Адаптивное фотоэлектрическое устройство контроля прохождения метки

Изобретение относится к устройствам контроля перемещения объектов. Адаптивное фотоэлектрическое устройство контроля прохождения метки содержит источник света, первый и второй фотоэлектрические элементы, выходы которых соединены через соответственно первый и второй резисторы с общей шиной, а также компаратор, выход которого является выходом устройства. Первый и второй фотоэлектрические элементы расположены в одной плоскости с меткой, а выходы первого и второго фотоэлектрических элементов соединены через соответственно третий и четвертый резисторы с инверсным и прямым входами компаратора, которые через соответственно пятый и шестой резисторы соединены с общей шиной и первыми выводами седьмого и восьмого резисторов, вторые выводы которых соединены с общей шиной и выходом компаратора. Технический результат заключается в обеспечении надежной фиксации прохождения метки в широком диапазоне соотношений скоростей перемещения, соотношений геометрических размеров метки и промежутков между ними, а также в широком диапазоне уровней внешней фоновой подсветки и соотношений контрастности метки и поверхности объекта, что позволяет расширить область применения и повысить достоверность функционирования. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к устройствам контроля перемещения объектов с использованием отраженного света относительно контрастной метки, нанесенной на объект. Устройство может быть использовано в бесконтактных средствах контроля линейных или угловых перемещений, например для контроля скорости вращения в условиях различного внешнего освещения.

Известно фотоэлектрическое устройство контроля, содержащее светоизлучающий элемент, фотоэлектрический элемент, первый вывод которого соединен с шиной питания, а второй соединен через первый резистор с общей шиной и с прямым входом компаратора и через второй резистор с инверсным входом компаратора, который через третий и четвертый резисторы соединен с шиной питания и с общей шиной, которая через конденсатор с инверсным входом компаратора, выход которого является выходом устройства [Robert J. Widla. Precision IC Comparator Runs from +5V Logic Supply Introduction. National Semiconductor. Application Note 41, October 1970, fig. 7, page 4].

Данное техническое решение имеет ограниченную область применения, поскольку порог срабатывания компаратора зависит только от среднего уровня освещения, который может сильно меняться как от величины внешнего светового фона, так и от величины светового потока светоизлучающего элемента, скважности световых импульсов, связанных с прохождением метки, и величины контрастности отражающей поверхности объекта и метки (окружающих элементов на оптическом пути от светоизлучающего элемента к фотоэлектрическому элементу).

Известно фотоэлектрическое устройство контроля, содержащее светоизлучающий элемент, фотоэлектрический элемент, выход которого через усилитель и детектор соединен с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с шиной опорного сигнала, а выход компаратора является выходом устройства [Patent US 4327362, НКИ 340/347, МКИ G08C 19/36, приор. 23.10.1978, опубл. 27.04.1982].

Недостатком этого устройства является ограниченная область применения и относительно низкая достоверность функционирования, поскольку на работоспособность устройства значительное воздействие оказывает соотношение контрастностей и размеров контролируемого объекта и метки, а также условия внешнего освещения.

Известно фотоэлектрическое устройство контроля, содержащее светоизлучающий элемент, фотоэлектрический элемент, выход которого соединен через первый резистор с общей шиной и через первый конденсатор с инверсным входом компаратора, выход которого является выходом устройства, а прямой вход компаратора соединен с шиной порогового сигнала [Patent US 3924253, НКИ: 340/258, МКИ: G08B 13/18, приор. 16.01.1974, опуб. 02.12.1975].

Недостатком этого устройства является ограниченная область применения и относительно низкая достоверность функционирования, поскольку на работоспособность устройства значительное воздействие оказывает соотношение контрастностей и размеров контролируемого объекта и метки, а также условия внешнего освещения, так как конденсатор, хотя и снижает влияние постоянного смещения в зависимости от светоотражающих свойств объекта, необходимо вручную регулировать величину порогового сигнала, а чувствительность фотоэлектрического элемента зависит от уровня внешнего освещения.

Известно фотоэлектрическое устройство контроля, содержащее светоизлучающий элемент, фотоэлектрический элемент, выход которого соединен через RC цепь и первый резистор с шиной питания и прямым входом компаратора, инверсный вход которого соединен с выходом делителя на резисторах задания порогового уровня [Patent US 5241306, fig. 4, НКИ: 340/870, МКИ: G08C 19/16, приор. 06.08.1991, опубл. 31.08.1993].

Недостатком этого устройства является ограниченная область применения и относительно низкая достоверность функционирования, поскольку на работоспособность устройства значительное воздействие оказывает соотношение контрастностей и размеров контролируемого объекта и метки, а также условия внешнего освещения.

Известно адаптивное фотоэлектрическое устройство контроля прохождения метки, содержащее источник света, первый и второй фотоэлектрические элементы, выходы которых соединены через соответственно первый и второй резисторы с общей шиной, а также компаратор, выход которого является выходом устройства [Patent US 5877615, НКИ 323/313, МКИ G05F 3/16, приор. 06.11.1997, опубл. 02.03.1999, Fig. 6].

Недостатком этого устройства, которое наиболее близко к предложенному по своему функционированию и конструктивным признакам и выбрано в качестве прототипа, является относительно низкая его достоверность функционирования. Действительно, в этом устройстве узлы выборки минимального и максимального значений соединены последовательно и управляются общим сигналом выборки и хранения, зависящим от результата сравнения текущего значения входного сигнала и только одного из хранимых значений, что позволяет выделить только соседние минимум и максимум. Поскольку скорость перемещения объекта с меткой может меняться в значительных пределах, а световой поток имеет флуктуации, возможно появление ложных локальных минимумов и максимумов, особенно при пересечении световым лучом области границы метки. Для таких локальных минимумов и максимумов, с незначительным перепадам значений, будет формироваться некорректное значение порога, что приведет к недостоверному функционированию всего устройства.

Предлагаемое техническое решение направлено на обеспечение надежной фиксации прохождения метки в широком диапазоне соотношений скоростей перемещения, соотношений геометрических размеров метки и промежутков между ними, а также в широком диапазоне уровней внешней фоновой подсветки и соотношений контрастности метки и поверхности объекта, что позволяет расширить область применения и повысить достоверность функционирования.

Получение указанного технического результата обеспечивается тем, что в адаптивном фотоэлектрическом устройстве контроля прохождения метки, содержащем источник света, первый и второй фотоэлектрические элементы, выходы которых соединены через соответственно первый и второй резисторы с общей шиной, а также компаратор, выход которого является выходом устройства, первый и второй фотоэлектрические элементы расположены в одной плоскости с меткой, а выходы первого и второго фотоэлектрических элементов соединены через соответственно третий и четвертый резисторы с инверсным и прямым входами компаратора, которые через соответственно пятый и шестой резисторы соединены с общей шиной и первыми выводами седьмого и восьмого резисторов, вторые выводы которых соединены с общей шиной и выходом компаратора.

Другое отличие состоит в том, что в адаптивном фотоэлектрическом устройстве контроля прохождения метки первый и второй фотоэлектрические элементы выполнены в виде фототранзисторов, коллекторы которых соединены с шиной питания, а эмиттеры являются выходами фотоэлектрических элементов.

Другое отличие состоит в том, что в адаптивном фотоэлектрическом устройстве контроля прохождения метки первый и второй фотоэлектрические элементы выполнены в виде фотодиодов, катоды которых соединены с шиной питания, а аноды являются выходами фотоэлектрических элементов.

Другое отличие состоит в том, что в адаптивном фотоэлектрическом устройстве контроля прохождения метки первый и второй фотоэлектрические элементы выполнены в виде дифференциальной фотодиодной пары, катоды которых объединены и соединены с шиной питания, а аноды являются выходами первого и второго фотоэлектрических элементов.

Другое отличие состоит в том, что в адаптивном фотоэлектрическом устройстве контроля прохождения метки первый и второй фотоэлектрические элементы выполнены в виде дифференциальной фототранзисторной пары, коллекторы которых объединены и соединены с шиной питания, а эмиттеры являются выходами первого и второго фотоэлектрических элементов.

Предлагаемое решение поясняется фиг. 1-4.

На фиг. 1 приведен пример структурной схемы устройства.

На фиг. 2-4 приведены примеры других вариантов схем выполнения фотоэлектрических элементов и узлов устройства.

Адаптивное фотоэлектрическое устройство контроля прохождения метки 1 в виде контрастной области на движущемся объекте 2, например на валу, содержит источник света 3, первый 4 и второй 5 фотоэлектрические элементы, выходы которых соединены через соответственно первый 6 и второй 7 резисторы с общей шиной 8, а также компаратор 9, выход которого является выходом 10 устройства. Первый 4 и второй 5 фотоэлектрические элементы расположены в одной плоскости с меткой 1, а выходы первого 4 и второго 5 фотоэлектрических элементов соединены через соответственно третий 11 и четвертый 12 резисторы с инверсным и прямым входами компаратора 9, которые через соответственно пятый 13 и шестой 14 резисторы соединены с общей шиной 8 и первыми выводами седьмого 15 и восьмого 16 резисторов, вторые выводы которых соединены с общей шиной 8 и выходом компаратора 9.

Первый 4 и второй 5 фотоэлектрические элементы, как показано на фиг. 1, выполнены в виде фототранзисторов 17 и 18, коллекторы которых соединены с шиной питания 19, а эмиттеры являются выходами фотоэлектрических элементов 4 и 5.

Первый 4 и второй 5 фотоэлектрические элементы, как показано на фиг. 2, могут быть выполнены в виде фотодиодов 20 (21), катоды которых соединены с шиной питания 19, а аноды являются выходами фотоэлектрических элементов 4 (5).

Первый 4 и второй 5 фотоэлектрические элементы, как показано на фиг. 3, могут быть объединены и выполнены в виде дифференциальной фотодиодной пары 22, катоды которых объединены и соединены с шиной питания 19, а аноды являются выходами первого и второго фотоэлектрических элементов 4 и 5.

Первый 4 и второй 5 фотоэлектрические элементы, как показано на фиг. 4, могут быть объединены и выполнены в виде дифференциальной фототранзисторной пары 23, коллекторы которых объединены и соединены с шиной питания 19, а эмиттеры являются выходами первого и второго фотоэлектрических элементов 4 и 5.

Устройство работает следующим образом.

Резисторы 16 и 15 выполняют функцию делителя напряжения для выходного сигнала компаратора 9. Резистор 14 с выхода этого делителя подает часть выходного напряжения компаратора 9 на его прямой вход, обеспечивает наличие гистерезиса. Если отраженные от метки 1 или от поверхности тела 2 световые потоки, состоящие как из внешнего освещения, так и от света от источника 3, приблизительно одинаковые, фотоэлектрические элементы 4 и 5 формируют близкие по величине сигналы, поступающие на инверсный и прямой входы компаратора 9, состояние которого и-за наличия гистерезиса не изменяется.

Состояние компаратора изменяется при прохождении края метки через луч от элемента 3.

Если метка 1 имеет более высокую отражающую способность, чем поверхность тела 2, и движется, например, вниз мимо устройства, как показано на чертеже, то при приближении метки 1 первоначально будет освещен фотоэлектрический элемент 4, на выходе которого формируется сигнал, устанавливающий компаратор 9 по выходу в нулевое состояние, которое сохраняется во время прохождения метки. Когда мимо устройства проходит другой край метки, фотоэлектрический элемент 4 менее освещен, а фотоэлектрический элемент 5 открыт и разность сигналов вызывает переключение компаратора в единичное состояние.

Таким образом, в рассматриваемом случае прохождение метки фиксируется как нулевой логический сигнал на выходе компаратора. Если метка движется в обратном направлении, ее прохождение фиксируется как единичный логический сигнал на выходе компаратора. Таким образом, не только обеспечивается обнаружение прохождения метки, но и по длительностям сигналов можно оценить направление движения метки, если протяженности метки и интервалов между ними не одинаковы.

Поскольку предлагаемое устройство реагирует не на сам уровень сигналов от фотоэлектрических элементов 4 и 5, а на их разность, устройство малочувствительно к уровню внешней засветки и соотношению такой засветки и яркости собственного источника 3.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает расширение области применения и функциональных возможностей, а также достоверности функционирования в условиях разного внешнего освещения.

1. Адаптивное фотоэлектрическое устройство контроля прохождения метки, содержащее источник света, первый и второй фотоэлектрические элементы, выходы которых соединены через соответственно первый и второй резисторы с общей шиной, а также компаратор, выход которого является выходом устройства, отличающееся тем, что первый и второй фотоэлектрические элементы расположены в одной плоскости с меткой, а выходы первого и второго фотоэлектрических элементов соединены через соответственно третий и четвертый резисторы с инверсным и прямым входами компаратора, которые через соответственно пятый и шестой резисторы соединены с общей шиной и первыми выводами седьмого и восьмого резисторов, вторые выводы которых соединены с общей шиной и выходом компаратора.

2. Адаптивное фотоэлектрическое устройство контроля прохождения метки по п. 1, отличающееся тем, что первый и второй фотоэлектрические элементы выполнены в виде фототранзисторов, коллекторы которых соединены с шиной питания, а эмиттеры являются выходами фотоэлектрических элементов.

3. Адаптивное фотоэлектрическое устройство контроля прохождения метки по п. 1, отличающееся тем, что первый и второй фотоэлектрические элементы выполнены в виде фотодиодов, катоды которых соединены с шиной питания, а аноды являются выходами фотоэлектрических элементов.

4. Адаптивное фотоэлектрическое устройство контроля прохождения метки по п. 1, отличающееся тем, что первый и второй фотоэлектрические элементы выполнены в виде дифференциальной фотодиодной пары, катоды которых объединены и соединены с шиной питания, а аноды являются выходами первого и второго фотоэлектрических элементов.

5. Адаптивное фотоэлектрическое устройство контроля прохождения метки по п. 1, отличающееся тем, что первый и второй фотоэлектрические элементы выполнены в виде дифференциальной фототранзисторной пары, коллекторы которых объединены и соединены с шиной питания, а эмиттеры являются выходами первого и второго фотоэлектрических элементов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области исследований быстропротекающих процессов с применением эффекта Доплера с помощью лазерной гетеродинной диагностики и может быть использовано для непрерывной регистрации скорости движущегося объекта/объектов.

Изобретение относится к области исследований быстропротекающих процессов с применением эффекта Доплера с помощью лазерной гетеродинной диагностики и может быть использовано для непрерывной регистрации скорости движущегося объекта/объектов.

Группа изобретений относится к способу и устройству для отслеживания состояния движущегося объекта и к системе для быстрой инспекции транспортного средства. Способ и устройство для отслеживания состояния движущегося объекта позиционирует и измеряет скорость движущегося объекта посредством использования лазерного сканера.

Устройство для измерений мгновенных угловых перемещений качающейся платформы состоит из датчика измеряемого мгновенного плоского угла и неподвижного отсчетного устройства.

Устройство для измерений мгновенных угловых перемещений качающейся платформы состоит из датчика измеряемого мгновенного плоского угла и неподвижного отсчетного устройства.

Лазерный доплеровский измеритель скорости делит при помощи призм Волластона излучение на три канала. В каждом канале установлены фотоприёмники, которые регистрируют доплеровский сдвиг, что обеспечивает измерение трёх проекций вектора скорости.

Лазерный доплеровский измеритель скорости содержит источник излучения двух пространственно совмещенных лазерных пучков, первый объектив, брэгговский акустооптический модулятор бегущей волны, второй объектив, первую призму Волластона, оптический формирователь зондирующего поля, первый фотоприемник, ахроматическая полуволновая фазовая пластинка, первая и вторая дисперсионные полуволновые фазовые пластинки, первая и вторая полуволновые фазовые пластинки, коллиматор, аксикон, вторая и третья призмы Волластона, конфокальная линзовая система, хроматический фильтр, дихроичное зеркало, второй фотоприемник.

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к средствам определения характеристик потока крови. Устройство содержит светоизлучающий блок, выполненный с возможностью излучения света в направлении элемента, блок регистрации света, выполненный с возможностью регистрации света, рассеянного обратно на элементе, оптический блок, выполненный с возможностью пространственного разделения участка элемента падения света элемента и участка элемента регистрации света элемента друг от друга, при этом оптический блок содержит элемент разделения светового пути, выполненный с возможностью разделения пути излучаемого света и пути обратно рассеянного света, и блок определения, выполненный с возможностью определения характеристики потока объекта на основе света, указывающего на излучаемый свет, и регистрируемого обратно рассеянного света.

Голограммный баллистический гравиметр, содержащий вакуумную камеру, устройство сбрасывания пробного тела, первую голограмму, закрепленную на пробном теле, источник монохроматического излучения, систему коллимации, фотоприемник, электронное устройство синхронизации и обработки сигналов.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и позволяет исследовать кинематические характеристики гидропотоков. В заявленном способе измерения полного вектора скорости в гидропотоках с помощью лазерного доплеровского анемометра (далее - ЛДА) ЛДА и иммерсионный оптический контейнер располагают относительно друг друга так, что оптическая ось прибора ЛДА расположена под углом 90 градусов к фронтальной стенке иммерсионного оптического контейнера, согласно изобретению применяют несколько приборов ЛДА, излучающих суммарно 6 лазерных пучков с одинаковыми длинами волн.

Изобретение относится к устройствам контроля перемещения объектов. Адаптивное фотоэлектрическое устройство контроля прохождения метки содержит источник света, первый и второй фотоэлектрические элементы, выходы которых соединены через соответственно первый и второй резисторы с общей шиной, а также компаратор, выход которого является выходом устройства. Первый и второй фотоэлектрические элементы расположены в одной плоскости с меткой, а выходы первого и второго фотоэлектрических элементов соединены через соответственно третий и четвертый резисторы с инверсным и прямым входами компаратора, которые через соответственно пятый и шестой резисторы соединены с общей шиной и первыми выводами седьмого и восьмого резисторов, вторые выводы которых соединены с общей шиной и выходом компаратора. Технический результат заключается в обеспечении надежной фиксации прохождения метки в широком диапазоне соотношений скоростей перемещения, соотношений геометрических размеров метки и промежутков между ними, а также в широком диапазоне уровней внешней фоновой подсветки и соотношений контрастности метки и поверхности объекта, что позволяет расширить область применения и повысить достоверность функционирования. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

Наверх