Фотореле Советский патент 1990 года по МПК H01H47/24 

-

(/}

с

Изобретение относится к импульсной оптоэлектронной технике, в частности к датчикам параметров перемещения рабочих органов в механизмах. Цель - расширение функциональных возможностей фотореле за счет определения местоположения объекта перекрытия в световом потоке. Цель достигается введением в фотореле формирователей 30 и 31 импульсов, усилителя 26, аналогового запоминающего устройства 28, аналого-цифрового преобразователя 27, N-разрядного регистра 29 и дополнительного резистора 25. При этом объект перекрытия выполнен в виде светопроницаемого диска 33 с N-зонами, каждая из которых содержит три светопроницаемых сектора. Фотореле включает также фотодиод 1, резисторы 3, 7 и 11, биполярный транзистор 5 с коллекторной нагрузкой 6, стабилитроны 8 и 12, биполярный транзистор 9 с коллекторной нагрузкой, конденсатор 13, инверторы 14-16, логические элементы И 17-19, логический элемент ИЛИ-НЕ 20 и RS-триггеры 21 и 22. 2 ил.

СП О О Ю О

К)

2-L

Изобретение относится к импульсной оптоэлектронной технике, в частности к датчикам параметров перемещения рабочих органов в механизмах, и является усовершенствованием изобретения по авт. св. Me 1257720.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет определения местоположения объекта перекрытия в световом потоке

На фиг.1 представлена принципиальная схема фотореле; на фиг.2 - светопроницаемый диск.

Фотореле содержит фотодиод 1, анод которого соединен с общей шиной 2,а ка- тод через первый резистор 3-е шиной источника 4 постоянного напряжения, первый транзисторный ключ с общим эмиттером, построенный на биполярном транзисторе 5 с коллекторной нагрузкой 6, между базой которого и катодом фотодиода 1 последовательно с вторым резистором 7 включен в обратном направлении стабилитрон 8 с большим напряжением стабили- зации, второй транзисторный ключ с общим эмиттером, построенный на биполярном транзисторе 9 с коллекторной нагрузкой 10, между базой которого и катодом фотодиода 1 последовательно с третьим рези- стором 11 включен в обратном направлении стабилитрон 12 с меньшим напряжением стабилизации, конденсатор 13, первый 14, второй 15 и третий 16 инверторы, первый 17, второй 18 и тре- тий 19 логические элементы И, логический элемент ИЛИ-НЕ 20, первый 21 и второй 22 RS-триггеры, выходы 23 и 24 которых являются выходами устройства.

Коллектор первого ключа на гранзисто- ре 5 соединен с первыми входами логических элементов И 17 и 19 и с входом инвертора 14, коллектор второго ключа на транзисторе 9 соединен с вторым входом логического элемента И 17, входами инвер- торов 15 и 16 и через конденсатор 13 с общей шиной 2. Выходы инверторов 14 и 15 соединены соответственно с первым и вторым входами логического элемента И 18, третий вход которого соединен с третьим входом логического элемента И 19 и с выходом логического элемента ИЛИ-НЕ 20. Выход инвертора 16 соединен с вторым входом логического элемента И 19, выход логического элемента И 17 - с R-входами тригге- ров 21 и 22, выход логического элемента И 18 - с S-входом триггера 21, выход которого соединен с первым входом логического элемента ИЛИ-НЕ 20, выход логического элемента И 19 соединен с S-входом триггера 22. выход которого соединен с вторым

входом логического элемента ИЛИ-НЕ 20. Катод фотодиода 1 через дополнительный резистор 25 подключен к входу усилителя 26, выход которого подключен к первым входам аналоге цифрового преобразователя (АЦП) 27 и аналогового запоминающего устройства (АЗУ) 28, выход которого подключен к второму входу АЦП 27, выходами подключенного к входам N-разрядного регистра 29. Элемент И 18 через первый формирователь 30 импульсов подключен к второму входу регистра 29, выход элемента И 19 через второй формирователь 31 импульсов - к второму входу АЗУ 28.

Световой поток 32 модулируется светопроницаемым диском 33 (фиг.2), в каждой зоне 34 которого размещены три сектора 35 1 - 35.3 с различной плотностью, причем первые секторы всех зон и вторые секторы всех зон идентичны соответственно по оптической плотности, а третьи секторы всех зон имеют различные оптические плотности При вращении диска в пределах одной зоны фотодиод 1. реагируя на световой поток 32 различной мощности, формирует три фотосигнала различной амплитуды, причем два сигнала в каждой зоне идентичны, а третий изменяется от зоны к зоне и по его оптической плотности определяют зону, пересекающую световой поток 32.

Фотореле работает следующим образом.

Фотодиод 1. освещенный через сектор 35.1 световым потоком значительной мощности, создает большой фототек, напряжение на катоде фотодиода 1 в эюм случае невелико и не достигает напряжения стабилитрона 12. Ключи на транзисторах 5 и 9 закрыты, и логический элемент И 17 формирует сигнал, сбрасывающий триггеры 21 и 22 в состояние О Сигналы на выходах 23 и 24 устройства в таком режиме работы отсутствуют,

Электрическое состояние устройства изменяется, если мощность светового потока, воздействующего на фотодиод 1, снижается (сектор 35.2), и напряжение на катоде фотодиода 1 превосходит напряжение стабилизации стабилитрона 12, но не достигает напряжения стабилизации стабилитрона 8. В этом случае ключ на транзисторе 9 фиксируется в режиме насыщения (полностью отпирается), а ключ на транзисторе 5 остается закрытым Инвертор 16 реагируя на сигнал с коллектора транзистора 9 включает логический элемент И 19, который, в свою очередь, переводит в состояние 1 триггер 22. На выходе 24 формируется сигнал напряжения. Одновременно триггер 22 через логический элемент ИЛИ-НЕ 20 возвращает логический элемент I/I 19 в состояние О.

Если мощность светового потока, воздействующего на фотодиод 1, невелика (сектор 35.3), то потенциал катода фотодиода 1 близок к напряжению источника 4 и превышает напряжение стабилизации стабилитрона 8. (Ip.i этом отпираются оба ключа на транзисторах 5 и 9. Однако благодаря конденсатору 13 формирование отрицательного сигнала напряжения на коллекторе транзистора 9 задерживается и первым в состояние О переходит ключ на транзисторе 5. что исключает ложное срабатывание инвертора 16. элемента И 19 и триггера 22. Ключ на транзисторе 5 по цепи с инвертором 14 переключает логический элемент И 18 и переводит в состояние 1 триггер 21, На выходе 23 формируется сигнал напряжения. Одновременно триггер 21 через логический элемент ИЛИ-НЕ 20 возвращает логический элемент И 18 в состояние О.

При использовании в качестве объекта вращающегося диска 33 (фиг.2) фотореле обеспечивает информацию не только о скорости, но и о направлении вращения диска, Если после прозрачного сектора диска световой поток 32 пересекает полупрозрачный сектор, то очередной сигнал напряжения формируется на выходе 24, что свидетельствует о вращении диска против часовой стрелки (фиг.2). Если диск вращается по часовой стрелке, то первым после импульсной паузы формируется сигнал напряжения на выходе 23.

При срабатывании элемента И 19 по фронту сигнала с его выхода формирователь 31 формирует импульс, которым в АЗУ 28 записывается амплитуда сигнала, поступающего с фотодиода 1 через усилитель 26, т.е. записывается уровень сигнала, вызываемого световым потоком 32, проходящим через соответствующий секгор зоны диска 33. После окончания импульса записи величина сигнала хранится в АЗУ и является опорным сигналом АЦП 27, При дальнейшем вращении диска 33 срабатывает элемент И 18, и по фронту сигнала с его выхода формирователь 30 формирует импульс, который записывает в регистр 29 код сигнала, поступающего в АЦП 27 через усилитель 26 с фотодиода 1. Код амплитуды сигнала, вызываемого в фотодиоде 1 потоком 32, при пересечении третьего сектора соответствует зоне с заданной оптической плотностью, По величине сигнала, т.е. по коду, судят о местоположении зоны сектора,

Таким образом, четкий контроль направления движения механизма, который обеспечивает фотореле, позволяет, в частности,

автоматически исключать аварийные ситуации, связанные с перемещениями механизмов в ложных (нерабочих) направлениях.

5 При этом по коду в регистре 29 судят о местоположении зоны, т.е. об угле попорота диска относительно исходною значения.

Поскольку опорный сигнал проходит к АЦП по тому же электрическому тракту пре0 образования и усиления,что и контролируемый сигнал, обеспечивается стабильность измерений при изменении светового потока 32.

Соотношение оптических плотностей

5 третьего сектора зоны и какого-либо второго сектора не зависит от электрических параметров, что позволяет определить местоположение зоны диска (и, следовательно, пройденный путь) и после прерывания

0 питания.

Таким образом, фотореле обладает расширенными функциональными возможностями, так как определяет, кроме знака изменения направления светового потока,

5 его интенсивность. Это позволяет использовать его не только как датчик направления перемещения, но и как датчик местоположения объекта.

0Формула изобретения

Фотореле по авт.св. Nr. 1257720, отличающееся ТРМ, чго, с целью расширения функциональных возможностей за счет определения местоположения объекта пере5 крытия в световом потоке, введены два формирователя импульсов, усилитель аналоговое запоминающее устройство, аналого-цифровой преобразователь, N- разрядный регистр и дополнительный рези0 стор, а объект перекрытия выполнен в виде светопроницаемого диска с N зонами, каждая из которых содержит три светопроницаемых сектора, причем катод фотодиода через последовательно соединенные допол5 нительный резистор и усилитель подключен к первым входам аналогового запоминающего устройства и аналого-цифрового преобразователя, выходы которого подключены к соответствующим первым входам М-раз:

0 рядного регистра, второй вход которого соединен с выходом первого формирователя импульсов, вход которого подключен к выходу второго логического элемента И, выход третьего логического элемента И подключен

5 к входу второго формирователя импульсов, выход которого соединен с вторым входом аналогового запоминающего устройства, выход которого подключен к второму входу аналого-цифрового преобразователя, а третьи светопроницаемые секторы зон имеют различные оптические плотности.

Фиг. 2