Преобразователь сигналов фотоэлектрического датчика Советский патент 1990 года по МПК G01D5/249 

фиг./

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в устройствах дистанционного управления механизмами.

Целью изобретения является повышение точности преобразования за счет повышения помехозащищенности устройства.

На фиг. 1 показана схема преобразователя; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя; на фиг. 3 - траектория движения луча на экране электронно-лу- чевой трубки (ЭЛТ); на фиг. 4 - пример размещения фотодатчиков и цилиндрических линз на экране ЭЛТ; на фиг. 5 многоканальный вариант устройства с многолучевой ЭЛТе

Устройство содержит первый 1.1 и второй 1,2 входные формирователи, ЭЛТ 2, четыре светофильтра 3.1-3.4, четыре собирательные цилиндрические линзы 4.1-4.4, четыре фотодатчика 5,1-5о4 , четыре дифференцирующих блока 6.1-6.4, усилитель 7, коммута- jop 8, усилитель-инвертор 9, элемент 10 ИЛИ, селектор 11 длительности, выходной формирователь 12 и триггер 13, входы 14, 15 и выходы 16-19 устройства, причем входы 14 и 15 устройства через формирователи 1.1 и 1.2 соединены с вертикально и горизонтально отклоняющими пластинами ЭЛТ 2, по периметру экрана которой установлены светофилыры 3.1-3.4, цилиндрические собирательные линзы 4.1-4.4 и фотодатчики 5.1-5,4, выходы которых через дифференцирующие блоки 6.1-6.4 соединены с соответст- вующими входами усилителя 7, выход которого соединен через усилитель- инвертор 9 с R-входом триггера 13 и первым входом элемента 10 ИЛИ, непосредственно S-входом триггера 13 и со вторым входом, элемента 10 ИЛИ, выход которого через последовательно соединенные селектор 11 длительности и выходной формирователь 12 соединен с С-входом коммутатора 8, первый и второй адресные входы которого соединены с прямым и инверсным выход ми триггера 13 и выходами 16 и 17 устройства, выходы 18 и 19 которого соединены с первым и вторым выходами коммутатора 8.

Входные формирователи 1.1 и 1.2 предназначены для преобразования

0

5

0

5

0

5

0

5

0

прямоугольных сигналов в трапеци- идальные с длительностью нарастания и спада импульса , равной

tAOn ,. (1)

где t(j,on - минимально допустимая продолжительность входного сигнала, расцениваемого как достоверный.

Величина определяет время перемещения луча вдоль одной стороны квадрата траектории (фиг. 3) и длительность импульсов на выходах дифференцирующих блоков 6.1-6.4, по которой различают помехи и достоверные сигналы.

Реализуется входной формирователь 1.1 (1.2) путем смещения нулевого уровня сигнала и последующего интегрирования с насыщением. Уровень насыщения определяет величину отклонения луча на экране - величину стороны квадрата траектории.

В качестве ЭЛТ 2 может применяться любая малогабаритная, например с электростатическим отклонением ЗЛ01И, 6Л01И.

Плотность S каждого светофильтра 3.1-3.4 изменяется линейно вдоль его длины от 0 до Ь,. Максимум плотности Зндкс должен обеспечивать яркость светового сигнала на выхрде светофильтра, равную чувствительности фотодатчика 5.1-5.4 с учетом потерь я линзе 4.1-4.4.

Светофильтры 3.1-3.4 располагаются вдоль траектории луча одинаковым образом, например, наибольшей плотностью по часовой стрелке. Ширина цилиндрической линзы 4.1-4.4 перекрывает толщину светового пятна на величину его флуктуации от нестабильности параметров узлов управления лучом.

Фотодатчики 5.1-5.4 могут быть любого линейного типа, например фоторезисторы.

Дифференцирующие блоки 6.1-6.4 обеспечивают аналоговое вычисление производной от сигнала фотодатчиков 5.1-5.4.

и

(2)

где U б - выходной сигнал дифференцирующего блока 6.1-6.4; К - коэффициент пропорциональности;

U 5- - сигнал фоторезистора (фотодатчика) 5.1-5.4, пропорциональный световому потоку на его входе.

Дифференцирующий блок 6.1-6.4 реализуется типовым дифференцирующим звеном на операционном усилителе. Допускается для сокращения помех применение интегродифференцирующего . п звена с преобладанием дифференцирующих свойств.

Знак сигнала дифференцирующего блока 6.1-6.4 соответствует знаку скорости изменения яркости луча, по- падающего на фотодатчик 5.1-5.4, а длительность - минимально допустимой длительности входных сигналов. Сигналы меньшей длительности воспринимаются селектором 11 длительности как по- 20 мехи.

Усилитель 7 - обычный четырехвхо- довой двухполярный усилитель с заданным коэффициентом передачи.

Усилитель-инвертор 9 реализуется 25 на операционном усилителе, имеет коэффициент передачи, равный 1. Предназначен для инвертирования двухпо- лярного сигнала, приведения его к однополярному виду для управления 30 триггером 13 по R-входу.

Селектор 11 длительности предназначен для выделения сигналов длительностью более допустимой (I . Сигналы меньшей длительности считаются помехами.

Выходные потенциалы триггера 13, управляя коммутатором 8, обеспечивают появление выходного импульса на выходах 18 или 19.

Аналоговые и времязадающие элементы, применяемые в схеме, являются типовыми.

Устройство работает следующим обазом.45

Исходное состояние всех элеменов - произвольное. Для примера на иаграмме на фиг. 2 исходным полоением выбрано положение луча в наальной точке а (фиг. 3). Состояние 50 риггера 13 - нулевое.

Входные последовательности 20 и 21 входными формирователями 1.1 и 1.2 преобразуются в аналогичные сигалы 22 и 23, но трапециидальной 55 ормы. Амплитуда этих импульсов опеделяет размер стороны квадрата трактории луча. Луч ЭЛТ 2 перемещается о экрану последовательно с каждым

35

40

. п

20

5 0

5

0

5

5

0

фронтом и спадом импульсов по квадратной траектории - точки а, б, в, г, а ..., задерживаясь в углах траектории. Таксе направление перемещения против часовой стрелки принимаем за прямое вращение датчика (диаграмма 28 на фиг. 2). При перемещении луча из точки а в точку б, из б в в и т.д. яркость светового сигнала на входе фотодатчика 5.1-5.4, а следовательно, электрический сигнал на выходе будут периодически изменяться одинаковым образом, например, уменьшаться от большего значения к меньшему.

На выходах дифференцирующих блоков 6.1-6.4 последовательно появляются импульсы 24, например, положительной полярности длительностью . Каждый из этих импульсов поступает на S-вход триггера 13. Пс первому импульсу триггер 13 перебрасывается в единичное состояние (диаграмма 25 на фиг. 2).

Импульсы 26 через элемент 10 ИЛИ и селектор 11 длительности появляются на выходе 18 коммутатора 8.

В момент t,, импульс 20 заставит луч ЭЛТ 2 изменить свое направление от точки г к точке в. На выходе фотодатчика 5.1 появится сигнал не убывающий, а возрастающий. На выходе дифференцирующего блока 6.1 появится отрицательный импульс 24. Он поступит через усилитель-инвертор 9 в виде положительного перепада на R-вход триггера 13, который вернется в нулевое состояние 25. Выходной импульс 27 появится на выходе 19 коммутатора 8.

До момента t луч ЭЛТ 2 будет перемещаться по часовой стрелке, повторяя обратное перемещение датчика. Триггер 13 будет оставаться в состоянии, соответствующем обратному ходу датчика. Выходные импульсы 27 будут вырабатываться на выходе 19. В момент tЈ по укороченному импульсу 21 луч ЗЛТ 2 переместится по грани а - г траектории туда и обратно на неполное расстояние, что вызовет импульсы 24 укороченной длительности. Хотя триггер 13 и перебросится в новое положение, но выходной импульс не вырабатывается, поскольку укороченные по длительности импульсы на выходе элемента 10 ИЛИ,

не будут пропущены селектором 11 длительности.

В момент t3 импульс на выходе усилителя 7 подтвердит на S-входе новое единичное состояние триггера 13 и очередной выходной импульс,26 появится на выходе 18 коммутатора 8.

Помеха в момент Сд опрокинет триггер 13, но не будет выработан выход- пой импульс коммутатором 8 благодаря действию селектора 11 длительности. Следующий перепад 20 восстановит единичное состояние триггера 13 и выходной импульс появится по-прежнему на выходе 18.

Подключение входных формирователей нескольких преобразующих устройств к отклоняющим системам многолучевой ЗПТ изображено схемой на фиг, 5 Для примера дано подключение входных формирователей двух преобразующих уст- ройств к двухлучевой ЭЛТ 2.

Входные формирователи 1.3 и 1 ,4 второго недоказанного на схеме, но абсолютно идентичного преобразователя подключаются к вторым горизонтальной и вертикальной системам ЭЛТ. Аналогично подключаются при необходимости другие формирователи к третьей и т.д„ отклоняющим системам от третьего и т.д. преобразователей.

Каждая пара входных формирователей обеспечивает установленные размеры траектории своего луча на экране ЭЛТ,

Таким образом, применение для дешифрации направления преимущественно аналоговых элементов значительно сокращает внутренние помехи, повыша- ет точность преобразования сигналов фотоэлектрического датчика за счет снижения ошибок счета, что позволяет повысить точность управления механизмом, на котором установлен датчик, повысить качество управления соответствующим технологическим процессом.

Формула изобретения

1. Преобразователь сигналов фотоэлектрического датчика, содержащий

Q

0

5 0

5

о 5

0

триггер, выходной формирователь и коммутатор, управляющий вход которого соединен с выходом выходного формирователя, первый и второй адресные входы - соответственно с прямым и инверсным выходами триггера, а два выхода - .с первым и вторым выходами преобразователя, третий выход которого соединен с прямым выходом триггера, о т л и- i чающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него введены два входных формирователя, электронно-лучевая трубка, четыре светофильтра, четыре цилиндрические собирательные линзы, четыре фотодатчика, четыре дифференцирующих блока, усилитель-инвертор, усилитель, элемент ИЛИ, селектор длительности и четвертый выход преобразователя, причем два входа преобразователя соответственно через первый и второй входные формирователи соединены с вертикальными и горизонтальными отклоняющими пластинами электронно-лучевой трубки, на экране которой вдоль ожидаемой траектории луча установлены через светофильтры собирательные цилиндрические линзы, в фокусе которых расположены фотодатчики, выходы которых через дифференцирующие блоки соединены с соответствующими входами усилителя, выход которого подключен к S-входу триггера, входу усилителя-инвертора и первому входу элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом усилителя-инвертора и с R-входом триггера, а выход - через селектор длительности с входом выходного формирователя, четвертый выход преобразователя соединен с инверсным выходом триггера.

2. Преобразователь по п. отличающийся тем, что, с целью сокращения аппаратурных затрат в случ ае многоканального варианта, электронно-лучевая трубка выполнена многолучевой, а комплекты светофильтров, линз и фотодатчиков каждого сигнала располагаются на ее экране концентрически вдоль траектории лучей соответствующих каналов.

k

ti

in

«

JС

n n n

TUT

n n nn u u и и u uи

/

П ПП П П

I 11(1 I

ODD anaan DDD a DODO

Фиг.г

ti

in

JС

/

n nn и

П ПП П П

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в устройствах дистанционного управления механизмами. Цель - повышение точности преобразования достигается за счет повышения помехозащищенности устройства. Для этого в устройство, содержащее выходной формирователь 12, триггер 13 и коммутатор 8, введены входные формирователи 1.1 и 1.2, электронно-лучевая трубка 2, на экране которой расположены светофильтры 3.1 - 3.4, собирательные цилиндрические линзы 4.1 - 4.4, фотодатчики 5.1 - 5.4, дифференцирующие блоки 6.1 - 6.4, усилитель 7, усилитель-инвертор 9, элемент 10 ИЛИ, селектор 11 длительности и соответствующие связи. Парименение для дешифрации направления преимущественно аналоговых элементов значительно снижает внутренние помехи устройства, что способствует повышению точности преобразования сигналов фотодатчика. 5 ил.

фиг.З

Фиг.4

llr

Фм.5