Автоматическое светосигнальное устройство Советский патент 1974 года по МПК F21V23/04 F21W111/47 

1

Изобретение относится к сигнализации.

Областью его специального применения являются светосигнальные устройства средств навигационного оборудования, в частности светящихся морских вех.

Известно автоматическое светосигнальное устройство для морских вех типа ЭМ-25, которое содержит источник света - маячную лампу накаливания, усилитель мощности, генератор проблесковой характеристики огня, световой выключатель и источник постоянного тока - гальванические марганцево-цинковые элементы. Устройство выполнено на бесконтактных элементах и имеет высокую надежность. Номинальное напряжение этого уст-ройства равно 6 в, так как в нем применена маячная лампа накаливания 6 в, 3 вт. Для его питания собирается батарея из нескольких соединенных последовательно гальванических элементов, каждый из которых имеет начальное напряжение 1,5-1,6 в и конечное предельное напряжение 0,7-0,8 в.

Для обеспечения заданной видимости огня вехи напряжение на лампе должно быть не ниже (чем на 10%) номинального значения, а для сохранения номинального срока службы маячной лампы напряжение источника тока не должно превышать номинальное значение более, чем на 10%. Таким образом, в результате этих требований напряжение гальванической оатареи в процессе всего срока автоматического действия вехи должно оставаться в пределах 5,4-6,6 в. На практике для удовлетворения этого требования приходится мириться в начале разряда батареи элементов с перенапряжением на маячной лампе, что ведет к сокраш,ению ее срока службы, а также с недоразрядом гальванических элементов. Например, батарея из шести последовательно соединенных элементов имеет начальное напряжение не ниже 9 в и может быть разряжена до 3,4 в, т. е. по 0,9 в на элемент (остаток энергии, которую можно было бы получить, разряжая элементы до

0,7-0,8 в, не используется).

Световой выключатель известного устройства построен по схеме транзисторного усилителя с фоторезистором в базовой цепи. При измеиении окружающей освещенности изменяется сопротивление фоторезистора и, следовательно, изменяется и сопротивление транзистора, коллектор которого соединен с выходом генератора характеристики огня. Изменяющееся сопротивление транзистора одновременно включено параллельно входной цепи усилителя мощности и запирает или отпирает его в зависимости от изменения окружающей освещенности. В дневное время сопротивление фоторезистора мало, вход усилителя мощности П1унтирован, и лампа не горит

В темное время суток сопротивление фоторезистора увеличивается, усилитель мощности управляется импульсами генератора характеристики огня, синхронно которым включается маячная ла.мпа.

Известное светосигнальное устройство для морских вех характеризуется низкой эффективностью использования энергии гальванических элементов, обусловленной невозможностью иолного их разряда; илавным изменением сопротивления транзистора светового выключателя, приводящим к нестационарному иереходному) режиму в работе устройства, при котором нарушается характеристика огня и увеличивается потребляемая мощность; влиянием света маячной ламиы на работу светового выключателя, из-за чего ири эксплуатации необходимо иредусматривать специальные конструктивные меры, исключающие иоиадание света от ламиы на фоторезистор. Это приводит к уменьшению срока автономного действия вех и снижению безопасности плавания.

Предлагаемое автоматическое светосигнальное устройство для морских вех содержит источник света, усилитель мощности, генератор характеристики огня, световой выключатель в виде транзисторного усилителя с фоторезистором и батарею гальванических элементов.

Особенностью предлагаемого устройства, обеспечивающей повышение эффективности использования энергии гальванических элементов, является то, что в нем применен включенный между генератором характеристики огня и усилителем мощности соединенный с минусом гальванической батареи и выходом генератора характеристики огня асимметричный мультивибратор, один из транзисторов которого коллектором соединен со входом усилителя мощности, а базой через варистор и резистор подключен к минусу батареи гальванических элементов и через тот же варистор и соединенные встречно-последовательно стабилитроны - к плюсу батареи. При этом для получения релейного режима срабатывания светового выключателя и для уменьшения мощности, потребляемой устройством, световой выключатель выполнен по схеме двухкаскадного усилителя с положительной обратной связью, к коллектору выходного транзистора которого подключен генератор характеристики огня, а эмиттеры обоих транзисторов соединены со средней точкой последовательной цепи, состоящей из стабилитрона, подключенного анодом к минусу, и резистора, подключенного к плюсу батареи гальванических элементов. Для исключения влияния света маячной лампы на работу светового выключателя фоторезистор включен между выходом усилителя мощности и входом светового выключателя, шунтированным конденсатором.

На чертеже изображена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит батарею 1 гальванических элементов, маячную лампу накаливания 2, усилитель мощности 3, состоящий из ключевого транзистора 4, термистора 5, резистора 6 и входного транзистора 7, асимметричный мультивибратор 8 на транзисторах 9, 10, резисторах И, 12, 13, 14 и конденсаторах 15, 16, варистор 17, резистор 18, стабилитроны 19, 20, генератор характеристики огня 21

на транзисторах 22, 23, резисторах 24, 25, 26, 27 и конденсаторах 28, 29, световой выключатель 30 с транзисторами 31, 32, резисторами 33,34, 35, стабилитроном 36, резистором обратной связи 37, конденсатором 38 и фоторезистором 39, а также параметрический стабилизатор 40, состоящий из последовательно соединенных стабилитрона 41 и резистора 42. При работе автоматического светосигнального устройства ток от батареи 1, составленной из восьми соединенных последовательно гальванических элементов (начальное наиряжение батареи 12 в, конечное - 5,6 в), подВОДР1ТСЯ в маячной лампе 2 через усилитель мощности 3, в частности через транзистор

4. Этот транзистор является выходным каскадом усилителя мощности и работает в ключевом режиме. Эмиттерно-базовый переход транзистора 4 шунтирован термистором 5 для стабилизации ключевого режима ири

изменении температуры окружающего воздуха, а его базовый ток протекает через резистор 6 и транзистор 7. Последний выполняет роль усилителя тока и одновременно является фазоинвертором, обеспечивающим согласованную непосредственную связь входа усилителя мощности 3 с выходом асимметричного мультивибратора 8. Транзистор 9 выходного плеча мультивибратора 8 в процессе автоматической работы устройства изменяет свое

состояние от одного иредельного состояния, при котором он постоянно з акрыт, до другого предельного состояния, при котором он периодически открывается со скважностью 2 при частоте релаксации 300-400 Гц.

Постоянно закрытому состоянию транзистора 9 соответствует напряжение батареи 1, равное 5,6-6,0 в, а максимальной скважности его переключений соответствует напряжение 12 в. Б промежутке между двумя предельными состояниями скважность релаксационных колебаний аси.мметричного мультивибратора 8 изменяется прямо пропорционально изменению напряжения батареи 1, обеспечивая постоянство потребляемой от батареи 1 электроэнергии и сохраняя при этом номинальный режим работы маячной лампы 2 при различных значениях подводимого к ней напряжения. Автоматическое изменение скважности в функции напряжения батареи 1 обусловлено наличием связи базы транзистора 9 через варистор 17 одновременно с резистором 18 и встречнопоследовательно соединенными стабилитронами 19, 20. Последние обеспечивают в точке соединения их сваристором 17 постоянство напряжения относительно плюса батареи 1 в

процессе ее разряда от начального до конечного значений напряжения, а также при изменении температуры окружающего воздуха. Таким образом, все превышение напряжения батареи 1 над ее минимальным значением в 5,6 в прикладывается к резистору 18 и параллельно к нему подключенной цепи, состоящей из варистора 17 и эмиттерно-базового перехода транзистора 9.

Постоянное уменьшение напряжения батареи 1 в процессе ее разряда приводит к уменьшению сопротивления варистора 17, а это ведет к уменьшению времени разряда конденсатора 15 за счет дополнительной цепи разряда, состоящей из варистора 17, резистора 18 и змиттерно-коллекторного перехода открытого в это время транзистора 10. В результате уменьшается время открытого состояния транзистора 9, т. е. уменьшается скважность переключений мультивибратора 8. Мультивибратор 8 получает питание (положительный потенциал) через генератор характеристики огня 21, и, следовательно, работает только в период проблесков огня. Генератор характеристики огня 21 представлен в виде мультивибратора, хотя принципиально в устройстве может быть использована любая схема генератора характеристики огня без изменения существа устройства.

Генератор характеристики огня 21 получает питание через световой выключатель 30, который выполнен по двухкаскадной схеме усилителя постоянного тока, содержащего транзисторы 31, 32, резисторы 33, 34, 35 и стабилитрон 36, выполняющий роль колекторно-базовой межкаскадной связи, а также резистор 37 положительной обратной связи. Сигналы на вход первого каскада усилителя, шунтированный конденсатором 38, поступают от фоторезистора 39, который соединен с базой транзистора 32 и коллектором транзистора 4 усилителя мощности 3.

Питание светового выключателя 30 осуществляется от параметрического стабилизатора 40, выполненного в виде последовательно соединенных резистора 42 и стабилитрона 41. Световой выключатель 30 имеет релейную характеристику срабатывания, обусловленную наличием в нем положительной обратной связи (резистор 37) и стабилитрона 36. Днем при освещенности 300 лк и выше сопротивление фоторезистора 39 мало. Поэтому транзистор открыт, а транзистор 31 следовательно закрыт, и цепь управления маячной лампой 2, включающая в себя генератор характеристики огня 21, асимметричный мультивибратор 8 и усилитель мощности 3, отключена. С наступлением темноты освещенность плавно уменьшается, а поэтому плавно увеличивается сопротивление фоторезистора 39 и уменьшается ток базы транзистора 32. С уменьшением тока базы транзистора 32 уменьшается положительный потенциал на его коллекторе, постепенно ослабляя запирающее действие на стабилитрон 36. При освещенности порядка 200 лк стабилитрон 36 открывается, и световой выключатель 30 скачкообразно переходит в состояние, при котором транзистор 32 закрыт, а транзистор 31 открыт. При этом, получив питание, цепь управления маячной лампой 2 начинает работать, т. е. генератор характеристики огня 21 вырабатывает положительные прямоугольные импульсы, равные заданной длительности проблеска навигационного огня. Импульсы генератора характеристики огня 21 включают асимметричный мультивибратор 8, который либо пропускает эти импульсы к усилителю мощности 3, не прерывая их (когда лапряжение батареи находится в пределах 5,6-6,0 в), либо прерывает их путем переключения выходного транзистора 9 с различной скважностью (в зависимости от напрял ения батареи в пределах от 6 до 12 в). Поступающие на вход усилители мощности 3, в частности на базу транзистора 7, положительные импульсы, прошедшие по цепи: плюс батареи 1, резистор 42, транзистор 31, транзистор 22, резистор 11, база транзистора 7, минус батареи 1, коммутируют ток базы ключевого транзистора 4, в коллекторную цепь которого включена маячная лампа 2. Когда транзистор 4 открыт, вход светового выключателя 30 шунтируется и тем самым его действие блокируется с целью исключения влияния света маячной лампы 2 на фоторезистор 39. Однако лампа 2 излучает свет постоянно в течение всего проблеска, сформированного генератором характеристики огня, хотя ток в ее цепи прерывается с частотой переключений ассиметричного мультивибратора 8. С этой же частотой блокируется вход светового выключателя 30, но последний не реагирует на свет лампы 2, так как конденсатор 38 шунтирует эмиттерно-базовый переход транзистора 32 на время выключения транзистора 4 в пределах проблеска.

При плавном увеличении освещенности (во время восхода солнца), когда ее значение достигнет 300 лк, световой выключатель 3 под действием положительной обратной связи (резистор 37) скачкообразно переходит в состояние, при котором транзистор 32 открыт, а транзистор 31 закрыт. В этом положении устройство выключено. Далее при изменении освещенности работа устройства происходит аналогично описанному.

Автоматическое выключение огня всегда происходит в момент паузы в характеристике огня. Это позволяет использовать в устройстве любые схемы генератора характеристики огня 21, в том числе схемы с кодовым диском, управляющим контактной группой, через которую поступают управляющие сигналы в усилитель мощности 3, так как выключение огня на день будет происходить всегда при разомкнутом контакте кодового диска.

Кроме оборудования вех, предлагаемое устройство может найти применение на береговых навигационных огнях морей, рек и озер.