Оптоэлектронный счетчик импульсов Советский патент 1987 года по МПК H03K23/78 

11

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах автоматики и цифровых вычислительных машинах, устройствах визуальной индикации.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и улучшение энергетических характеристик счетчика, т.е. дополнительная органи зация контролирующего устройства для каждой декады счетчика, режима вьгчитания входных импульсов и уменьшение потребляемой мощности,

На фиг,1 представлена блок-схема оптоэлектронного счетчи-ка; на фиг.2 - функциональная схема любого разряда каждой декады, кроме нулевого и пос- леднего; на фиг. 3 - функциональная схема нулевого разряда счетчика; на фиг.4 функциональная схема последнего разряда; ца фиг,5 - функциональная схема контролирующего устройства; на фиг,6 - прерыватель тока с тремя оптическими входами,,

Оптоэлектронный счетчик (фиг.1) содержит ряд однотипных декад, каждая из которых состоит из последова- тельно соединенных разрядов, причем первый оптический вход 1 последующего разряда связан с оптическим выходом 2 предыдущего разряда, каждый разряд счетчика, кроме нулевого разряда, каждой декады подключен к первому электрическому входу 3, причем эти входы всех разрядов, кроме нулевого, соединены один с другим и под- ключены к выходу прерывателя 4 тока вход которого подключен к первой электрической входной шине 5 подключенной также к генератору 6 импуль

сов, а первый оптический вход 7 связан с оптическим выходом 2 последнего разряда, во всех декадах, кроме первой, имеется входной фотоприемник 8 и источник 9 света, вторые оптические входы 10 соответственно разрядов счетчика, прерывателя 4 и дополнительного прерывателя 11 каждой декады связаны с источником 8 света своей декады, один выход которого подклю- ,чен к выходу генератора 6 импульсов, а другой - к общей шине, причем в первой декаде непосредственно, а в остальных - через входной фотоприемник 8, первый оптический вход 12 которого связан с оптическим выходом 2 последнего разряда предыдущей декады, третьи оптические входы 13 всех раз328938

рядов счетчика каждой декады - с источником 9 света своей декады, оптический выход 2 предыдущего разряда - с четвертым Оптическим входом 14 последующего разряда, оптический выход 2 которого связан с пятым и шестым оптическими входами 15 и 16 предыдущего разряда дая каждой декады, первая оптическая шина 17 - с первым оптическим входом 1 нулевого разряда для каждой декады, вторая оптическая шина I8 - с третьим оптическим входом 19 прерывателя 4 ток, своей декады, с вторым оптическим входом 20 входного фотоприемника 8 последующей декады, с седьмым и восьмым оптическими входами 21 и 22 всех разрядов для каждой декады, кроме последнего, седьмой оптический вход 21 которого только один связан с ней, а восьмой оптический вход 22 - с оптическим выходом 2 нулевого разряда.

Третья оптическая шина 23 связана с девятым и десятым оптическими входами 24 и 25 всех разрядов, кроме нулевого, у которого связь с оптической шиной 23 имеется только с девятым оптическим входом 24, с первым оптическим входом 1, с входом 26

5

О

5

5

соответственно дополнительного прерывателя 11 тока и дополнительного входного фотоприемника 27 для каждой декады, оптический выход 2 последнего разряда каждой декады связан с четвертым оптическим входом 14 нулевого разряда, оптический выход 2 которого связан с вторым оптический входом 28 дополнительного входного „ фотоприемника 27 последующей декады, оптический выход 2 нулевого разряда каждой декады связан с третьим оптическим входом 29 дополнительного прерывателя 1I тока, каждый разряд счетчика, кроме последнего, каждой декады подключен к второму электрическому входу 30, причем эти входы всех разрядов, кроме последнего, объединены один с другим и через дополнительный прерыватель 1I тока соединены с второй электрической входной шиной 31,

Электрический вход 3 нулево1 О разряда непосредственно подключен к первой электрической входной шине 5, а электрический вход 32 последнего разряда - к второй электрической входной шине 31, параллельно входному фотоприемнику 8 для каждой декады.

кроме первой, включен дополнительный вводной фотоприемник 27, оптические выходы 2 всех разрядов каждой декады связаны с оптическими входами контролирующего устройства 33 своей декады, количество входрв которого соответствует числу разрядов каждой декады счетчика, оптический выход 34 контролирующего устройства 33 каждой дека- д ды связан с входным прерывателем 35 тока, электрический выход которого подключен к входу генератора 6 импульсов, а вход - к общей шине, оптический выход ЗА контролирующего устрой- ig ства 33 каждой декады связан с оптическими входами входного прерывателя

35тока, число оптических входов входного прерьгаателя 35 тока соответствует числу декад счетчика, 20

Функциональная схема любого разряда каждой декады, кроме нулевого и последнего (фиг.2) включает последовательно соединенные первый фотоприемник 36, снабженный оптическим 25 выходом 2, и источник 37 света, а также второй и третий фотоприемники 38 и 39, первые объединенные выводы у которых связаны друг с другом и через четвертый фотоприемник 40 сое- 0 динены с вторым электрическим входом 30, подключенным к второму выводу третьего фотоприемника 39, первый электрический вход 3 подключен к вторым вьшодам первого 36 и второго 38 фотоприемников, причем первый фотоприемник 36 снабжен первым 1, вторым 10 и седьмым 21 оптическим входами, второй фотоприемник 38 - четвертым 14 и десятым 25, третьий фотоприем- до ник 39°- третьим 13, пятым 15 и девятым 24, а четвертый фотоприемник 40 - шестым 16 и восьмым 22 оптическими входами.

Функциональная схема нулевого , g разряда счетчика (фиг,3) включает последовательно соединенные первый

36и третий 39 фотоприемник, причем первый фотоприемник 36 подключен к

входу прерывателя 41. тока, выход -gQ которого подключен к электрическому входу 3, а третий фотоприемник 39 епосредственно соединен с вторым электрическим входом 30 и содержит оследовательно соединенный второй gg фотоприемник 38, источник 37 света, торой фотоприемник 38 подключен к ходу прерывателя 41 тока, источник

7света, снабженный оптическим вы35

5 0 о

g

g

5

ходом 2,- к общей шине, а объединенные вьшоды первого 36 и третьего 39 фотоприемников, второго фотоприемника 38 и источника 37 света соединены между собой, первый фотоприемник 36 снабжен вторым 10, седьмым 21 и четвертым 14 оптическими входами, второй фотоприемник 38 - первым оптическим входом 1, третий фотоприемник 39- третьим 13, четвертым 14 и шестым 16 оптическими входами, второй фото- приемник 38 - первым оптическим входом 1, третий фотоприемник 39 - третьим 13, четвертым 14 и шестым 16 оптическими входами, прерыватель. 41 тока - пятым 15 и восьмым 22 оптическими входами.

Функциональная схема последнего разряда (фиг,4) свдержит последовательно соединенные первый 36 и второй 38 фотоприемники, причем их первые объединенные выводы через источник 37 света, снабженный оптическим выходом 2, подключены к общей шине, а их вторые выводы - соответственно к первому электрическому входу 3 и к второму прерывателю 42 тока, выход которого соединен с электрическим входом 30, причем первый фотоприемник 36 снабжен первым. 1, вторым 10 и седьмым 21 оптическими входами, второй фотоприемник 38 - третьим 13, пятым 15 и восьмым 22 оптическими входами, а прерыватель тока 42 - четвертым 14 и шестым 16 оптическими входами.

Функциональная схема контролирующего устройства 33 (фиг,5) содержит первый 43 и второй 44 оптоэлектрон-л ные пороговые элементы, оптоэлектрон- ный элемент ИЛИ 45, причем первый оптоэлектронный пороговый элемент 43 и оптоэлектронный элемент ИЛИ 45 содержат последовательно включенные фотоприемник 46 и источник 47 света, а второй оптоэлектронный пороговый элемент 44 содержит последовательно подключенные Источник 47 света и прерыватель 49 тока, причем паралле- льно источнику 47 света включен резистор 48, вторые выводы фотоприемников 46 первого оптоэлектронного порогового элемента 43 и оптоэлектронного элемента ИЛИ 45, резистора 48 и источника 47 света второго оптоэлектронного порогового элемента 44 подключены к питающей шине, оптические входы фотоприемников 46 и пре513

рывателя 52 тока первого 43 и второго 44 оптоэлектронных пороговых элементов связаны с оптическими входами контролирующего устройства/33, оптические выходы первого 43 и второго 44 оптоэлектронных пороговых элегмен- тов связаны с оптическими входами фотоприемника 46 оптоэлектронного элемента ИЛИ 45, снабженного оптическим выходом 34, являющимся оптичес- КИМ выходом контролирующего устройства 33,

Прерыватель тока с тремя оптическими входами (фиг,6), содержит цепочку из трех параллельно включенных фоторезисторов 50-52, один вывод 5 которой подключен к первой электрической входной шине, а второй вывод - к затвору полевого транзистора 53 и через резистор 54 к шине 55 питания -и к стоку транзистора 53, исток которого соединен с первым электрическим входом 3,

Оптоэлектронный счетчик работает

следующим образом.

Информация (цифра) в предлагаемом счетчике представляется одним возбужденным разрядом, порядковый номер которого соответствует весу записанной цифры, т,е, устройство работает в унитарно-позиционном коде. При подаче напряжения питания на шины 5 и 31 и оптического импульса запуска на оптическую шину 17 срабатывает нулевой разряд каждой декада: счетчи- ка. Счетчик готов к записи информа ций. Генератор 6 генерирует импульсы положительной полярности. Все фотоприемники, кроме 8 и 27, каждой декады имеют два устойчивых состоя- ния: проводящее и запертое. Переход из запертого состояния в проводящее происходит при подаче на оптические входы указанных элементов световых сигналов. На оптические входы фото- приемников 36 и 39 всех разрядов каждой декады, кроме последнего, для их срабатывания требуется одновременно подавать три световых сигнала,

На оптические входы фотоприемников 36 и 38 последнего разряда каждой декады для их срабатьгоания требуется одновременно подавать два световых сигнала,

На опт1-гческие входы фотоприемников 38 и 40 всех разрядов, кроме нулевого и последнего, для каждой де

5 O

-5 0

5

0 5 0 5

0

J86

кады для их срабатывания требуется одновременно два световых сигнала,

На оптические входы фотоприемников 8 и 27 каждой декады, кроме первой, для их срабатывания требуется одновременно подавать два световьгх сигнала.

На оптические входы прерывателей 41 и 42 тока нулевого и последнего разряда каждой декады для их срабатывания требуется одновременно подавать два световых сигнала, а на оптические входы прерывателей 4 и 11 тока каждой декада - три световьЬс сигнала, Многовходовые фотоприемники- могут быть выполнены с применением достижений волоконной оптики,

В режиме суммирования входных импульсов на оптическую шину 18 подается постоянно световой сигнал, а на оптическую шину 23 светового сигнала не подается, на электрическую входную шину 5 подается потенциал положительной полярности, на электрическую входную шину 31 - потенциал отрицательной полярности,

Подсчитьшаемые импульсы поступают от генератора 6 импульсов одновременно на все входные источники 9 света, причем при поступлении первого импульса происходит возбуждение первого разряда (срабатьгоает первый фото- приемник), так как нулевой разряд находился в возбужденном состоянии, и на вторую оптическую шину 18 постоянно подается световой сигнал. При этом в паузе между входными импульсами происходит гашение нулевого разряда, так как срабатьгоает прерьшатель 41 тока. Таким образом, в счетчике записалась единица информации. При подаче следующего импульса происходит срабатьшание следующего разряда за первым разрядом первой декады, в паузе между импульсами пер вый разряд гасится, так как срабатывает четвертьй фотоприемник 40, шунтирзпощий источник 37 света того же разряда. При этом прерыватель 41 тока возвращается в исходное состояние. При поступлении очередных импульсов происходит возбуждение последующих разрядов и гашение предыдущих. Наконец, при возбуждении последнего разряда счетчика первой декады входной фотоприемник 8 пропускает последующий импульс на

входной источник 9 света второй декады, происходит срабатывание первого разряда второй декады, так как ее нулевой разряд уже был в возбужденнрм состоянии. При этом также происходит 5 возбуждение нулевого разряда первой декады, так как срабатьтает его третий фотоприемник 39, и на все его три оптические входы поступают световые сигналы.fO

Кроме того, источник 37 света последнего разряда связан с оптическим входом 7 прерьшателя тока своей декады, оптический вход 10 - с входным источником 9 света, а оптический 5 вход 19 - с оптической шиной 18.

Прерыватель тока 4 срабатывает при наличии трех световых сигналов, т.е. при последующем после срабатывания последнего разряда декады входном им-20 Пульсе, при этом разрьгоается цепь питания первой декады и счетчика, и она . приходит в исходное состояние. При наличии трех световых сигналов на оптических входах фоторезисторов 50-52 собранных по схеме И, транзистор 53 .прерывателя тока записьшается и отключает декаду счетчика от шины 55 питания.

В исходное состояние возвращается 0 также прерьшатель 4 тока первой декады и входной фотоприемник 8 второй декады. Процесс повторяется, срабатывает второй разряд декады счетчика и т,д. Аналогично работают в режиме 35 последовательного суммирования все остальные декады счетчика.

В режиме вычитания входных импульсов на оптическую шину 23 пода- ется постоянно световой сигнал, а на оптическую шину 18 светового сигнала не подается, на электрическую входную шину 31 подается потенциа:л положительной полярности, на электрическую- входную шину 5 подается потенциал от- рицательной полярности. Предположим, что в возбужденном состоянии находится первый разряд второй декады и последний разряд пер- вой декады, а все разряды остальных декад находятся в невозбужденном состоянии, причем нулевой разряд каждой екады, кроме первой, находится в возбужденном состоянии, так как это следует из изложенного принципа ра- боты счетчика в режиме суммирования.

При подаче первого входного им- .. ульса переходит в возбужденное состояние предпоследний разряд первой декады, так как срабатывает его фотоприемник 39, на трех оптических входах 13, 15 и 24 которого присутствуют световые сигналы. В паузе между входными импульсами происходит гашение последнего разряда первой декады, так как на его оптических входах 14 и 16 имеются световые сигналы и срабатьша- ет прерыватель 42 тока последнего разряда.

Таким образом, из содержимого счетчика вычлась единица информации. Пр подаче следующего импульса происходит срабатывание следующего разряда за предпоследним первой декады, а в паузе между импульсами - гашение предпоследнего разряда, так как на его оптических входах 14 и 25 имеются световые сигналы и срабатывает второй фотоприемник 38, шунтирующий источник

37света того же разряда. При поступлении очередных импульсов происходит возбуждение последующих разрядов и гашение предыдущих. Наконец, при возбуждении нулевого разряда первой де, кады дополнительньш входной фотоприемник 27 пропускает последующий импульс на входной источник 9 второй декады, и происходит возбуждение нулевого разряда второй декады и последнего разряда первой декады, так как на его оптических входах 13, 15 и 22 имеются световые сигналы и происходит срабатьшание фотоприемника

38последнего разряда первой декады. Кроме того, в данном такте срабатывает прерьшатель I1 тока, при этом разрывается цепь питания первой декады счетчика, , кроме последнего разряда, и она приходит в исходное сое- тояние,

В исходное состояние возвращается также прерыватель 11 тока первой декады и дополнительный входной фотоприемник 27 второй декады. Далее процесс вычитания единицы информации, записанной в счетчик, происходит аналогичным образом.

Для нормального функционирования счетчика необходимо, чтобы длительность входного импульса лежала в следующих пределах

/Vу / О

-Вкл. МИК.С L - ВКЛ-МИН

где i - длительность входного импульса;

бм-мякс максимальная длительность переключения из запертого

в проводящее состояние фотоприемника;.мин- минимальная.

Длительность паузы между входными ,импульсами для нормального функционирования счетчика дотгана быть

t rota, макс

где

- длительность паузы между

входными импульсами-, гаш мсткГ максимальное время гашения разряда.

Так как оптоэлектронный модуль работает в единичном позиционном коде, то в возбуткденном состоянии может находиться только один разряд. Контролирующее устройство 33, состоящее из оптронных пороговых элементов 43 и 4А (реализация многовходовых фотоприемников возможна с помощью волоконной оптики) и оптоэлектронного элемента ИЛИ 45, фиксирует ошибку, если в возбужденном состоянии находится больше одного разряда, или же если информация потеряна. Если при записи числа в оптоэлектронный счетчик, про- изощла ошибка первого рода, т.е. в возбужденном состоянии находится больше одного разряда, то срабатьшает оптоэлектронный пороговый элемент 43 и оптоэлектронньш элемент ИЛИ 45 зафиксирует ошибку, и счет также прекращается.

Если при записи числа в оптоэлектронный модуль произошла ошибка второго рода, т.е. информация, записанная в счетчик, вовсе потеряна, то срабатьшает оптоэлектронный пороговый эле- .мент 44, оптоэлектронный элемент ИЛИ . 45 зафиксирует ошибку, и счет также прекращается.

В оптоэлектронном пороговом элементе 44 чувствительность прерьгоате- ля 49 тока подобрана так, что если на его оптические входы не поступают световые сигналы, то пороговый элемент 44 находится в возбужденном состоянии, в противном случае он не будет переходить в возбужденное состояние .

В оптоэлектронном пороговом элементе 43 чувствительность фотоприемника 46 подобрана так, что пороговый элемент 43 срабатывает, если пороговые сигналы поступают на два и более оптических входах, в противном случае он остается в невозбужденном состоянии. При фиксации оптоэлектрон

ного элемента ИЛИ 45 ошибки входной прерьшатель 36 тока срабатывает, отключая генератор 5 импульсов от питани и запись информации в счетчике прекращается.

Отключая питание, обнуляют все разряды счетчика каждой декады и контролирующее устройство 33.

Для нормального функционирования контролирующего устройства необходимо, чтобы время отключения контролируемого устройства 33 было

t бкл где t

к. V вкл. х.V

Макс гаш. р.

- мокс гяш. р. время включения контролируемого устройства;

максимальное время га- шения разряда.

Снижение потребляемой мощности при работе данного оптоэлектронного счетчика связано с тем, что в любой момент времени в возбужденном состоя- НИИ может находиться только один разряд каждой декады (несколько возбужденных разрядов может быть лишь в промежуток времени гя.р., где Ti-aj.p.- время гашения разряда), так как счет- чик работает в унитарно-позиционном коде..

Формула изо б ре тения

Оптоэлектронный счетчик импульсов, содержащий ряд однотипных декад, в каждом .их разрядов которых последовательно соединены первый фотоприем- ник и источник света, первый оптический- вход последующего разряда, связан с оптическим выходом предьщу- щего разряда, в каждом разряде счетчика первые выводы первых фотоприемни- ков всех разрядов каждой декады,

кроме нулевого, подключены к первому электрическому входу и к выходу пре- рывателя тока, вход которого подключен к первой электрической входной шине и к выходу генератора импульсов, а первый оптический вход связан с оптическим выходом последнего разряда, во всех декадах, кроме первой, вторые оптические -входы ра1зрядов счетчика, прерьшателя тока связаны

с источником света своей декады, один вывод которого подключен к выходу генератора импульсов, а другой - к общей шине в первой декаде непосредственно, а в остальных - через входной

И:l 328938 2

фотоприемник, первый оптический входвсех разрядов, кроме нулевого, и с которого связан с оптическим выходомдеЯятым оптическим входом нулевого последнего разряда предыдзпцей декады,разряда, с пятым и шестым оптически- отличающийся тем, что, сми входами последнего разряда, с пер- целью расширения его функциональныхвым оптическим входом дополнительного возможностей, а. также снижения егопрерьшателя тока и дополнительного фо- потребляемой мощности, в него введе-топриемника каждой декады, оптический ны второй, третий, четвертый фото-выход последнего разряда каждой дека- приемники в каждый разряд декад, кро- д ды связан с четвертым оптическим вхо- ме нулевого, в который введен вместодом нулевого разряда, оптический вы- четвертого фотоприемника прерывательход которого связан с вторым опти- тока и, кроме последнего разряда, вческим входом дополнительного вход- котором введен второй фотоприемник иного фотоприемника последующей дека- прерьгоатель тока, в каждую декаду 15ды, и с третьим оптическим входом до- введены нулевой разряд и контролирую-полнительного прерывателя тока, каж- щее устройство, а также введены вдый разряд счетчика, кроме последнего каждую декаду, кроме первой, допол-каждой декады, подключен к второму нительный входной фотоприемник, вход-электрическому входу, причем электри- ной прерьшатель тока, три оптических 2оческие входы всех разрядов, кроме шины и электрическая входная шина,последнего, через дополнительный пре- причем вторые оптические входы допол-рьшатель тока соединены с второй нительного прерьшателя тока каждойэлектрической входной шиной, первый декады связаны с источником светаэлектрический вход нулевого разряда своей декады, третьи оптические входы 25подключен к первой электрической вход- всех разрядов счетчика каждой декадыной шине, а второй электрический вход связаны с источником света своей де-последнего разряда подключен к второй кады, оптический выход предьщущегоэлектрической входной шине, параллель- разряда связан с четвертым оптичес--но входному фотоприемнику каждой де- КИМ входом последующего разряда, оп- зокады, кроме первой, включен дополни- тический вход которого связан с пятымтельный входной фотоприемник, оптичес- и шестым оптическими входами преды-кие выходы всех разрядов каждой дека- :дущего разряда для каждой декады,ды связаны с оптическими входами первая оптическая шина связана с пер-контролирующего устройства своей дека- вым оптическим входом нулевого разря-ды, количество входов которого соот- да каждой декады, вторая оптическаяветствует числу разрядов каждой де- шина связана с третьим оптическимкады счетчика, оптический выход конт- входом прерьшателя тока своей декады,ролирующего устройства каждой декады с вторым оптическим входом входногосвязан с входным прерывателем тока, фотоприемника последующей декады, с оэлектрический выход которого подклю- седьмым и.восьмым оптическими входа-чен к входу генератора импульсов, а ми всех разрядов каждой декады, кромевход - к общей точке, оптический вы- последнего разряда, и с седьмым опти-ход контролирующего устройства каждой четким входом последнего разряда, адекады связан с оптическими входами «его восьмой оптический вход связан с 5прерывателя тока, число оптических 1 оптическим выходом нулевого разряда,входов входного прерьшателя тока третья оптическая шина связана с де-соответствует числу декад счетчи- вятым и десятым оптическими входамика.

3f S

/- to21

36

/3 2 22

3ff

Фиг.З

37

f

t t /« Z5

32

7.

фаг. 5

55

53

5fi

Оптоэлектронный счетчик импульсов (ОЭСИ) содержит ряд однотипных декад, каждая из которых имеет электрические входы, прерыватели тока, входные шины, генератор импульсов, фотоприемники, источник света, оптические шины, контролирующее устройство, оптические входы, оптические выходы. Изобретение расширяет функциональные возможностл ОЭСИ и улучшает его энергетические характеристики. 6 ил.

В.Данко

5 Фиг 6

Составитель Д.Шалягин

Техред И,Верес

Корр

Корректор .М.Демчик

Заказ 3497/57 Тираж 901 .Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб;, д. 4/5

Производственно--полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная,4