Фотодатчик Советский патент 1993 года по МПК G01B21/00 

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано в качестве средства получения Контрольной информации при автоматизации различного рода технологических процессов, в частности, при обработке материалов давлением, в обрабатывающей промышленности, металлургическом производстве, при производстве изделий из пластмассы,.

, Известны фотодатчики, содержащие приемник излучения, усилитель, частотоза- висимую цепь, выпрямитель, пороговый элемент, источник излучения. Перечисленные элементы образуют цепь положительной обратной связи, замыкающуюся через оптический канал. Если последний открыт, то в фотодатчике возникают колебания, при наличии же в оптическом канале непрозрачного предмета - колебания затухают. Недостатком подобных устройств являе-гся значительная сложность, и недостаточная помехозащищенность, обусловленная влия

нием сторонних источников засветки, которые могут привести к возникновению коле. баний при закрытом световом канале.

В реальных условиях эксплуатации фо. тодатчиков суммарный световой поток, воспринимаемый приемником излучения, определяется не только импульсами от источника излучения, но и световыми помехами, обусловленными сторочними источниками засветки. Среди таких источников наиболее существенными являются солнечный свет, создающий постоянный, медленно меняющийся уровень светового потока; осветительные приборы накаливания, создающие постоянную и переменную составляющие светового потока. (Частота переменной составляющей у источников этого вида имеет удвоенное значение по отношению к питающему прибору напряжению); газоразрядные лампы, создающие постоянную и переменную составляющие. Причем у источников этого вида переменная составляющая имеет крайне высокий

юА

XI

ю о ш

ю

процент содержания нечетных гармоник, а значение частоты первой гармоники имеет так же удвоенное значение по отношению к питающему напряжению.

Восприимчивость к помехам существенно ограничивает область применения известного фотодатчика. При этом помехо- вая обстановка осложняется тем, что пита- ющее (сетевое) напряжение изменяется как по амплитуде, так и по частоте и содержанию высших гармоник.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому эффекту является фотодатчик, содержащий генератор, выход которого через формирователь и усилитель мощности соединен со входом источника излучения, последовательно соединенные приемник излучения, фильтр верхних частот, усилитель, выпрямитель, фильтр нижних частот и пороговый элемент,

Основным недостатком известного фотодатчика так же является ограниченная область применения, обусловленная низкой помехоустойчивостью, которая связана с тем, что фильтр верхних частот пропускает высокочастотные составляющие от сторонних источников засветки.

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости и, тем самым, расширение областей применения фотодатчика.

Поставленная цель достигается тем, что в известный фотодатчик, содержащий источник излучения, приемник излучения, усилитель, формирователь импульсов и фильтр нижних частот, согласно изобретению введены токоограничивающий резистор связи входа источника излучения с шиной питающего сетевого переменного напряжения, преобразователь ток-напряжение и модулятор, выход модулятора соединен со входом фильтра нижних частот, его упраэляющий вход соединен с выходом формирователя импульсов, вход соединен с выходом усилителя, а выход приемника излучения соединен со входом усилителя через преобразователь ток-напряжение, формирователь импульсов выполнен с входом связи с шиной питающего сетевого переменного напряжения.

Сущность изобретения, таким образом, состоит в том, что гармонические составляющие всех мешающих источников засветки имеют четные, по отношению к питающей сети, номера гармоник, а алгоритм работы построен таким образом (путем введения модулятора и использования фильтра нижних частот, что среднее значение сигнала от их действия равно нулю, равно как и от

постоянного фона засветки. Среднее же значейие от полезного сигнала отлично от нуля.

На фиг. 1 представлена функциональная

схема заявляемого фотодатчика; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие преобразование сигналов в фотодатчике, а - временная диаграмма полезного потока излучения I(t) на выходе источника излучения 2; б - временная диаграмма сторонних источников излучения .ropft), где ост - постоянный уровень засветки (для упрощения представлена только вторая гармоника, по отношению к питающей сети, имеющей

период Т); в - временная диаграмма напряжения на выходе усилителя 5 - Us(t); г - временная диаграмма управляющего напряжения на выходе формирователя импульсов 7 - U(t); д - временная диаграмма выходного напряжения модулятора 6 - Ue(t); e - временная диаграмма выходного напряжения фильтра постоянной составляющей 8 - U8(t).

Фотодатчик содержит токоограни .чивающий резистор 2 последовательно .соеди- ненный с источником 2 излучения, последовательно соединенные приемник излучения 3, преобразователь 4 ток-напряжение, усилитель 5 и модулятор 6, формиро-

вэтель импульсов. 7, выход которого соединен с управляющим входом модулятора 6, выход которого соединен со входом фильтра 8 нижних частот, вход формирователя 7 импульсов и вывод токоограничивающего резистора 1 соединены с шиной питающего сетевого переменного напряжения.

Фотодатчик работает следующим образом.- .

Источник 2 излучения, питаемый через токоограничивающий резистор 1 от шины сетевого переменного напряжения, выдает модулированный поток излучения, форма которого представлена на временной диаграмме фиг.2а, и описывается следующим выражением:

50

Т,гЧУ, Фатах Sin ОН, При t С {О Т/2

0,npntC T/2,T.

где Фг (t) - поток, формируемый источником 2 излучения.

Фгтах - амплитуда потока %(t); со-частота питающей сети.

Приемник 3 излучения воспринимает как поток fe(t), так и поток, обусловленный сторонней засветкой ФЬор, который имеет вид (фиг.26).

ФсторМ Фпост + Ј Фт Sin ( 2 i О) t + Я )

i 1

где Фпост поток, обусловленный постоянным уровнем засветки;

i - номер гармонической составляющей суммарного периодического потока;

(р. - начальная фаза 1-й гармонической составляющей;

Фт - амплитуда 1-й составляющей

ФсторМ.

Как было указано выше, все гармонические составляющие, обусловленные сторонними источниками засветки, являются четными по отношению к частоте питающего напряжения (в последней формуле перед состоит множитель 2). На фиг.26 для простоты дана картинка для I 1.

Выходной ток приемника 3 излучения преобразуется в напряжение в преобразователе 4 ток-напряжение, которое усиливается при помощи усилителя 5. В результате на входе модулятора б будет присутствовать следующее напряжение:

U5(t) Кз К4 KR fc(t) + Фстор (t),

где Кз, Кз, KS - коэффициенты соответственно приемника 3 излучения, преобразователя 4 ток-напряжение и усилителя 5 (см. фиг.2в).

Напряжение на выходе формирователя импульсов 7, ) представлено на фиг,2г. Данное напряжение формируется от питающего сетевого, причем в моменты прохождения через ноль которого происходит смена полярности напряжения L)7(t).

Модулятор 6 работает следующим образом.

В интервале времени О, Т/2, когда выходное напряжение формирователя 7 импульсов положительной полярности, коэффициент передачи модулятора 6 равен 1. В интервале времени Т/2. Т его коэффициент передачи равен - 1.

Таким образом на входе фильтра 8 нижних частот подается напряжение;

t 6 О, Т/2 Ue W - +Кз Кд , Kg x

(Х} + ФсторМ ;

t е т/2, т и6им -к3 К4 к5 ФстоР(т)

Фильтр 8 нижних частот производит осреднение выходного напряжения модулятора 6. Его выходное напряжение будет иметь вид;

Us i / Ue (t) + Uen(t) dt

T

1T Y Кз К4 Ks Фат / sino) t dt

Ф2т Кз K4 K5 Л

Как видно из последнего выражения выходное напряжение Ue фильтра 8 нижних

частот пропорционально только световому потоку от источника 2 излучения.

Среднее же напряжение, обусловленное сторонними источниками излучения равно нулю..

Таким образом достигается повышение помехоустойчивости фотодатчика и, как следствие, расширяются области его использования как средства контроля при осуществлении различных технологических

процессов.

Формула изобретения Фотодатчик, содержащий источник излучения, приемник излучения, усилитель,

формирователь импульсов и фильтр нижних частот, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения за счет повышения помехоустойчивости, в него, введены токоогранидавающий резистор

связи входа источника излучения с шиной питающего сетевого переменного напряжения, преобразователь ток-напряжение и модулятор, выход модулятора соединен с входом фильтра нижних частот, его управляющий вход соединен с выходом формирователя импульсов, вход соединен с выходом усилителя, а выход приемника излучения соединен с входом усилителя через преобразователь ток-напряжение, формирователь

импульсов выполнен с входом связи с шиной питающего сетевого переменного напряжения,

Г

1

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике. Целью изобрете- ния является расширение области применения за счет повышения помехоустойчивости путем снижения его вослрйимчивости к посторонним источникам засветки. Помехоустойчивость обеспечивается снабжением датчика преобразователем ток - напряжение, модулятором и токоогра- ничивающим резистором. Благодаря наличию резистора 1 источник излучения 2 выдает модулированный поток излучения. Поэтому выходной сигнал приемника излучения 3, изменившись в преобразователе 4 ток-напряжение и пройдя усилитель 5, поступает на модулятор бис помощью формирователя импульсов 7 и фильтра нижних частот 8 преобразуется так, что среднее значение сигнала от сторонних источников засветки равно нулю, а среднее значение полезного сигнала отлично от нуля. 2 ил,

ЪнгШЪ Т Ц 27 5/2Т

К пороеойвму Элементу