощения контролируемой среды некоторого конкретного значения достаточно предварительно установить порог срыва генерации в одном (любом) из каналов фотодатчика регулировкой порога срабатывания компаратора. Так как длительность генерируемых импульсов зависит только от величины потока излучения в этом же оптическом канале, а 10 рекрытия потока, например, в первом 20 канале, и уменьшение перекрытия потока во втором канале. В этом случае увеличивается 35 зистор, светодиод, источник питания, 40 минусовая шина которого соединена с одним из выводов нагрузочного резистора, - первым и вторым компараторами, первым и вторым диодами, аноды которых соединены 55 соответственно с входами первого и второго 50 длительность вузы между импульсами на этом же выходе зависит только от величины потока излучения в другом оптическом канале, то с помощью фотодатчика можно одновременно преобразовывать во временные интервалы два независимых потока излучения первого и второго каналов. При этом информация о величине одного из этих потоков содержится в длительности импульса, а другого — в длительности паузы этого же сигнала. Фотодатчик может также использоваться как дифференциальный, например, при контроле положения протягиваемой непрозрачной ленты, частично перекрывающей потоки излучения в обоих оптических каналах так, что при ее смещении от заданного положения происходит увеличение педлительность импульса t«< и уменьшается длительность паузы t> генерируемого сигнала на "Вых.1", а частота сигнала остается неизменной, таким образом информация о положении ленты содержит в отношении тумп . Одновременно по изменению частотп ты генерируемого сигнала можно контролировать и ширину ленты, например при ее сужении уменьшается степень перекрытия обоих потоков, что приводит к увеличению частоты генерируемого сигнала, Формула изобретения Фотодатчик для измерения параметров оптически прозрачных сред, содержащий фотодиод, нагрузочный резистор, RS-.òðèãгер, транзистор, токостабилизирующий редругой вывод нагрузочного резистора соединен с анодом фотодиода, база транзистора соединена с инверсным выходом RS-триггера, а эмиттер соединен с выводом токоетабилизирующего резистора, о т л и1 ч а ю шийся, тем, что, с целью повышения информативности, он снабжен вторым фотодиодом, вторым нагрузочным резистором, вторым транзистором, вторым токостабилизирующим резистором, вторым светодиодом, вторым источником питания, компараторов, а катоды соединены соответственно с эмиттерами первого и второго транзисторов, база второго транзистора соединена с прямым входол1 RS-триггера, а 1640548 8) дание.2. Составитель В.Шабанова Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Т. Малец Редактор Е,Папп Заказ 1013 Тираж 385 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 змиттер соединен с выводом токостабилизирующего резистора, катод второго светодиода соединен с катодом первого светодиода и с минусовой шиной первого источника питания, анод второго светодиода соединен с вторым выводом второго токостабилизирующего резистора, анод первого светодиода соединен с вторым выводом первого токостабилизирующего резистора, минусовая шина второго источника питания соединена с плюсовой шиной первого источника питания и с коллекторами транзисторов, а плюсовая шина второго ис5 точника питания соединена с катодами фотодиодов, выходы компараторов соединены соответственно с S- u R-входами RS-триггера, а змиттерные цепи транзисторов являются выходами фотодатчика.
