Устройство для обнаружения объектов Советский патент 1984 года по МПК G01V8/16 

Изобретение относится к фотоэлектрическим средствам автоматизации и может быть использовано в качестве средства извлечения информации для систем автоматического управления технологическими процессами, связанными с перемещением дискретных объек тов по заданному пути. Известно устройство для обнаружения объектов, содержащее светоизлучатель, концентратор света, ретрорефлектор, расположенный на оптической оси концентратора света, плоское з.еркало, находящееся между излучателем и концентратором света,- а также светоприемник, установленный на пути отраженных от зеркала световых лучей. Световой поток излучателя, пройдя через излучающую часть концентратора света до встречи с ретрорефлектором, возвращается назад проходит через приемную часть концен тратора света, отражается от зеркала и попадает на светоприемник, на выхо де которого образуется электрический сигнал, означающий отсутствие объекта на пути световых лучей.При перекрытии непрозрачным объектом пучка света сигнал уменьшается нгаке определенного уровня, что означает появление объекта обнаружения Г 1. В свйэи с применением зеркала для приема отраженны саетовых лучей достозерность обнаружения объектов при уменьшении прозрачности оптической среды невысока вследствие низкой эффективности нередачк световой энер гии сг светоизлучателя к сзетоприемнику. Это обусловлено тем, что зеркало находится между излучателем и концентратором света, перекрывая его центральную часть и, следовательно, ограничивая прохождение части излучаемого светового потока. Поток света, прошедший через периферийную часть концентратора света, попав на ретрор« флектор, отражающий световые лучи в направлении их падения,возвращается в ту же периферийную часть концентра тора света. Лишь незначительная часть потока, граничащая с контуром зеркала, отражается от него к попадает на светоприемник, вьфабатывающий электрический сигнал отсутствия объекта. При уменьшении прозрачности оптической среды, например, при появлении водяного пара на пути световых лучей, световой поток, попадающи 1 92 на светоприемник, уменьшается, вследствие чего электрический сигнал на его выходе также уменьшается и может достигать нижнего предельного уровня, соответствующего сигналу наличия объекта. Таким образом, информация о наличии объекта обнаружения не является достоверной. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для обнарзжения объектов которое содержит светоизлучатель, светоприемник, концентратор света (состоящий из одной линзы) и ретрорефлектор, расположенный на выходной оптической оси концентратора, а также полупрозрачное зеркало, расположенное между излучателем и концентратором света. Световой поток излучателя проходит через полупрозрачное зеркало, концентрируется с помощью линзы и распространяется в пространстве до ретрорефлектора. Отраженный от ретрорефлектора пучок света по форме повторяет пучок излучения, т.е. практически весь отраженн1ый световой поток охватывается поверхностью линзы. Этот поток затем концентрируется с помощью линзы, отражается от полупроз.рачного зеркала и попадает на светоприемник, вырабатьшающий электрический сигнал отсутствия объекта на пути световых лучей. Пересечение светового пучка между линзой и ретрорефлектором непрозрачным объектом вызьшает еньшение сигнала ниже установленного уровня,, что означает наличие объекта С 2 D. Однако в связи с применением полупрозрачного зеркаха достоверность обиаружения крупногабаритных объектов недостаточна вследствие невысокой эффективности передачи светового потока от излучателя к фотоэлементу. Это обусловлено тем, что зеркало полупрозрачно и находится на пути светового потока излучателя, поэтому , лишь половина этого потока достигает поверхности линзы, а половина теряется. После возвращения света в обратном направлении половина оставшегося светового потока проникает через зеркало, а половина отражается в сторону фотоэлемента. Таким образом, воепринимаемьй фотоэлементом световой поток от излучателя после прохождения заданного пути ослабляется минимум в четыре раза. При этом коэффициент отношени определяемый светопередачи интенсивности падающего на светоприе ник света к интенсивности света излучателя, не превьшает 25%. Это огра ничивает дальность действия светового барьера, т.е. максимально возможное расстояние между линзой и рет рефлектором, при котором электрический сигнал на зажимах фотоэлемента достигает номинального уровня, означая отсутствие объекта. При появлени на пути световых лучей крупногабарит ного объекта, размеры которого соизмеримы с расстоянием между линзой и ретрорефлектором, ближайшая к линзе поверхность объекта отражает некоторую часть светового потока излучателя в сторону линзы. При этом свето вой поток попадает на светоприемник. Последний не меняет своего состояния, продолжая засвечиваться световыми лучами, отраженными от объекта и преобразует световой сигнал в электрический, означающий отсутствие объекта. Эта информация является лож ной. В зависимости от отражательной способности поверхности объекта и ра стояния до нее ложная засветка фотоэлемента может быть более или менее устойчивой, что приводит к снижению достоверности обнаружения крупногаба ритных объектов. Кроме того, известное устройство характеризуется недостаточной достоверностью обнаружения объектов при уменьшении прозра ности оптической среды между линзой и ретрорефлекторо что обусловлено ограничением предель ной мощности излучателя. При приближении к оптической оси устройства объекта, окруженного облаком водяног пара (при прокатке горячего металла) световой поток излучателя дважды пересекает облако пара, а затем воспри нимается светоприемником, ослабляясь при этом ниже допустимого предела еще до момента пересечения объектом оптической оси-светового барьера. Пр этом на выходе светоприемника появляется сигнал наличия объекта, являющийся ложным. Увеличить мощность излучаемого света путем увеличения количества однотипных излучателей в известном устройстве невозможно, так как каждый излучатель имеет вполне определенный габаритный размер, который . не позволяет разместить на оптической оси линзы более одного излучате094ля, чтобы при этом свет от всех излучателей, после прохождения до ретрорефлектора и обратно, сконцентрировался на светочувствительной поверхности светоприемника. Цель изобретения - повьштение достоверности обнаружения объектов. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для обнаружения объектов, содержащее светоизлучатель, светоприемник, концентратор света и ретрорефлектор, расположенный на выходной оптической оси концентратора, введены волоконный свето провод, волокна которого образуют . входной пучок, торец которого оптически сопряжен со светоизлучателем, выходной пучок, торец которого оптически сопряжен со светоприемником, а другие торцы входного и выходного пучков объединены, причем волокна выходного пучка распределены вокруг каждого волокна входного пучка, объединенные тордат пучков светопровода расположены на входной оптической оси концентратора света. Построение светопровода путем распределения волокон одного входного пучка между волокнами другого позволяет при необходимости образовать дополнительные входные пучки, сопряженные с дополнительными излу;чателями. Это позволяет увеличить интенсивность излучаемого света путем увеличения количества однотипных излучателей, что в прототипе недостижимо. Увеличение интенсивности излучения вызывает пропорциональное увеличение тока светоприемника, а значит уменьшает влияние прозрачности оптической среды на работу устройства . В свою очередь это приводит к повышению достоверности обнаружения объекта. На фиг. 1 изображена оптическая схема устройства для обнаружения объектов, на фиг. 2 - фрагмент сечения вьшодного пучка светопровода. Устройство для обнаружения объектов содержит светоизлучатель 1, светоприемник 2, светопровод 3, кон- це.нтратор 4 света (роль концентратора выполняет линза, однако возможно применение других оптических элементов, например вогнутого зеркала и т.п.) и ретрорефлектор 5, расположенный на выходной оптической оси концентратора 4, на некотором удалении от него. Светопровод 3 содержит входной пучок 6 и выходной пучок 7, оптически сопряженные со светоизлучателем 1 и светоприемником 2 со ответственно. Оптические волокна пучков 6 и 7 объединены, причем волокна выходного пучка 7 распределены вокру каждого волокна входного пучка 6. Объектив обнаружения представлен позицией 8. Устройство работает следующим образом. Световой поток светоизлучателя 1 через, пучок 6 оптических волокон подводится к оси концентратора 4 света. Таким образом световой поток разделяется на элементарные пучки света, диаметр каждого из которых равен диаметру одного оптического пучка волокна 6. Элементарный световой пучок через концентратор 4 направляется на ретрорефлектор 5, состоящий из множества трипель-призм, и попадает на одну из них. При этом лучи света, отраженные от граней приз мы ретрорефлектора 5, распространяются параллельно падающим, однако с некоторым поперечным смещением, равным ширине основания призмы. После прохождения концентратора 4 световой пучок фокусируется в плоскости объе- 30 диненного торца светопровода 3, попательность которого максимальна на частоте излучения светодиода. Ретрорефлектором 5 служит серийно выпускаемый отражатель ФП-315. В этом случае дальность действия, т.е. расстояние до ретрорефлектора 5, составляет 25 м. дает на волокна пучка 7, смежные с излучающим волокном пучка 6. Падающий на волокна 7 световой поток направляется далее к светоприемнику 2. Принятый световой поток, воздействуя на светоприемник 2, вызывает появление на его зажимах электрического тока, что служит сигналом отсутствия объекта 8 на пути, световых лучей. Пересечение светового пучка между концентратором 4 и ретрорефпектором 5 непрозрачным объектом 8 вызывает уменьшение выходного тока светоприемника 2 ниже устано зленного предела. Это является сигналом наличия объекта. Светопроводом 3 может служить пучок оптических волокон, диаметр каждого из которых составляет 20 мкм, при этом в качестве светоизлучателя 1 используется арсенид-галлиевый инфракрасный излучающий диод АЛ107Б, а в качестве светоприемника 2 - фотодиод ФД-25К, спектральная чувстви

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕ ОБЪЕКТОВ, содержащее светоизлуча светоприемник, концентратор свет U / ретрорефлектор, расположенный на выходной оптической оси концентратора, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности обнаружения объектов, в него введен волоконный светопровод, волокна Йоторрго образуют входной пучок, торец которого оптически сопряжен со светоизлучателем, выходной пучок, торец которого оптически сопряжен со светоп&иемником, а другие торцы входного и выходного пучков объединены, причем волокна выходного пучка распределены вокруг каждого волокна входного пучк, объединенные торцы пучков светопровода расположены на входной оптической оси концентратора света. /N