Фотореле

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

gi)966638 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 230381 (21) 3267686/18-21 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет—

Опубликовано 15.10.82. Бюллетень ¹ 38 (51) М. Кп.

G 01 V 9/04

И 0 3 К 17/ 78

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий (33) УДК 550.839 (088. 8) Дата опубликования описания 15 ° 10. 82 (72) Автор изобретения. ВСВСОЮЗНА%

13 „)3

ИЮЛЙФТВКА

В.A. Шевченко

Киевский институт автоматикй им. XXY съезда (71) За яв итель (54) ФОТОРЕЛЕ

Изобретение относится к средствам автоматизации и может быть использовано в качестве средства получения информации для систем автоматического угравления технологическими процессами, связанными с перемещением дискретных объектов по заданному пути, в частности на прокатных станах металлургических комбинатов.

Известно фотореле, содержащее из лучатель, генератор импульсов, фотоэлемент и оптический канал, который включен между выходом излучателя и . входом фотоэлемента (1).

Однако в этом устройстве оптические помехи, свойственные процессу прокатки, например пламя горелки, вызывают его ложные срабатывания да» же при отсутствии иэделия.

Известно также фотореле, содержащее излучатель генератор импульсов, фотоэлемент, оптический канал, который включен между выходом излучателя и входом фотоэлемента, формирователь, выход которого подключен к первому входу схемы сравнения, второй вход которой соединен с выходом генератора, а выход - c выходной шиной (2). устройство позволяет обнаружить изделия, находящиеся на пути световых лучей.

Однако это устройство характеризуется низкой помехоустойчивостью, обусловленной тем, что при одновременном появлении импульсов генератора и помехи на разных входах схемы сравнения, на ее выходе сигнал отсутствует, что является ложной информацией об отсутствии объекта.

Цель изобретения - повышение по" мехоустойчивости.

Поставленная цель достигается тем, что в фотореле, содержащее излучатель; генератор импульсов, фотоэлемент, оптический канал, который включен между выходом .излучателя, и входом фотоэлемента, формирователь, выход которого подключен к первому входу блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом генератора", а выход — с выходной шиной, введен электрический

25 фильтр, который включен между выходом фотоэлемента и входом формирователя, а блок сравнения выполнен на двух 0-триггерах и элементе И-НЕ, причем первый вход блока сравнения

З0 соединен с управляющим входом перво966638 го О-триггера и информационным вхо дом второго О-триггера, второй вход блока сравнения соединен с информационным входом первого О-триггера и первым входом элемента И-НЕ, второй вход которого связан с выходом пер- 5 ваго О-триггера, а выход - с управляющим входом второго О-триггера, выход которого соединен с выходом блока сравнения.

На фиг.1 изображена оптикоэлект- 30 рическая схема фотореле; на фиг.2 временные диаграммы электрических напряжений на выходах элементов схемы

Фотореле содержит излучатель 1, 15 генератор 2 импульсов, фотоэле" мент 3 и оптический канал 4, связы вающий излучатель .1 с фотоэлементом 3 в состав оптического канала входят объективы 5 и 6 и отражатель 7) однако оптический канал может иметь другую конструкцию, например состоять из одного объектива с применением полупрозрачной разделительной перегородки между излучателем и фотоэлементом и т.п.). Кроме того, к вы5 ходу фотоэлемента подключены после довательно электрический фильтр 8 и формирователь 9. Фотореле также содержит блок 10 сравнения с двумя входами, к первому из которых подключен выход формирователя 9, а ко второмувыход генератора 2. В состав блока сравнения входят О-триггера 11 и 12 и элемент И-НЕ 13, причем первый вход блока 10 сравнения соединен с управляющим входом триггера 11 и информационным входом триггера 12, а второй вход блока 10 соединен с информационным входом триггера 11 и первым входом элемента И-НЕ 13, при- 40 чем выход триггера 11 связан со -вторым входом элемента И-НЕ 13, выход которого подключен к управляющему входу триггера 12, а выход 14 триггера 12 соединен с выходом блока 45 сравнения 10, являющимся выходом фо тореле.

Возбуждение излучателя 1 электри- ческими импульсами 15 (фиг.1 и 2 ) генератора 2 вызывает свечение этого излучателя. Возникающие при этом световые импульсы, по форме повторяющие электрические импульсы, пройдя через объектив 5, достигают отражателя 7, после чего возвращаются в объектив 6 и затем фокусируются на светочувствительной поверхности фотоэлемента 3, вызывая появление электрических импульсов 16, 17 и 18, входящих в состав полного сигнала 19, на выходных зажимах фотоэлемента. Амплитуды получаемых импульсов различны, .так как в пространстве между объективами и отражателем присутствует облако водяного пара переменной прозрачности, и световые импуль. 65 сы на пути от излучателя к фотоэлементу претерпевают различное ослабление. Кроме того, приближение раскаленного светящегося металлического объекта 20 к оси оптического канала вызывает засветку водяного пара cBBToEhIMH лучами от этого объекта и попадание части лучей на фотоэлемент. При этом в составе сигнала 19 появляются постоянная и низкочастотные составляющие 21, а также импульсная помеха 22. В момент пересечения (точка 23) оптического канала напрозрачным светящимся объектом 20 на фотоэлемент начинает воздействовать световое излучение непосредственно от объекта, вызывая появление элект— рического сигнала. Световые импульсы излучателя в этом случае не достигают фотоэлемента. Световое излучение от объекта в отдельные моменты времени значительно ослабляется слоем окалины на поверхности металла, а акже водяным паром, рассеивающим вет. В эти моменты электрический сигнал на выходе фотоэлемента резко изменяет свою амплитуду, что вызывает появление ложного импульса 24, являющегося помехой.

Электрический сигнал 19, пройдя через электрический фильтр 8, освобождается от постоянной и низкочастотной составляющих. С выхода фильтра снимается сигнал 25 и подается на формирователь.9, где исправляется форма импульсов и нормируется их амплитуда. Если .сигнал 25 не превышает некоторого порогового значения 26, то на выходе формирователя сигнал отсутствует, что соответствует уровню логического "0". При превышении сигналом 25 порогового значения на выходе формирователя yczaнавливается уровень логической "1"

С выхода формирователя на первый . вход блока сравнения 10 подается сигнал 27, а на ее второй вход — сигнал 15 от генератора импульсов.

Импульс 28 генератора, имеющий уровень логической "1", подается на информационный вход (D-вход) триггера 11. Этот жр импульс воздействует на излучатель 1 и, пройдя по оптическому каналу, попадает на фотоэлемент, вызывая появление электрического импульса 16 на его выходных зажимах. Затем, пройдя фильтр 8 и формирователь 9, импульс 29 поступает с некоторой задержкой на управляющий вход (С-вход) триггера 11. Поэтому, в момент прихода фронта импульса 29 на С-вход, триггер 11 устанавливается в состояние логической "1", соответствующее уровню сигнала на О-входе (диаграмма 30). Логическая "1" подается на элемент И-НЕ и дает разрешение на прохождение импульса генератора на С-вход тригге966638 ра 12. В момент спада импульса 28 генератора 12 устанавливаетсвя в состояние логической "1", соответствующее уровню сигнала на О-входе. На выход 14 фотореле при этом подается сигнал "0" с инверсного выхода триг гера (диаграмма 31). Сигнал "0" означает отсутствие объекта на пути световых лучей от излучателя к фотоэлементу.

Если в паузах между импульсами генератора на выходе формирователя 9 появляется импульс с логическим уровнем "1", возникший от воздействия помехи 22, то он поступает на С-вход триггера 11; Фронт импульса является управляющим сигналом, переключающим триггер 11 в состояние "О",, соответствующие уровню сигнала на

О-входе в момент появления фронта импульса. При этом состояние сигнала 31 на выходе фотореле не изменяется от воздействия помехи.

После прохождения следующего импульса 17, возникшего на выходе фотоэлемента от воздействия излучателя через фильтр и формирователь, на выходе последнего появляется импульс с уровнем "1", который затем поступает на С-.вход триггера 11. На )-вход этого триггера поступает импульс от генератора. При взаимодей,ствии этих двух импульсов триггер 11 устанавливается в состояние "1" ° При этом состояние выходного сигнала фотореле не изменяется. В момент (точка 23) пересечения оси оптического канала непрозрачным объектом 20 прекращается поступление световых импульсов от излучателя к фотоэлементу. С этого момента на D-входе триггера 12 устанавливается уровень "0".

После прохождения очередного импульса генератора на С-вход триггера 12 через элемент И-НЕ 13 (это возможно, так как на выходе триггера 11 установлена "1" и, следовательно, элемент И НЕ открыт), в момент спада импульса триггер 12 перебрасыва.ется в состояние "0", а на его инверсном выходе появляется "1", означающая присутствие объекта на пути световых лучей оТ излучателя к фотоэлементу., При воздействии импульоной помехи 24 на выходе формирователя 9 появляется импульс с логическим уровнем "1", лоступающий на С-вход триггера 11. Фронт этого импульса переключает триггер 11 в состояние "0".

Этот потенциал подается на вход элемента И-НЕ и закрывает его для прохождения импульсов генератора на

С-вход триггера 12. Поэтому триггер 12. независимо от состояния сиг нала. на О-входе, в дальнейшем. оста-: ется в состоянии "0", а на его инверсном входе остается "1", т.е. сигнал на выходе фотореле не изменяется от воздействия помехи.

В качестве излучателя может быть использован арсенид-галлиевый инфракрасный излучающий диод АЛ107Б, а в качестве фотоэлемента — фотодиод ФЦ-25К, спектральная чувствительность которого максимальна на частоте излучения диода.; В роли отражателя используется ретрорефлек10 тор, обладающий свойством обратимости светового луча. Блок сравнения может быть выполнен на одной микросхеме K155TN2, содержащий 2 D-триггера, и одной ячейке микросхемы

15 К155ЛА1.

Введение в состав фотореле электрического фильтра, включенного между выходом фотоэлемента и входом формирователя, позволяет устранить про2(1 хождение постоянной и низкочастотной составляющих электрического сигнала, снимаемого с выхода фотоэлемента, при воздействии на фотоэлемент посторонних источников светого из25 лучения постоянной или медленно изменяющейся интенсивностей. Одним из таких источников может являться самосветящийся объект, находящийся на пути световых лучей от излучателя к

З,1 фотоэлементу. Поскольку на входе формирователя при этом отсутствует сиг- . над, то на выходе формирователя и на первом входе блока сравнения сигнал также равен нулю. На выходе блока сравнения при этом появляется потенциал, уровень которого соответствует логической "1". Этот сигнал означает присутствие объекта и явля ется истинным, несмотря на влияние ,оптических помех на фотоэлемент.

4 ; таким образом, повышается достоверность информации о наличии либо отсутствии объекта на пути световых лучей от излучателя к фотоэлементу при воздействии на фотоэлемент on45 тических помех постоянной или медленно ихменяющейся интенсивностей.

Включение в состав блока сравнения второго 0-триггера и элемент И-НЕ, при котором первый вход блока срав50 нения соединен .с информационным входом второго О-триггера, а второй вход блока сравнения соединен с первым входом элемента И-НЕ, кроме того выход элемента И-НЕ подключен к уп55 равляющему входу второго Р-триггера, позволяет проиэволить периоди- . ческий опрос логического состояния первого входа блока сравнения и установку 0-триггера в это состояние по команде, поступающей на управляю- . щий вход 0-триггера от гейератора импульсов через первый вход элемента И-НЕ, когда на втором его входе установлен потенциал логическая "1".

5 При таком построении блока сравнения обеспечивается незначительное

966638.формула изобретения время опроса, который осуществляется лишь в момент спада импульса генератора. Сокращение времени опроса логического состояния первоначального входа блока сравнения, на который могут поступать прошед ие чер 3 Фильтр 5 . и формирователь ложные электрические импульсы от Фотоэлемента, при засветке последнего световыми импульсными помехами, позволяет ограничить .влияние этих помех, так как вероятность совпадения во времени импульса поме° хи и импульса опроса уменьшается с сокращением длительности опроса.

Следствием этого является увеличение достоверности получаемой информации 15 при воздействии на Фотоэлемент световых импульсных помех.

Осуществление опроса логического состояния первого входа блока сравнения в момент спада импульса генератора дает преимущество, связанное со свойством инерционности фотоэлемента. При облучении фотоэлемента световыми импульсами излучателя ток фотоэлемента. постепенно возрастает до момента, спада светового импульса излучателя, а затем постепенно уменьшается. Таким образом, в момент спада светового импульса излучателя. на зажимах фотоэлемента су ществует максимально возможный уровень сигнала. Осуществление опроса этого игнала в момент спада импульса.генератора, синхронного со световым импульсом излучателя, позволяет получить максимально возмржную для данного устройства чувствительность фотоэлемента к воздействию излучателя. Поэтому некоторое ослабле-ние светового потока, например, облаком водяного пара или пыли, нахо- 40 дящимся между излучателем и фотоэлементом и являющимся оптической пойехой, не повлияет на работу устройства в целом. Это повышает,достоверность получаемой информации о6 от- 45 сутствии объекта на пути световых лучей от излучателя к фотоэлементу при воздействии оптических помеХ, уменьшающих прозрачность оптического канала. 50

Включение первого D-триггера в состав схемы сравнения, когда при . этом первый вход схемы сравнения соединен с управляющим входом первого О-триггера, второй вход схемы 55 сравнения соединен с информационным рходом первого D-триггера, а второй вход элемента И-НЕ связан с выходом первого D-триггера, позволяет различать электрические импульсы, возникающие от воздействия на фотоэле1

-мент световых импульсов помехи и импульсов излучателя. Детерминирование импульса помехи осуществляется go моменту его возникновения, который отличается от того же параметра световог импульса излучателя, синхронного с импульсом генератора. В связи с инерционным свойством Фотоэлемента, при воздействии на него све- тового импульса излучателя, ток фотоэлемента, возрастает постепенно, и после r.ðoõoæäåíêÿ Фильтра и формирователя фронт сформированного импульса всегда отстает по времени от фронта импульса генератора на вре- мя, не превышающее длительность импульса генератора, т.е. Фронт сформированного импульса всегда попадает в интервал времени существования импульса генератора. В отличие от этого фронт импульса помехи сюжет появляться в произвольный момент времени. Таким образом, при воздействии импульсных помех на первый вход блока сравнения и, следовательно, на управляющий вход первого

О-триггера, на его выходе. устанавливается потенциал логический "О", запрещающий прохождение импульса генератора через элемент И-НЕ на управляЮщий вход первого О-триггера и считывание. ложной информации вторым О григгером. В этом случае повыша. ется достоверность информации о наличии объекта на пути световых лучей от излучателя к фотоэлементу при воздействии на фотоэлемент световых импульсных помех.

Использование потенциала, снимаемого с выхода второго,Р-триггера в качестве выходного сигнала фотореле, позволяет применить свойство триггера как элемента памяти. Зонди.— рование пространства между излучателем и фотоэлементом происходит дискретными световыми посылками с частотой следования импульсов генератора, а при этом выходной сигнал фотореле, означающий наличие при отсутствии объекта на пути световых лучей, является двухпозиционным и непрерывным. Это повышает достоверность получаемой информации в произвольный момент времени.

Использование фотореле позволяет повысить достоверность информации.с наличии или отсутствии изделия на оси оптического канала при воздействии на фотоэлемент оптических помех постоянной или медленно меняющейся интенсивности. Повышение достоверности информации о наличии или отсутствии изделия на технологической линии прокатного стана увеличивает надежность автоматической система управления технологическим процессом и, соответственнб, качество выпускаемой продукции. фотореле, содержащее излучатель, генератор импульсов, фотоэлемент, 966638

10 оптический канал, который включен между выходом излучателя и в содом фотоэлемента, формирователь, выход которого подключен к первому входу блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом генератора, а выход - с выходной шиной, о т л ич а ю щ е е .с я тем, что, с целью повыаения помехоустойчивости, в него введен электрический фильтр, который включен между выходом фотоэлемента и входом формирователя, а блок сравнения выполнен на двух

О-триггерах и элементе И-НЕ, причем первый вход блока сравнения соединен

:с управляющим входом первого О триггера и информационным входом второго

D-триггера, второй вход блока сравнения соединен с информационным входом первого О-триггера и первым входом элемента И-НЕ, второй вход которого связан с выходом первого

О-триггера, а выход — с управляющим входом второго О-триггера, выход которого соединен с выходом блока сравнения.

Источники информации принятые во внимание при экспертизе

1. Заявка Франции Р 2417754, кл. G 01 О 21/04, опублик. 1979.

2. Заявка Великобритании Р 1524564, >5 кл. 6 01 О 21/04, опублик. 1978 (прототип).

966638

Составитель И. Форафонтов

Редактор Н. Киштулинец Техред М.Тепер Корректор Г. Решетник

Заказ 7838/64 Тираж 717

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

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