Оптоэлектронный датчик Советский патент 1992 года по МПК H03K17/78 

Изобретение относится к автоматическому управлению подьемно-транспортны- ми механизмами и может быть использовано для контроля относительного положения перемещающихся объектов.

Известен фотоэлектронный переключатель, содержащий излучатель, фотоприемник, усилитель, выход которого соединен с выходом фотоэлектронного переключателя 1, Недостатком данного переключателя является низкая надежность из-за отсутствия пороговых элементов в усилительной части переключателя и применения С-контура, параметры которого изменяются под действием температуры и напряжения источника питания.

Наиболее близким к изобретению является оптоэлектронный датчик объектов, содержащий генератор импульсов, ключ на биполярном транзисторе, общую шину, источник постоянного напряжения, резистор, светодиод, регистр, усилитель фотосигналов, выходной триггер 2. К недостаткам данного датчика относится возможность выхода из строя единственного канала усиления фотосигналов, что может привести к аварии транспортного средства, обслуживаемого данным датчиком, Кроме того, недостатком данного датчика является отсутствие элементов самоконтроля, а также отсутствие индикации режима работы, что ухудшает эксплуатационные характеристики датчика.

Цель изобретения - повышение надежности и улучшение эксплуатационных характеристик датчика путем введения дополнительных элементов самоконтроля и индикации.

Цель достигается тем, что в датчик введены второй фотодиод, резистор, второй усилитель фотосигнала, второй D-триггер, а также счетчик импульсов, элемент равнозначности, элемент И, элемент ИЛИ и светодиод индикации, подключенный к выходу элемента ИЛИ, входы которого подключены к выходу счетчика импульсов и к выходу элемента И, входы которого подключены к

выходу одного из D-триггеров и к инверсному выходу элемента равнозначности, прямой выход которого подключен к управляющему входу счетчика импульсов, счетный вход которого обьединен с выходом генератора импульсов и с четными входами D-триггеров, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам элемента равнозначности и к выходам датчика. Информационный вход

второго D-триггера подключен к выходу усилителя фотосигнала, инверсный вход которого соединен с выходом источника напряжения смещения, а прямой вход подключен к фотодиоду, оптически связанному

со сзетодиодом за счет отражения от объекта и включенному в обратном направлении между источником постоянного напряжения и прямым входом усилителя фотосигнала, соединенного с общей шиной через

резистор аналогично первому каналу усиления.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый датчик отличается от известного тем, что в него

введены фотодиод, резистор, усилитель фотосигнала D-триггер, счетчик импульсов, элемент равнозначности, элемент И, элемент ИЛИ и светодиод индикации Таким

образом, заявляемый оптоэлектронный датчик соответствует критерию новизна.

Известны технические решения, в которых применяют второй канал усиления сигнала фотодиода для повышения надежности датчика. Однако работают эти каналы параллельно и при действии постороннего излучения оба канала вызывают ложное срабатывание датчика.

В предлагаемом датчике из-за конструктивного размещения фотодиодов при наличии сигнала с выхода одного из каналов усиления фотосигнала на выходе другого канала сигнал отсутствует. Такое техническое решение вместе с наличием простой схемы самоконтроля работы каналов усиления фо- тосигнвла, а также индикации аварийного режима датчика и срабатывания выбранного канала усиления фотосигнала приводит к значительному повышению надежности и улучшению эксплуатационных характеристик оптоэлектронного датчика. Таким образом, заявляемый датчик соответствует критерию существенные отличия,

На чертеже приведена функциональная схема предлагаемого оптоэлектронного датчика.

Датчик содержит генератор 1 импульсов, ключ на биполярном транзисторе 2, эмиттер которого соединен с общей шиной 3, источник 4 постоянного напряжения. В коллекторную цепь транзистора 2 последовательно с первым резистором 5 включен излучающий светодиод 6. Фотодиоды 7, 8 включены в обратном направлении между источником 4 постоянного напряжения и соответственно вторым резистором 9 и третьим резистором 10. Фотодиод 7 связан по открытому оптическому каналу со светоди- одом 6. Фотодиод 8 связан со светодиодом 6 за счет отражения сигнала от объекта 11. Датчик также содержит усилители 12, 13 фотосигналов, выходные D-триггеры 14, 15 для формирования выходных сигналов соответственно на выходах 16, 17, счетчик 18 импульсов, управляющий вход которого подключен к прямому выходу элемента 19 равнозначности, инверсный выход которого подключен к выходу 20 датчика и к первому входу элемента И 21, второй вход которого подключен к узлу 22, позволяющему выбрать нужный фотодиод для индикации его работы. К выходу элемента ИЛИ 23 подключен светодиод 24 индикации, сигнализирующий срабатывание фотодиодов 7, 8 или неисправность датчика, определяемую элементом 19 равнозначности. Датчик содержит источник 25 напряжения.

Датчик работает следующим образом.

Генератор 1 формирует прямоугольные импульсы напряжения, поступающие на входы синхронизации D-триггеров 14, 15, счетчика 18 импульсов и на биполярный 5 транзистор 2, который, открываясь под действием импульсов, вызывает импульсное возбуждение излучающего светодиода 6. Если объект 11 перекрывает оптический канал между светодиодом 6 и фотодиодом 7,

0 то через фотодиод 7 не протекает фототек и сигнал на входе усилителя 12 равен нулю, т.е. на вход D-триггера 14 сигнал также не поступает, а значит, на его выходе - состояние логического О. При этом фотодиод 8

5 реагирует на импульсы, излучаемые светодиодом 6, которые, отражаясь от объекта 11, попадают на чувствительную поверхность фотодиода 8, создавая на входе усилителя 13 импульсные сигналы значительной амп0 литуды. Усиленные сигналы воздействуют на D-вход триггера 15 и переводят его в состояние логической 1, обеспечивая та- кой же сигнал на выходе 16 и на входе элемента 19 равнозначности.

5 Так как на втором входе элемента 19 равнозначности присутствует с выхода D- триггера 14 сигнал О, т.е. нет равнозначности сигналов по входам элемента 19, то на прямом выходе элемента 19 также будет

0 сигнал О, который поступает на выход 20 и говорит о том, что датчик исправен. Крбме того, сигнал О поступает на управляющими вход усилителя 18 импульсов, запрещая появление сигналов на его выходе. С инверс5 ного выхода элемента 19 равнозначности сигнал 1 поступает на вход элемента И 21, а другой вход, подключенный к входу узла 22, который, например, соединен с выходом триггера 15, находящегося в состоянии 1,

0 поступает также сигнал 1. Имея совпадение сигналов по входу элемента И 21, на его выходе также будет сигнал 1, который, пройдя через элемент ИЛИ 23, вызывает включение светодиода 24 индикации, инди5 цирующего таким образом срабатывание фотодиода 8.

При выходе объекта 11 из чувствительной зоны датчика прекращается оптическая связь между светодиодом 6 и фотодиодом 8,

0 но теперь включается фотодиод 7, вызывая последовательное срабатывание усилителя 12 и D-триггера 14, на выходе которого появляется сигнал 1, т.е. на входах элемента 19 равнозначности и в этом случае не будет

5 совпадения сигналов, так как на выходе D- триггера 15 имеется сигнал логического О. При появлении на выходах элемента 19 равнозначности двух логических О или двух 1, что говорит о неисправности одного из каналов усиления сигнала фототока, на выходе элемента 19 появляется сигнал 1, который поступает на выход 20 датчика и сообщает о неисправности датчика. Кроме того, этот сигнал дает разрешение на работу счетчика 18 импульсов, который с коэффициентом деления К Рвх/5-10 начинает считать импульсы, поступающие с генератора t, Коэффициент К выбран с учетом удобства аизуального контроля сигнала неисправности датчика на светодиоде 24, который начинает мигать под действием импульсов, приходящих с выхода счетчика 18 импульсов через элемент ИЛИ 23 с„частотой 5-10 Гц. На другом входе элемента ИЛИ 23 находится сигнал О, так как элемент И 21 закрыт сигналом О с инверсного выхода элемента 19 равнозначности.

Таким образом, при нормальном функционировании устройства на входах элемента 19 равнозначности всегда присутствуют два сигнала с разными уровнями напряжения - логический О и логическая 1, что связано с конструктивным размещением фотодиодов 7, 8.

Порог срабатывания датчика четко определяется и фиксируется пороговым напряжением усилителей 12, 13, которое определяется уровнем напряжения, поданного на неинвертирующие входы усилителей 12, 13 от источника 25.

Введение второго фотодиода с каналом усиления сигнала повышает надежность датчика, так как при выходе из строя одного из каналов второй обрабатывает появление движущегося объекта, что предотвращает аварийную ситуацию.

При применении датчика появляется возможность фиксации направления движения перемещающихся объектов, что является необходимой информацией при современном автоматизированном производстве. Наличие визуальной индикации состояния фотодиодов, а также неисправного состояния самого датчика сокращает время поиска неисправностей самого датчика, а также комплекса оборудования, в который он входит.

Формула изобретения Оптоэлектронный датчик, содержащий генератор импульсов, транзисторный ключ с общим эмиттером, коллектор которого последовательно с первым резистором соединен со светодиодом, фотодиод, связанный со светодиодом по открытому оптическому каналу и включенный в обратном направлении между источником постоянного напряжения и входом усилителя фотосигналов, который через второй резистор соединен с общей шиной, выходной D-триггер, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, введены дополнительный фотодиод, третий резистор, дополнительный усилитель фотосигналов, дополнительный выходной D-триггер, а также счетчик импульсов, элемент равнозначности, элемент И, элемент ИЛИ и светодиод индикации,

который подключен к выходу элемента ИЛИ, первый вход которого подключен к выходу счетчика импульсов, а второй вход соединен с выходом элемента И, первый вход которого соединен с выходом одного

из D-триггеров и выходом устройства, а второй вход подключен к инверсному выходу элемента равнозначности, прямой выход которого подключен к выходу оптоэлектрон- ного датчика и к управляющему входу счетчика импульсов, счетный вход которого объединен с выходом генератора импульсов и со счетными входами D-триггеров, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам элемента равнозначности и выходам датчика, информационный вход второго D-триггера подключен к выходу дополнительного усилителя фотосигнала, инверсный вход которого соединен с выходом источника напряжения смешения, а

прямой вход подключен к дополнительному фотодиоду, который оптически связан со светодиодом и включен в обратном направлении между источником постоянного напряжения и прямым входом дополнительного усилителя

фотосигнала, и соединен с общей шиной через третий резистор.

Оптоэлектронный датчик относится к автоматическому управлению подъемно- транспортными механизмами и может быть использован для контроля относительного положения перемещающихся объектов. Датчик содержит генератор 1 импульсов, транзисторный ключ 2, в коллектор которого последовательно с резистором 5 включен излучающий светодиод 6, фотодиод 7, связанный со светодиодом 6 по открытому оптическому каналу и включенный в обратном направлении между источником 4 постоянного напряжения и входом порогового усилителя 12 фотосигнала, соединенного через второй резистор 9 с общей шиной 3 питания, выходной D-триггер 14. В датчик введены второй фотодиодЗ. третий резистор 10, второй усилитель 8 фотосигнала, второй выходной D-триггер 15 счетчик 18 импульсов, элемент 19 оавнозначности, элемент И 21,