Фотоэлектрический преобразователь перемещения в код Советский патент 1985 года по МПК H03M1/24 

2. Преобразователь по п. 1, о т- личающийся тем, что инвертирую ций сумматор содернсит операционный усилитель и три резистора, первые вьгооды первого и второго резисторов являются вторым и третьим входами сумматора, прямой вход опера1ЩОННОГО усилителя является первым входом сумматора, выход операционного усилителя соединен с первьт выводом третьего резистора и являетсявыходом сумматора,вторые выводы первого,второго итретьего резисторов соединены синверсным входомоперационного усилителя.

1. ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕИЩНИЯ В КОД, содержащий стабилизатор тока, посновных светодиодов, расположенных по одну сторону кодовой.шкалы, по другую сторону которой расположен фотодиод, зашунтированный первым резистором, одна точка соединения которых является первым выходом преобразователя, а другая соединена с шиной нулевого потенциала, усилитель, источник питания, отличающийся тем, что, с целью повьшения функциональной надежности преобразователя, в него введены инвертирующий сумматор, п контрольных светодиодов и п контрольных фотодиодов, (п-1) фотодиодов и (п-1) резисторов, стабилитрон и два дополнительных резистора,. кодовая шкапа вьшолнена многоразрядной с п информационными дорожками, .усилитель выполнен на р - п - р-транзис- торе и подключенном первым выводом к его змиттерному выводу резистора, стабилизатор тока вьтолнен на п - р - птранзисторе и подключенном, первым вьтодом к его эмиттерному вьшоду резисторе, (п-1) фотодиодов размещены против соответствующих (п-1) основных светодиодов по другую сторону кодовой шкалы, анод первого основного светодиода соединен с положительной клеммой источника питания, п основных и п контрольных светодиодов соединены последовательно, катод п-го контрольного светодиода соединен с коллекторным вьтодом п -. р - пт-транзистора стабилизатора тока, катоды п контрольных фотодиодов, второй вьшод резистора усилителя, катод стабилитрона, второй вывод ре-, зистора стабилизатора тока и первый (Л вход инвертирующего сумматора соединены с шиной нулевого потенциала, аноды п контрольных фотодиодов соединены с базовым выводом р ti - р-транзистора усилителя и первым выводом первого дополнительного резистора, второй вьюод которого соединен с 00 ts9 тсоллекторным выводом р - п - р транзистора усилителя, отрицательной клемОд мой источника питания и первым выво дом второго дополнительного резистоOQ ра, второй вьтод которого соединен с вторым входом инвертирующего сумматора и анодом стабилитрона, выход инвертирующего сумматора соединен с базовым вьтодом п - р - п-транзистора стабилизатора тока, а третий вход - с первым выводом резистора усилителя, каждый из (п-1) резисторов подключен параллельно Соответствую ющему одному из (п-1) фотодиодов, аноды которых являются остальными выходами преобразователя, а катоды соединены с шиной нулевого потенцигша.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для долговременной связи аналоговых источников информации работающих в широком диапазоне изменения окружающей .температуры, с цифровым вьгаислительным устройство Целью изобретения является повышение функциональной надежности пре.образователя за счет стабилизации характеристики преобразования по усредненному изменению чувствительност фотодиода и средней мощности излучения светодиода при продолжительном времени эксплуатации и широком диапазоне изменения температуры окру жающей среды. На фиг. 1 представлена схема фотоэлектрического преобразователя перемещения в код; на фиг, 2 - схема стабилизатора тока| на фиг. 3 схема инвертирующего сумматора. Преобразователь содержит основные светодиоды 1-1, 1-2, ..., 1-п, кодовую шкалу 2, основные фотодиоды 3-1, 3-2, ..., 3-п, резиеторы 4-1, 4-2, ое,, 4-п, стабилизатор 5 тока, клем,мы 6-1, 6-2 источника питания, контрольные светодиоды 7-1, 7-2, .„., 7-п, контрольные фотодиоды 8-1, 8-2, ,,,, S-Uj дополнительные резисторы 9, 10, усилитель 11, выполненный на р п - р-транзисторе 12 и резисторе 13j инвертирующий сумматор 14, стабилитрон 15. Стабилизатор 5 тока содержит п - р - п-транзистор 16 и резистор 17, Инвертирующий сумматор 14 содержит резисторы 18-20 и операционный усилитель 21, Преобразователь работает следующи образом. При наличии напряжения на клеммах 6-1, 6-2 источника питания в цепи (фиг, 1), образованной стабилизатором 5 тока, светодиодами 7-1, 7-2, ..., 7-п, светодиодами 1-1, 1-2, .0., 1-п, устанавливается ток, величина которого определяется значением напряжения на входе 22 стабилизатора 5 тока (фиг. 2), а именно напряжением база - эмиттер п - р - п-транзистора 16. Резистор 17 при этом определяет значение тока через светодиоды 1-1, 1-2, ..., 1-п, 7-1, 7-2, ..., 7-п,Световой поток-светодиодов 1-1, 1-2, ..., 1-п попадает на кодовую шкалу 2, связанную с объектом перемещения, и через информационные дорожки достигает фотодиодов 3-1, 3-2, ..., 3-п. Выходные сигналы фотодиодов 3-1, ..., 3-п характеризуются значениями темнового и светового токов (соответственно, в случае непопадания и попадания на них светового потока) и вьщеляются в виде напряжений на резисторах 4-1, 4-2 4-п, совокупность которых является выходным кодом преобразователя и позволяет судить о положении объекта перемещения. При длительной эксплуатации све- тодиодов 1, 7 и фотодиодов 3, 8 крутизна характеристики преобразования снижается за счет уменьшения чувствительности фотодиодов 3, 8 и снижения мощности излучения светодиодов 1,7, причем скорость снижения мощности излучения светодиода 1 или 7 (как излучателя) гораздо вьше скорости уменьшения чувствительности фотодиода 3 или 8 (как приемника энергии). Таким образом, оценить изменение крутизны характеристики оптопреобразования можно по изменению мощности излучения светодиодов 3 1,7, которая уменьшается экспоненциально при продоллштельной эксплуатации весьма значительно, что приводит к существенному изменению све тового сигнала фотодиодов 3,8 и нарушению работы преобразователя. Напряжение на входе 22 стабилизатора 5 тока определяется значением выходного напряжения инвертирующего сумматора 14. Последний произ водит сложение и инверсию сигналов, поступаю1цих на входы 23 и 24 инвертирующего сумматора 14 (фиг. 3). IIpp этом прямой вход 25 операционного .усилителя 21 для обеспечения режима суммирования сигналов соединен с шиной нулевого потенциала. Резисторы 18, 19 служат при этом для задания коэффициентов при слагаемых (в рассматриваемом случае для обеспечения равенства этих коэффициентов единице резисторы 18,19 и 20 имеют одинаковые номиналы). Напряжение на входе 23 инвертирующего сумматора 14 является постоянным и определяется значением напряжения стабилизации стабилитрона Резистор 10, связывающий минусовую клемму 6-1 источника питания входом 23 инвертирующего сумматора 14, служит при этом для ограничения его входного тока. Напряжение на входе 24 инвертирующего сумматора 14 определяется вели чиной сопротивления контрольных фото диодов 8-1, 8-2, ..., 8-п, которая зависит от их чувствительности и мощ ности излзгчения оптически с ними свя занных контрольных светодиодов 7-i, 7-2, .,., 7-п. В преобразователе для получения усредненной характеристики преобразования при старении используется пар контрольных светодиодов и фотодиодов 8. В начале эксплуатации преобразова теля подбором номинала резистора 9 на базе р - п - р-транзистора 12 делителем, образованным резистором 9 и контрольными фотодиодами 8-1, 8-2, ..., 8-п, выставляется напряжение, удерживающее его в приоткрытом состо янии. Через р - п - р-транзистор 12 протекает незначительньш ток и напряжение на входе 24 инвертирующего сумматора 14, равное падению напряження на резисторе 13, практически равно нулю. Таким образом, напряжени на входе 22 стабилизатора 5 тока оп673ределяется только напряжением стабилизации стабилитрона 15, проинверти™ рованного инвертирующим сумматором 14, При продолжительной эксплуатации преобразователя мощность излучения контрольных светодиодов 7-1, 7-2, ,,,, 7-п и чувствительность контрольных фотодиодов 8-1, 8-2, 8-п падают, что приводит к увеличению сопротивления последних и большему открытию р - п - р-транзистора 12. Возрастание эмиттерного тока приводит к увеличению напряжения на входе 24 инвертирующего сумматора 14, повьщ1ению напряжения на входе 22 стабилизатора 5 тока и возрастанию тока и мопшрсти излучения светодиодов 1-1, 1-2, .,., 1-п и контрольных светодиодов 7-1, 7-2, ,.., 7-п, Таким образом, при снижении крутизны характеристики преобразования, вызванной старением пары светодиодфотодиод, на входе 24 инвертирующего сумматора 14 появляется составляющая, пропорциональная этому изменению. Она приводит к увеличению мощности излучения светодиодов и тем самым к компенсации эффекта старения указанной пары. Воздействие изменения окружающей температуры в преобразователе оказывает незначительное влияние на изменение крутизны характеристики преобразования. Это объясняется поддержанием стабилизатором 5 тока постоянной величины тока через светодиоды . 1-1, 1-2, ,.., 1-п, 7-1, 7-2, ..., 7-п, сопротивление которых при изменении окружающей температуры значительно меняется, а также различием знаков температурных коэффициентов мощности излзгчения светодиодов 1,7 и чувствительности фотодиодов 3,8. Кроме того, для создания особо точных схем стабилизации крутизны характеристики преобразования можно воспользоваться методой температурной стабилизации (включением одного или группы выпрямительных диодов в проводящем направлении последовательно со стабилитроном 15 и подбором соответствующего температурного изменения опорного напряжения на входе 23 инвертирующего сумматора 14 можно добиться практически полной температурной стабилизации характеристики оптопреобразования) .