Автоматический сортировщик Советский патент 1987 года по МПК B07C5/342 

Изобретение относится к сельскохозяйственной технике, к устройствам автоматической сортировки плодов по цвету и предназначено для работы в линиях послеуборочной обработки фруктов и овощей, различающихся по цвету, преимущественно томатов.

Цель изобретения - повыщение помехозащищенности сортировщика.

На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - диаграммы работы модуляторов; на фиг. 3 - схемы работы модуляторов при инверсном и прямом включении фотоэлемента; на фиг. 4- схема фиксатора уровня; на фиг. 5-7 - диаграммы, поясняющие работу устройства.

Автоматический сортировщик по цвету состоит из подающего транспортера, осветителя (не показан), оптических систем, содержащих фотоэлементы 1 со светофильтрами на два диапазона длин волн, модуляторов 2, предварительных усилителей 3, фиксаторов 4 и 5 уровня, суммирующих усилителей 6 сигналов двух диапазонов длин волн, дифференциального усилителя 7, компараторов 8, демультиплексора 9, схемы 10 задержки сигнала, формирователей 11 сигналов управления, генератора 12 тактовых импульсов, схемы 13 управления фиксаторами уровня, исполнительных механизмов 14.

Световой поток, отраженный от плодов, подаваемых в зону обзора транспортером и освещаемых осветителем, воспринимается фотоэлементами 1 оптических систем. Напряжение, вырабатываемое фотоэлементами 1 каждой оптической системы, подается на входы модулятора 2, последний предназначен для модуляции сигналов с фотоэлементов 1 импульсных сигналов управления с генератора 12 тактовых импульсов и представляет собой мостовую схему электронных ключей, подключенных с одной стороны к выводам фотоэлементов 1, с другой стороны - к входам предварительных усилителей 3. Управление работой ключей модулятора 2 осуществляет генератор 12 тактовых импульсов. При модуляции происходит чередование периодов времени: фотоэлемент подключен к входам предварительного усилителя 3 в прямом или инверсном направлении если включены, например, ключи а и с, если включены ключи bud - в инверсном.

Выходы каждого модулятора 2 соединены с входами из предварительных усилителей 3, поэтому при работе модулятора коммутационные помехи синфазно поступают на инвертирующий и неинвертирующий входы предварительного усилителя 3 и компенсируются, что повышает соотношение полезный сигнал - коммутационная помеха на выходе предварительного усилителя. Из диаграмм видно, что период следования управляющих сигналов Т с генератора тактовых импульсов состоит из двух промежутков: времени t импульса и времени

tn паузы. Во время паузы все фотоэлементы включены инверсно, во время импульса только один фотоэлемент включен в прямом направлении, а остальные - в инверсном.

Выход каждого из предварительных усилителей 3 соединен с входом одного фиксатора 4 уровня. Последние предназначены для демодуляции усиленного сигнала и исключения из него постоянной, составляющей, обусловленной температурным дрейфом предвари,тельного усилителя, а также для последовательной коммутации напряжений с выходов предварительных усилителей 3 на входы суммирующих усилителей 6. Каждый фиксатор уровня содержит конденсатор, после

довательно соединенный с входом электронного ключа, выход которого подключен к общей щине. Управление фиксаторами 4 уровня осуществляется синхронно с управлением модулятором 2, так что при инверсном включении фотоэлемента выход соответ- 0 ствующего ему фиксатора соединен с общей шиной, а при прямом включении фотоэлемента - отключен от общей шины. На диаграммах (фиг. 5) изображены сигналы управления фиксаторами 4 уровня с выходов а, б и 8 генератора тактовых импульсов (соответственно на фиг. 5а, б, в), напряжения на входах (фиг. 5 г, д, е) и выходах (фиг. 5 ж, 3, и) фиксаторов 4 уровней, управляемых этими сигналами, и напряжение на выходе одного из суммирующих усилителей (фиг. 5,к).

Демодуляция и исключение уровня температурного смещения сигнала на выходе предварительного усилителя происходит следую- ш,им образом.

Во время паузы конденсаторы фиксато- ров 4 уровней, подключенные между выходом предварительного усилителя и общей щиной, заряжаются до уровня напряжения выходного сигнала с предварительного усилителя.

0

Unyn Uc/n,

где Unvn - напряжение на выходе предварительного усилителя во время паузы;

- напряжение на конденсаторе фиксаторов 4 уровня во время паузы. Напряжение на выходе предварительного усилителя при этом

Uc(n- Unvn

Un,

где Ut

напряжение смещения усилителя, включающеетемпературный

дрейф; и -полезный сигнал (усиленный

сигнал с фотоэлемента).

За время импульса напряжение на конденсаторе, подключенном между выходом предварительного усилителя и входом основного усил-ителя,не успевает измениться, так

как постоянная времени цепи заряда выбрана на много больше, чем время импульса,

Uc(n Ucru ,

где Uc/ - напряжение на конденсаторе во

время импульса.

Напряжение на выходе предварительного усилителя во время, импульса (фиг. 5, г- е).

U UcH+Un,

где Unvn - напряжение на выходе предварительного усилителя во время импульса.

Так как при этом конденсатор включен последовательно с выходом предварительного усилителя 3, напряжение на выходе фиксатора 4 уровня

U8«x Unvn- Uc/n (U«+ и„) - - (Uc«-U,)2Un.

Таким образом, благодаря использованию фиксаторов 4 уровня удается получить на входе суммирующих усилителей 6 только полезный сигнал, не искаженный влиянием температурного дрейфа предварительных усилителей 3, и осуществить демодуляцию, получая на выходе суммирующих усилителей однополярный сигнал.

Как показано на диаграмме работы фиксаторов 4 уровней и усилителей 6 (фиг. 5,а- к) в каждый промежуток времени импульса на выходе одного из фиксаторов появляется информационный сигнал, пропорциональный световому потоку от плода, анализируемого одной из оптических систем, а на выходах остальных фиксаторов в это время нулевой уровень сигналов. В результате суммирования напряжений со всех фиксаторов 4 уровня на выходах усилителей 6 происходит коммутация сигналов одной оптической системы на входы фиксаторов 5 уровня для дальнейшей обработки. Таким образом, сигналы с оптических систем, соответствующих всем дорожкам транспортера, последовательно появляются на входах фиксаторов 5, что обеспечивается импульсами с генератора тактовых импульсов, приходящими на входы управления модуляторов и фиксаторов 4 уровня. Амплитуда импульсов просуммированных сигналов на выходах усилителей 6 зависит от цвета плодов на соответствующих дорожках транспортера.

Выходы усилителей 6 подключены к входам фиксаторов 5 уровня, управляемых схемой 13 управления фиксаторами уровня. Иа диаграммах (фиг. 6) изображены сигналы управления с выходов генератора тактовых импульсов а (фиг. 6,а), б (фиг. 6,6) и в (фиг. 6,в), управляющие импульсы с выхода схемы 13 управления (фиг. 6,г), напряжения на входе (фиг. 6,д) и выходе (фиг. 6,е) одного из фиксаторов 5 уровня. Управление фиксаторами 5 уровня происходит так, что во время пауз выводы за- поминающих конденсаторов фиксаторов 5 уровня соединяются с общей щиной, и на конденсаторах накапливаются заряды, пропорциональные напряжению смещения усилителей 6 и 7, а во время импульса благодаря большой постоянной времени цепи заряда

10 конденсаторы не успевают разрядиться, и на выходе конденсаторов фиксаторов 5 уровней сигнал не содержит постоянной составляющей напряжения температурного дрейфа усилителей 6 и 7. На дифференциальном Лителе 7 происходит вычитание сигналов, соответствующих первому и второму диапазонам длин волн и усилению полученной разности.

При начлий плода в данный момент в зоне сортировки знак разности определяет цвет

0 плода.

Выход дифференциального усилителя 7 через фиксатор 5 уровня подсоединен к входам компараторов 8, где происходит сравнение сигналов разности с заданными пороговыми напряжениями -|-Unop и Пороговые напряжения равны максимальному уровню помех положительной (+U«)p) и отрицательной (-Unop) полярностей в полезном сигнале. Если разность не превышает

Q уровня помех, компараторы 8 не срабатывают, и нулевое состояние их выходов соответствует отсутствию плода. Когда разность превышает уровень помех, в зависимости от знака разности срабатывает один из компараторов 8, а выход другого остается

с В нулевом состоянии. Код на выходе компараторов в этом случае определяет к какому классу отнесен анализируемый плод - к отбиваемому или пропускаемому. В каждый момент времени на вход компаратора подается разность сигналов с пары фотоэлемен0 тов, соответствующих одной определенной дорожке транспортера, а на выходе компараторов формируется сигнал управления исполнительным механизмом данной дорожки. Превышение сигналом с дифференциа41ь- ного усилителя порогового уровня означает,

5 что определен цвет анализируемого плода и этот плод необходимо выделить из общего потока, т.е. установить исполнительный механизм в требуемое положение.

Выходные сигналы компараторов 8, представляющие собой последовательность им0 пульсов, несущих информацию о требуемом состоянии всех исполнительных механизмов, подаются на вход демультиплексора 9. На управляющие входы последнего поступают сигналы с генератора 12 тактовых им5 пульсов. Изменение состояния выходов демультиплексора 9 происходит только в моменты времени, соответствующие началу времени паузы.

Демультиплексор 9 распределяет информацию с выходов компараторов на входы схемы 10 задержки сигнала, задерживающей информацию о качестве плода на время, необходимое для перемещения плодов из зоны контроля до исполнительных механизмов. Выходы схемы 10 задержки соединены с входами формирователей 11 сигналов управления, служащих для выработки сигналов управления исполнительными механизмами.

Синхронизация схемы 10 задержки и формирователей 11 осуществляется схемой 13 управления фиксаторами уровня так, что включение и отключение исполнительных механизмов 14 осуществляется только в моменты начала времени паузы, когда входы усилителей 6 и дифференциального усилителя 7 посредством фиксаторов уровня 4 и 5 соединены с общей щиной. Такое включение фиксаторов уровня и схемы 13 управления позволяет исключить влияние электромагнитных помех, возникающих при включении и отключении исполнительных механизмов, на результат измерения, так как длительность помех не превыщает времени паузы, и к началу времени импульса, в течение которого происходит обработка полезного сигнала, воздействие помехи на него прекращается.

Выходные сигналы каждого формирователя 11 (фиг. 7,в), вызывающие переключение соответствующего исполнительного механизма, синхронизированы с фронтами выходных импульсов схемы 13 управления фиксаторами (фиг. 7,а). Выходные сигналы фотоэлементов 1 (фиг. 7,6) подвержены влиянию помех, возникающих в моменты срабатывания исполнительных механизмов, а результирующая разность на выходе дифференциального усилителя (фиг. 7,г) от этих помех не зависит.

Совместное введение в автоматический сортировщик по цвету модуляторов, предварительных усилителей, фиксаторов уровня и схемы управления фиксаторами уровня и их синхронная работа позволяют зна

чительно увеличить соотнощение полезный сигнал - коммутационная помеха, исключить влияние температурной нестабильности выходных сигналов усилителей на работу схемы и устранить воздействие на полезный сигнал электромагнитных помех, возникающих при срабатывании исполнительных механизмов, в результате чего повыщается точность сортировки.

Формула изобретения

0

5

Автоматический сортировщик, содержащий подающий транспортер, осветитель, фотоэлементы со светофильтрами на два диапазона длин волн, суммирующие усилители,

дифференциальный усилитель, компараторы, Демультиплексор, схему задержки сигнала, генератор тактовых импульсов, формирователи сигналов управления и исполнительные механизмы, отличающийся тем, что, с целью повыщения помехозащищенности, сортировщик снабжен модуляторами, предварительными усилителями, фиксаторами уровня и схемой управления фиксаторами уровня, причем выходы каждого фотоэлемента подключены к входам соответствующего модулятора, выходы которых соединены с входами предварительных усилителей, выход каждого из последних связан с входами одного из фиксаторов уровня, подключенных выходами к соответствующему суммирующему усилителю, каждый из которых своим

выходом соединен через фиксатор уровня с входом дифференциального усилителя, связанного выходом через фиксатор уровня с компаратором, при этом выход схемы управления фиксаторами уровня соединен с управляющими входами последних и с син- хронизирующ.ими входами схемы задержки сигнала и формирователей сигналов управления, и выходы генератора тактовых импульсов подключены к управляющим входам соответствующих модуляторов и фиксаторов уровня, которые связаны с выходами предварительных усилителей.

пop

6

От дзото- эленента

-в

Кпредбариme/ibHOfii/

ycu/iame/tfo

ХШ

ynpaff.ffflfouic/c/ код Фиг.З

9иг.

Фиг. 5

/

-1..

VФаг. 5

--

t

Изобретение относится к сортировке плодов по цвету и может быть использовано для работы в линиях послеуборочной обработки овощей и фруктов, различающихся по цвету, преимущественно томатов. Изобретение направлено на повыщение помехозащищенности устройств подобного типа. Сортировщик дополнительно снабжен модуляторами, предварительными усилителями, фиксаторами уровня и схемой управления этими фиксаторами. При этом все элементы соединены так, что обеспечивают исключение влияния как коммутационных помех от работы исполнительных механизмов и электронных ключей, так и температуры окружающей среды за счет увеличения соотнощения полезного сигнала и помехи, что в конечном счете повыщает точность дифференциальной сортировки. 7 ил. с SS СО со