Фотоэлектрический датчик Советский патент 1992 года по МПК A01C7/00 

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению и предназначено для контроля уровня сыпучих материалов, в частности зерна, загружаемого в бункер зерноуборочного комбайна.

Известен датчик, содержащий световой излучатель и фотоприемник, выход которого соединен с входом усилителя.

Недостаток этого датчика - низкая надежность при контроле сыпучих материалов, размеры частиц которых соизмеримы с размерами датчика.

Известен фотоэлектрический датчик, содержащий заключенные в корпус и расположенные на крепежном элементе датчика светодиод, соединенный с выходом импульсного генератора, и фотоприемник, выход которого соединен с входом усилителя,

Недостаток известного датчика - ограниченные технологические возможности, так как он не может быть применен для контроля уровня зерна в бункере зерноуборочного комбайна. Обусловлено это тем, что при уборке зерна при повышенной влажности на рабочую поверхность датчика налипает полова, всегда присутствующая в зерне. Налипший слой нарушает работу датчика, что и препятствует его использованию для контроля уровня зерна, насыпаемого в бункер комбайна.

Цель изобретения - расширение технологических возможностей датчика.

Для достижения указанной цели датчик снабжен тремя ключевыми элементами, интегратором с диодом в разрядной цепи и сглаживающим фильтром, подключенным через первый ключевой элемент к шинам питания, управляющий вход первого ключевого элемента подключен к выходу усилителя, вход интегратора через второй ключевой элемент подключен к шинам питания, а управляющий вход второго ключевого элемента подключен к сглаживающему фильтру, выход интегратора соединен с управляющим входом третьего ключевого элемента, при этом крепежный элемент датчика выполнен в виде рабочего элемента для установки под углом к потоку загружаемого материала.

На фиг.1 схематически изображен датчик; на фиг.2 - диаграммы, поясняющие работу датчика; на фИг.З vt А - варианты установки датчика в бункере сельскохозяйственной машины.

Фотоэлектрический датчик содержит фотоприемник 1 и светодиод 2, установленные на крепежном элементе 3 датчика. Крепежный элемент 3 и Сопряженная с ним стенха 4 образуют рабочий элемент датчика, который установлен в поток загружаемого в бункер материала под острым углом к потоку. На фиг.З показан вариант установки датчика для случая, когдг загр ужаемый поток сыпучего материала направлен под острым углом к стенке бункера. На фиг.4 поток расположен параллельно стенке бункера. В этом случае датчик устанавливается на дополнительном кронштейне так, что рабочий элемент датчика составляет острый угол с

0 направлением потока сыпучего материала. При такой, установке датчика поток зерна счищает с рабочего элемента датчика налипающие частицы, что повышает надежность работы датчика в условиях повышенной

5 влажности. Светодиод 2 подключен к выходу импульсного генератора 5, а выход фотоприемника 1 - к входу усилителя б через разделительный конденсатор (не показан). Выход усилителя 6 соединен с управляющим входом первого ключевого элемента 7. Сглаживающий фильтр, образованный резистором 8 и конденсатором 9, через элемент 7 и токоограничивающий резистор 10 подключен к шинам 11 и 12 питания (в случае, когда ток через элемент 7 не превышает предельно допустимого, резистор 10 не устанавливают). Интегратор, образованный конденсатором 13 и резистором 14, через второй ключевой элемент 15 подключен к

0 шинам 11 и 12. Разрядная цепь интегратора образована диодом 16 и резистором 17. Управляющий вход элемента 15 соедик ен с конденсатором 9 сглаживающего фильтра. Управляющий вход третьего ключевого элемента 18 подключен к конденсатору 13 интегратора. Выходы элемента 18 являются выходами 19. и 20 фотоэлектрического датчика.

Датчик работает следующим образом.

0 На выходе генератора 5 формируются электрические импульсы прямоугольной формы с частотой следования несколько килогерц (Us, фиг.2). С такой же частотой ceieтодиод 2 излучает световые импульсы. При

5 работе датчика возможны три режима: бун, кер комбайна не заполнен и транспортер не подает зерно в бункер: идет процесс заполнения бункера зерном и на фотопару датчика воздействует движущийся поток зерна;

0 бункер комбайна заполнен зерном и перед фотопарой датчика неподвижно расположен слой зерна.

Транспортер комбайна подает зерно в бункер отдельными порциями, поэтому поток зерна, воздействующий на датчик, является дискретным, состоящим из отдельных порций зерна. Величина порции и длина , промежутка между ними определяется конг структивными особенностями транспортера, подающего зерно в бункер., Если бункер комбайна не заполнен и транспортер не подает зерно, то световые импульсы, излученные светодиодом 2, не возвращаются к фотоприемнику 1. На выходе усилителя 6 сохраняется напряжение, близкое к нулю. Поэтому ключевые элементы 7,15 и 18 остаются разомкнутыми, Прстоянная составляющая сигнала, обусловленная действием дневного света, не проходит с выхода фотоприемника 1 на вход усилителя из-за действия разделительного конденсатора. При заполнении бункера перед фотопарой датчика движется дискретный поток зерна. В результате этого на выходе усилителя б формируются пачки импульсов (Ue, на фиг.2); Длительность пачки импульсов определяется временем прохождения порции зернового потока перед датчиком, а пауза временем, когда зерна перед датчиком нет (участок 21-22, фиг.2) Каждым импульсом с выхода усилителя 6 открывается элемент 7 и конденсатор 9 заряжается через резистор 10. Параметры элементов схемы выбраны так, чтобы выполнялись соотношения Сэ Cg.Re,(2) где г - длительность импульсов на выходе усилителя 6; Т - период следования этих импульсов; Bs, RIO, €9 номинальные значения элементов 8-10. При выполнении соотношений (1) и (2) на конденсаторе 9 формируются низкочастотные импульсы (Оэ, фиг.2-), которые управляют работой ключевого элемента 15. В то время, когда элемент 15 открыт, напряжение на конденсаторе 13 нарастает по экспоненциальмому закону (Ui3, фиг.2). В паузах между импульсами, когда элемент 15 заперт, конденсатор 13 быстро разряжается через диод 16 и резистор 17. Постоянная времени интегратора выбрана так, что при воздействии на Датчик дискретного потока зерна напряжение на конденсаторе 13 не достигает порогового напряжения (Unop.), при котором замыкается ключевой элемент 18. Для этого необходимо выполнение соотношенийCi3RM Tt:(3) Ci3 Ri7«T2,(4) где TI - максимальная длительность низкочастотных импульсов; Т2 - максимальная длительность паузы между низкочастотными импульсами. При выполнении соотношений (3) и (4) элемент 18 остается разомкнутым все время, пока бункер заполняется зерном. После заполнения бункера до уровня, где установлен датчик, на выходе усилителя формируется непрерывная последовательность импульсов (Ue, фиг.2), а на резисторе 17 - постоянное напряжение (Ui7, фиг.2). Вследствие этого через .интервал Тз напряжение на конденсаторе 13 достигает порогового значения и элемент 18 включается. В этом случае срабатывает сигнальное устройство (не показано), подключенное к зажимам 19 и 20 (I, фиг.2). Формула изобретения Фотоэлектрический датчик, содержащий заключенные в корпус и расположенные на крепежном элементе датчика светодиод, соединенный с выходом импульсного генератора, и фотоприемник, выход которого соединен с входом усилителя, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей, он снабжен тремя ключевыми элементами, интегратором с диодом в разрядной цепи и сглаживающим фильтром, подключенным через первый ключевой элемент к шинам питания, при этом управляющий вход первого ключевого элемента подключен к выходу усилителя, вход интегратора через второй ключевой элемент также соединен с шинами питания, а его выход соединен с управляющим входом третьего ключевого элемента, выходы которого являются выходами фотодатчика, кроме того, управляющий вход второго ключевого элемента также подключен к сглаживающему фильтру, а крепежный элемент датчика выполнен с возможностью установки рабочей поверхности фотодатчика под углом к потоку загружаемого материала.

ИЛ А I .1/ Li /1

/fJO/

Напраблёние полюка

/ saffftjfffaefiofo Хриа

Фае.2

HanpodAetiue

Д

датчик