Фотодатчик

 

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике. Целью изобретения является расширение области применения за счет повышения помехоустойчивости путем снижения его вослрйимчивости к посторонним источникам засветки . Помехоустойчивость обеспечивается снабжением датчика преобразователем ток - напряжение, модулятором и токоограничивающим резистором. Благодаря наличию резистора 1 источник излучения 2 выдает модулированный поток излучения. Поэтому выходной сигнал приемника излучения 3, изменившись в преобразователе 4 ток-напряжение и пройдя усилитель 5, поступает на модулятор бис помощью формирователя импульсов 7 и фильтра нижних частот 8 преобразуется так, что среднее значение сигнала от сторонних источников засветки равно нулю, а среднее значение полезного сигнала отлично от нуля. 2 ил,

COlO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУ&ЛИК (я)5 G 01 В 21/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ исаичи

К. ASTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4870787/28 (22) 02 10.90 (46) 23.02.93. Бюл. № 7

{71) Гомельский политехнический институт (72) В.А.Карпов. E.A,Àêñåíêèí и О.И.Палий (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1160257, кл, 6 01 В 11/00, 1983, Механизация и автоматизация промышленности; 1985, ¹ 11. с.21-22. (54) ФОТОДАТЧИК (57) Изобретение относится к контрольноизмерительной технике, Целью изобретения является расширение области применейия за счет повышения помехоустойчивости путем снижения его восприИзобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано в качестве средства получения контрольной информации при автоматизации различного рода технологических процессов, в частности, при обработке материалов давлением, в обрабатывающей промышленности, металлургическом производстве, при производстве иэделий из пластмассы, .

Известны фотодатчики, содержащие приемник излучения, усилитель, частотозависимую цепь, выпрямитель, пороговый элемент, источник излучения, Перечисленные элементы образуют цепь положительной обратной связи, замыкающуюся через оптический канал. Если последний открыт, то в фотодатчике возникают колебания, при наличии же в оптическом кайале непрозрачного предмета — колебания затухают. Недостатком подобных устройств являешься значительная сложность, и недостаточная помехозащищенность, обусловленная влия,5ЦÄÄ 1796899 А1 имчивости к посторонним источникам засветки. Помехоустойчивость обеспечивается снабжением датчика преобразователем ток - напряжение, модулятором и токоограничивающим резиСтором. Благодаря наличию резистора 1 источник излучения 2 выдает модулированный поток излучения.

Поэтому выходной сигнал приемника излучения 3, изменившись в преобразователе 4 ток-напряжение и пройдя усилитель 5, поступает на модулятор 6 и с помощью формирователя импульсов 7 и фильтра нижних частот 8 преобразуется так, что среднее значение сигнала от сторонних источников эасветки равно нулю, а среднее значение полезного сигнала отлично от нуля, 2 ил, нием сторонних источников засветки, которые могут привести к возникновению колебаний при закрытом световом канале.

В реальных условиях эксплуатации фотодатчиков суммарный световой поток, воспринимаемый приемником излучения, определяется не только импульсами от источника излучения, но и световыми помехами, обусловленными сторонними источниками засветки. Среди таких источников наиболее существенными являются солнечный свет, создающий постоянный, мадленно меняющийся уровень светового потока; осветительные приборы накаливания, создающие постоянную и переменную составляющие светового потока, (Частота переменной составляющей у источников этого вида имеет удвоенное значение по отношению к питающему прибору напряжению); гаэоразрядные лампы, создающие постоянную и переменную составляющие.

Причем у источников этого вида переменная составляющая имеет крайне высокий

1796899 процент содержания нечетных гармоник, а значение частоты первой гармоники имеет так же удвоенное значение по отношению к питающему напряжению.

Восприимчивость к помехам существенно ограничивает область применения извес ного фотодатчика. При этом помеховая обстановка осложняется тем, что пита- ющее (сетевое) напряжение изменяется как по амплитуде, так и по частоте и содержанию высших гармоник, Наиболее близким K заявляемому по технической сущности и достигаемому эффекту является фотодатчик, содержащий генератор, выход которого через формирователь и усилитель мощности соединен со входом источника излучения, последовательно соединенные приемник излучения, фильтр верхних частот, усилитель, выпрямитель, фильтр нижних частот и 20 пороговый элемент, Основным недостатком известного фотодатчика так же является ограниченная область применения, обусловленная низкой помехоустойчивостью, которая связана с тем, что фильтр верхних частот пропускает высокочастотные составляющие от сторонних источников засветки, Целью изобретения является повышение помехоустойчивости и, тем самым, расширение областей применения фотодатчика.

Поставленная цель достигается тем, что в известный фотодатчик, содержащий источник излучения, приемник излучения, уси- 85 литель, формирователь импульсов и фильтр нижних частот, согласно изобретению введены токоограничивающий резистор связи входа источника излучения с шиной питающего сетевого переменного напряжения, 40 преобразователь ток-напряжение и модулятор, выход модулятора соединен со входом фильтра нижних частот, его управляющий вход соединен с выходом формирователя импульсов, вход соединен с выходом усили- 45 теля. а выход приемника излучения соединен со входом усилителя через преобразователь ток-напряжение, формирователь импульсов выполнен с входом связи с шиной питающего сетевого 5О переменного напряжения.

Сущность изобретения, таким образом, состоит в том, что гармонические составляющие всех мешающих источников засветки имеют четные, по отношению к питающей 55 сети, номера гармоник, а алгоритм работы построен таким образом (путем введения модулятора и использования фильтра нижних частот, что среднее значение сигнала от их действия равно нулю, равно как и от постоянного фона засветки. Среднее же значение от полезного сигнала отлично от нуля, На фиг.1 представлена функциональная схема заявляемого фотодатчика; на фиг.2— временные диаграммы, поясняющие преобразование сигналов в фотодатчике..а — временная диаграмма полезного потока излучения 5(t) на выходе источника излучения 2; б — временная диаграмма сторонних источников излучения,,,Фактор(т), где гост†постбянный уровень засветки (для упрощения представлена только вторая гармоника, по отношению к питающей сети, имеющей период T); в — временная диаграмма напряжения на выходе усилителя 5 — Ug(t); г— временная диаграмма управляющего напряжения на выходе формирователя импульсов

7 — Uz(t); д — временная диаграмма выходного напряжения модулятора 6 — Us(t); е— временная диаграмма выходного напряжения фильтра постоянной составляющей 8—

Ue(t)

Фотодатчик содержит токоограни .чивающий резистор 2 последовательно.соединенный с источником 2 излучения, последовательно соединенные приемник излучения 3, преобразователь 4 ток-напряжение, усилитель 5 и модулятор 6, формирователь импульсов 7, выход которого соединен с управляющим входом модулятора 6, выход которого соединен со входом фильтра 8 нижних частот, вход формирователя 7 импульсов и вывод токоограничивающего резистора 1 соединены с шиной питающего сетевого переменного напряжения.

Фотодатчик работает следующим образом. — Источник 2 излучения, питаемый через токоограничивающий резистор 1 от шины сетевого переменного напряжения, выдает модулированный поток излучения, форма которого представлена на временной диаграмме фиг.2а, и описывается следующим выражением: > () j Ф аахsiANt,приtС(ОТ/2) О,приtC(T/2, T) где 42 (t) — поток, формируемый источником

2 излучения, Ф2п1ах амплитуда потока Ф (1);

N — частота питающей сети, Приемник 3 излучения воспринимает как поток Ф (с), так и поток, обусловленный сторонней засветкой %»p, который имеет вид (фиг.2б), 1796899 и

t< стор(1) = Фтост + g Фп1 Sin (2 I В t + P ).

I =1 где Ф тост — поток, обусловленный постоянHblM уровнем засветки;

l — номер гармонической составляющей суммарного периодического потока;

p — начальная фаза i-й гармонической составляющей;

Фщ1 — амплитуда l-й составляющей

Фстор(С).

Как было указано выше, все гармонические составляющие, обусловленные сторонними источниками засветки, являются четными по отношению к частоте питающего напряжения {в последней формуле перед устоит множитель 2). На фиг,2б для простоты дана картинка для l = 1.

Выходной ток приемника 3 излучения преобразуется в напряжение в преобразователе 4-ток-напряжение, которое усиливается при помощи усилителя 5. В результате на входе модулятора 6 будет присутствовать следующее напряжение:

05(t) =K3 К К (+(t)+ Ф„.„(т)), где Кз, К4, К5 — коэффициенты соответственно приемника 3 излучения, преобразователя 4 ток-напряжение и усилителя 5 {см. фиг.2 в).

Напряжение на выходе формирователя импульсов 7, 07(т) представлено на фиг,2г, Данное напряжение формируется от питающего сетевого, причем в моменты прохождения через ноль которого происходит смена полярности напряжения Оф).

Модулятор 6 работает следующим образом, В интервале времени (0, T/2), когда выходное напряжение формирователя 7 импульсов положительной полярности, коэффициент передачи модулятора 6 равен

1, B интервале времени (T/2, T) его коэффициент передачи равен — 1.

Таким образом на входе фильтра 8 нижних частот подается напряжение:

t 6 (О, Т/2) 05 (t) = +Кз К4 . К х

Х (Ф2 (т) + Фсто р (t)):

С (Т/2, Т) 06 (t) = КЗ K4 K5 (lcrnp(t))

Фильтр 8 нижних частот производит осреднение выходного напряжения модулятора 6. Его выходное напряжение будет иметь

5 вид; т

Оа = — f (05 (х) + 05 (t)l бт =

Т

1 т

Т Кз К4 К5 %т / в!п0> t от =

10 О

%т Кз К4 К5

Л

Как видно иэ последнего выражения выходное напряжение Ов фильтра 8 нижних частот пропорционально только световому потоку от источника 2 излучения.

Среднее же напряжение, обусловленное сторонними источниками излучения равно нулю,.

Таким образом достигается повышение помехоустойчивости фотодатчика и, как следствие, расширяются области его использования как средства контроля при осуществлении различных технологических процессов.

Формула изобретения

Фотодатчик, содержащий источник излучения, приемник излучения, усилитель, 3Q формирователь импульсов и фильтр нижних частот, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения за счет повышения помехоустойчивости, в него введены токоограниьчтвающий резистор

35 связи входа источника излучения с шиной питающего сетевого переменного напряжения, преобразователь ток-напряжение и модулятор, выход модулятора соединен с входом фильтра нижних частот, его управля4р. ющий вход соединен с выходом формирователя импульсов, вход соединен с выходом усилителя, а выход приемника излучения соединен с входом усилителя через преобразователь ток-напряжение, формирователь импульсов выполнен с входом связи с шиной питающего сетевого переменного напряжения, 1796899.Мвчаю у

Составитель Е. Аксенкин

Техред М.Моргентал Корректор С. Шекмар

Редактор Т. Иванова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 643 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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