Фотоприемное устройство Советский патент 1988 года по МПК G01J1/44 

Unum.

Изобретение относится к фотометии, а именно к фотометрическим атчикам, и может найти применение автоматике, в частности для контоля положения металла в прокатном роизводстве, и других областях ехники, где необходимо измерение регистрация светового потока в шиоком диапазоне его интенсивности.

Целью изобретения является расирение диапазона интенсивности регистрируемого света.

На фиг. 1 приведена схема фоториемного устройства; на фиг.2 - рабочая характеристика первого операционного усилителя устройства; на фиг. 3 - зависимости напряжения срабатьшания („„0 ) и ширины петли гистерезиса (uU) второго операционного усилителя от величины регулируемого резистора узла смещения; на фиг,4 - зависимость ширины петли гистерезиса второго операционного усилителя от уровня засветки фотодиода.

Фотоприемное устройство содержит фотодиод 1, первый операционный усилитель 2, первый резистор 3, узел 4 нелинейной обратной связи, вто15ой резистор 5, второй операционный уси- литель 6.

Фотодиод 1 подключен выводами к прямому и инверсному входам операционного усилителя 2, резистор 3 включен в цепь обратной связи операционного усилителя 2, узел 4 нелинейной обратной связи первым, вторым и третьим выводами включен между выходом и инверсным входом операционного усилителя 2 и общей шиной питания, второй резистор 5 включен между прямым входом операционного усилителя 2 общей шиной питания, второй операционный усилитель 6 подключен инверсным входом к выходу операционного усилителя 2, а прямым - к первому выводу узла 7 смещения, второй вывод которого подключен к выходу второго усилителя 6, а третий и четвертый вьшоды включены между шиной питания и общей шиной.

Узел 4 нелинейной обратной связи состоит из стабилитрона 8 и резис- тивного делителя напряжения, состоящего из резистора 9 и 10, выводы стабилитрона 8, резисторов 9 и 10 являются первым, вторым и третьим выводами узла 4 соответственно.

5

0

5

0

5

0

5

0

5

Для узла 4 на фиг. 2 показана зависимость выходного сигнала усилителя 2 от уровня засветок на фотодиоде 1. При необходимости более плавной зависимости узел выполняют в виде ряда аналогичных цепочек, параллельно подключенных к выводам узла и имеющих соответствующие напряжения стабилизации стабилитронов 8.

Узел 7 смещения состоит из двух резистивных делителей напряжения, при этом первый делитель - из резисторов 11-13, где резистор 12 регулируемый, второй делитель - из резисторов 14 и 15, при этом точка соединения резисторов 14 и 15, другой вывод резистора 15, выводы резисторов 11 и 13 являются первым, вторым, третьим и четвертым выводами узла 7 срответственно.

Первый делитель напряжения определяет порог срабатывания усилителя 6, а второй - глубину положительной обратной связи этого усилителя, Пе- ременньм резистором 12 (см.фиг,3), являющимся общим элементом обоих делителей напряжения, регулировка порога срабатьгоания U,, , а также глубина обратной положительной связи uU усилителя 6 производится параллельно. При полностью выведенном резисторе 12 (R, 0) резистор 13 определяет начальное значение порога срабатывания (bU , фиг,3), а резистор 14 - начальное значение ширины петли гистерезиса усилителя 6 (ди°, фиг. 3),

Такое вьтолнение узла 7 смещения обеспечивает зависимость выходного сигнала U gj,, (фиг,4) от уровня засветки фотодиода с релейной характеристикой и регулируемой шириной петли гистерезиса, что обеспечивает надежность и достоверность работы устройства в целом, так как реализовано следующее соотношение: при малых уровнях засветки устройство допускает малые флюктуации, а при больших засветках - соответственные этим уровням засветок флюктуации, В противном случае (при больших уровнях засветки и малых допустимых их флюктуациях при неизменной петле гис-- терезиса) происходят ложные срабатывания устройства.

На фиг, 1 показаны резисторы 16 и 17 и стабилитрон 18, включение которых не является существенным признаком для предлагаемого устройства, но может быть применено для работы устройства (защита усилителя 6 от перегрузки по входу). Выходом устройства является выход усилителя 6, в качестве измерительного (линейного) может служить выход усилителя 2,

Устройство работает следующим образом.

При появлении засветки (фиг.1) фотодиод 1 вырабатывает фототок, за счет которого усилитель 2 на своем выходе увеличивает потенциал до уровня, когда (с учетом отрицательной обратной связи через резистор 3) возмущающее воздействие фотодиода 1 на входе усилителя 2 уравновесится. При уровнях засветки от О до Рд (фиг.2) усилитель 2 будет ра

ботать на участке рабочей характеристики в диапазоне между точками О и А. При уровне засветки больше Рд на выходе усилителя 2 напряжение становится более Цд , при этом срабаты- вает стабилитрон 8 и подключается дополнительная отрицательная обратная связь узла 4. Коэффициент передачи усилителя 2 уменьшается, что соответствует участку характеристики (фиг.2) между точками А и В. При засветках более Fg усилитель 2 на- сьш1ается, т.е. формирует максимальную амплитуду сигнала.

Выходной сигнал усилителя 2 поступает на инверсный вход усилителя 6, на прямой вход которого подается сигнал смещения с узла 7. В усилителе 6 происходит сравнение двух сигналов - с усилителя 2 и с узла 7 смещения и при превьш1ении первого над вторым формируется выходной релейный сигнал устройства.

Использование предлагаемого изобретения обеспечивает повыпение температурной стабильности устройства за счет обеспечения работы фотодиода при практически нулевой разности потенциалов на его вьгоодах повьш1е- ние достоверности выходных сигналов (за счет исключения ложных выход-: ных сигналов). обеспечиваемой согла- сованньм изменением глубины положительной обратной связи (ширины петли

88733

гистерезиса) формирователя выходных сигналов и порога его срабатывания, а также увеличение диапазона интен- сивности измеряемого света, обеспечиваемого нелинейной отрицательной обратной связью первого усилителя фототока, обеспечивающего при малых входных сигналах большой коэффициент уси- jg ления и наоборот.

Таким образом, использование пред- лагаемого изобретения позволяет улучшить эксплуатационные возможности устройства.

5

0

0

5

5

0

5

0

Формула изобретения

Фотоприемное устройство, содержащее фотодиод, первьй и второй операционные усилители (ОУ), первый и второй резисторы, узел смещения, включающий третий и четвертый резисторы, причем фотодиод подключен к входам первого ОУ, между выходом и первым входом которого включен первый резистор, а между вторым входом и общей шиной питания включен второй резистор, выход первого ОУ соединен с первым входом второго ОУ, второй вход которого подключен к выходу узла смещения, вьтод третьего резистора подключен к шине питания, а вывод четвертого резистора соединен с общей шиной, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона интенсивности регистрируемого света при наличии оптических помех, в него введен узел нелинейности, выполненный в виде последовательно соединенных стабилитрона и пятого резистора, включенных между выходом первого ОУ и общей шиной, точка соединения стабилитрона и пятого резистора через шестой резистор соединена с первым входом первого ОУ, в узел смещения введены седьмой регулируемый, восьмой и девятый резисторы, седьмой резистор включен между третьим и четвертым резисторами, к точке соединения третьего и седьмого резисторов подключен восьмой резистор, второй вывод которого является выходом узла смещения и через девятый резистор соединен с выходом второго ОУ.

ивш.г UB

UA

В

Изобретение относится к фотометрии и может быть использовано для контроля положения предметов в различных областях техники. Цель изобретения состоит в расширении диапазона интенсивности света. Фотоприемное устройство состоит из фотодиода 1, двух операционных усилителей 2 и 6, узла 4 нелинейной обратной связи, узла 7 смещения и двух резисторов 3 и 5. При появлении засветки фотодиод вырабатывает фото- ток, и на выходе первого усилителя формируется электрический сигнал. Этот сигнал пос.тупает на инверсный вход второго усилителя 6, на прямой вход которого подается сигнал смещения. Во втором усилителе 6 происходит сравнение двух сигналов, и при превышении первого над вторым формируется входной релейный сигнал устройства. Устройство обеспечивает большее усиление при малых засветках и регулирование ширины петли гистерезиса в зависимости от уровня засветки. 4 ил. с б СЛ

Unap

ли

иВьп. 6

и.

пор

ли

FfTop.l

FA

фи.2

fB

Urrop

CfJU&S

-Iffг

fnop.2