Фотореле Советский патент 1982 года по МПК G06T7/20 

(54) ФОТОРЕЛЕ

Изобретение относится к средствам автоматизации и может быть использовано в качестве средства получения информации для систем автоматического управления технологическими процессами, связанными с перемещением дискретных объектов по заданному пути, в частности на прокатных станах металлургических комбинатов.

Известно фотореле, содержащее излучатель, генератор импульсов, фотоэлемент и оптический канал, котор ый включен между выходом излучателя и входом фотоэлемента l.

Однако в этом устройстве оптические помехи, свойственные процессу прокатки, например пламя горелки, вызывают его лохшые срабатывания даже при отсутствии изделия.

Известно также фотореле, содержащее излучательJ генератор импульсов, фотоэлемент, оптический канал, который включен между выходом излучателя и входом фотоэлемента, формирователь, выход которого подключен к первому входу схемы сравнения, второй вход-которой соединен с выходом генератора, а выход - с выходной шиной 2 .

Устройство позволяет обнаружить изделия, находящиеся на пути световых лучей.

с Однако это устройство характеризуется низкой помехоустойчивостью, обусловленной тем, что при одновременном появлении импульсов генератора и помехи на разнйх входах схемы

.Q сравнения, на ее выходе сигнал отсутствует, что является ложной информацией об отсутствии объекта.

Цель изобретения - повышение помехоустойчивости.

Поставленная цель достигается

15 тем, что в фотореле, содержащее излучатель; генератор импульсов, фотоэлемент, оптический канал, который включен между выходом излучателя, и входом фотоэлемента, формирова20тель, выход которого подключен к первому входу блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом генератора; а выход - с выходной шиной, введен электрический

25 фильтр, который включен между выходом фотоэлемента и входом формирователя, а блок сравнения выполнен на двух D-триггерах и элементе И-НЕ, причем первый вход блока сравнения

30 соединен с управляющим входом первого 0-триггера и информационным вхо° дом второго D-триггера, второй вход блока сравнения соединен с информационным входом первого О-триггера и первым входом элемента И-НБ, второй вход которого связан с выходом первого D-триггера, а выход - с управляющим входом второго D-триггера, выход которого соединен с выходом блока сравнения. На фиг.1 изображена оптикоэлектрическая схема фотореле на фиг.2 временные диаграммы электрических напряжений на выходах элементов схе мы. ., Фотореле содержит излучатель 1, генератор 2 импульсов, фотоэлемент 3 и оптический канал 4, связывающий излучатель ,1 с фотоэлементом 3 (s состав оптического канала входят объективы 5 и 6 и отражатель однако оптический канал может иметь другую конструкцию, например состоя из одного объектива с применением полупрозрачной разделительной перегородки между излучателем и фотоэлементом и T.n.J. Кроме того, к вы ходу фотоэлемента подключены после довательно электрический фильтр 8 и формирователь 9. Фотореле также содержит блок 10 сравнения с вх дами, к первому из которых подключе выход формирователя 9, а ко второму выход генератора 2. В состав блока сравнения входят D-триггера 11 и 12 и элемент И-НЕ 13, причем первый вход блока 10 сравнения соединен с управляющим входом триггера 11 и; ин формационным входом триггера 12, а второй вход блока 10 соединен с информационным входом триггера 11 и первым входом элемента И-НЕ 13, при чемвыход триггера 11 связан со -вто рым входом элемента И-НЕ 13, которого подключен к управляющему входу триггера 12, а выход 14 триггера 12 соединен с выходом блока сравнения 10, являющимся выходом фо тореле . Возбуждение излучателя 1 электри ческими импульсами 15 (фиг.1 и 2) генератора 2 вызывает свечение этого излучателя. Возникающие при этом световые импульсы, по форме повторяю щие электрические импульсы, пройдя через объектив 5, достигают отражателя 7, после чего возвращаются в объектив 6 и затем фокусируются на светочувствительной поверхности фото элемента 3, вызывая появление электрических импульсов 16, 17 и 18, входящих в состав полного сигнала 19, на выходных зажимах фотоэлемента. .Амплитуды получаемых импульсов различны,, так как в пространстве между объективами и отражателем присутствует облако водяного пара переменной прозрачности, и световые импульсы на пути от излучателя к фотоэлементу претерпевают различное ослабление. Кроме того, приближение раскаленного светящегося металлического объекта20 к оси оптического канала вызывает засветку водяного пара светоЕыми лучами от этого объекта и попадание части лучей на фотоэлемент. При этом в составе сигнала 19 появляются постоянная и низкочастотные составляющие 21, а также импульсная помеха 22. в момент пересечения (точка 23 оптического канала непрозрачным светящимся объектом 20 на фотоэлемент начинает воздействовать световое излучение непосредственно от объекта, вызывая появление электрического сигнала. Световые импульсы излучателя в этом случае не достигают фотоэлемента. Световое излучение от объекта в отдельные моменты времени значительно ослабляется слоем окалины на поверхности металла, а ракже водяным паром, рассеивающим рвет. В эти моменты электрический сигнал на выходе фотоэлемента резко изменяет свою амплитуду, что вызывает появление ложного импульса 24, являющегося помехой. Электрический сигнал 19, пройдя через электрический фильтр В, освобождается от постоянной и низкочастотной составляющих. С выхода фильтра снимается сигнал 25 и подается на формирователь 9, где исправляется форма импульсов и нормируется их амплитуда. Если .йигнал 25 не превышает некоторого порогового значения 26, то на выходе формирователя сигнал отсутствует, что соответствует уровню логического О. При превьлиении сигналом 25 порогового значения на выходе формирователя устанавливается уровень логической 1 С выхода формирователя на первый . вход блока сравнения 10 подается сигнал 27, а на ее второй вход - сигнал 15 от генератора импульсов. Импульс 28 генератора, имеющий уровень логической Ч, подается на информационный вход (D-вход) триггера li. Этот жр импульс воздействует на излучатель 1 и, пройдя по оптическому каналу, попадает на фотоэлемент, вызывая появление электрического импульса 16 на его выходных зажимах. Затем, пройдя фильтр 8 и формирователь 9, импульс 29 поступает с«некоторой задержкой на управляющий вход (С-вход) триггера 11. Поэтому, в момент прихода фронта импульса 29 на С-вход, триггер 11 устанавливается в состояние логической 1, соответствующее уровню сигнала на D-входе (диаграмма 30). Логическая 1 подается на элемент И-НЕ и дает разрешение на прохождение импульса генератора на С-вход триггеpa 12. В момент спада импульса 28 генератора 12 устанавливаетоя в состояние логической 1, соответствующее уровню сигнала на 0-входе. На, выход 14 фотореле при этом подается сигнал О с инверсного выхода триггера (диаграмма 31) . Сигнал О означает отсутствие объекта на пути световых лучей от излучателя к фотоэлементу.

Если в паузах между импульсами генератора на выходе формирователя 9 появляется импульс с ло.гическим уровнем 1, возникший от воздействия помехи 22, то он поступает на С-вход триггера 11; Фронт импульса является управляющим сигналом, переключающим триггер 11 в состояние О, соответствующие уровню сигнала на D-входе в момент появления фронта импульса. При этом состояние сигнала 31 на выходе фотореле не изменяется от воздействия помехи.

После прохождения следующего импульса 17, возникшего на вьаходе фотоэлемента от воздействия излучателя через фильтр и формирователь, на выходе последнего появляется импульс с уровнем 1, который затем поступает на С-вход триггера 11. На р-вход этого триггера поступает импульс от генератора. При взаимодей ствии этих двух импульсов триггер 11 устанавливается в состояние 1. При этом состояние выходного сигнала фотореле не изменяется. В момент (точка 23) пересечения оси оптического канала непрозрачным объектом 20 прекращается поступление световых импульсов от излучателя к фотоэлементу. С этого момента на о-входе триггера 12 устанавливается уровень О. После прохождения очередного импульса генератора на С-вход триггера 12 через элемент И-НЕ 13 (это возможно, так как на выходе триггера 11 установлена 1 и, следовательно, элемент И-НЕ открыт.), в момент спада импульса триггер 12 перебрасывается в состояние О, а на его инверсном выходе появляется 1, означающая присутствие объекта на пути световых лучей от излучателя к фотоэлементу,.

При воздействии импульсной помехи 24 на выходе формирователя 9 появляется импульс с логическим уровнем 1, поступающий на С-вхрд триггера 11. Фронт этого импульса переключает триггер 11 в состояние О. Этот потенцисШ подается на вход элемента И-НЕ и закрывает его для прохождения импульсов генератора на С-вход триггера 12. Поэтому триггер 12. независимо от состояния сиг нала, на D-входе, в дальнейшем остается в состоянии О, а на его инверсном входе остается 1, т.е.

сигнал на выходе фотореле не изменяется от воздействия помехи.

В качестве излучателя может быть использован арсенид-галлиевый инфракрасный излучающий диод АЛ107Б,

а в качестве фотоэлемента - фотодиод ФД-25К, спектральная чувствительность которого максимальна на частоте излучения диода . В роли отражателя используется ретрорефлектор, обладшощий свойством обратимости светового луча. Блок сравнения может быть выполнен на рдной микросхеме К155ТМ2, содержащий-2 D-триггера, и одной ячейке микросхемы

К155ЛА1.

Введение в состав фотореле электрического фильтра, включенного между выходом фотоэлемента и входом формирователя, позволяет устранить прохождение постоянной и низкочастотной составляющих электрического сигнала, снимаемого с выхода фотоэлемента, при воздействии на фотоэлемент посторонних источников светого излучения постоянной или медленно изменяющейся интенсивностей. Одним из таких источников может явлйться самосветящийся объект, находящийся на пути световых лучей от излучателя к

фотоэлементу. Поскольку на входе формирователя при этом отсутствует сиг- над, то на выходе формирователя и на первом входе блока сравнения сигнал также равен нулю. На выходе блока сравнения при этом появляется

потенциал, уровень которого соответствует логической 1. Этот сигнал означает присутствие объекта и является истинным, несмотря на влияние рптических .помех на фотоэлемент.

;/Таким образом, повышаетсядостоверность информации о наличии л|1бо отсутствии объекта на пути световых лучей от излучателя к фотоэлементу при воздействии на фотоэлемент оптических помех постоянной или медленно ихменяклцейся интенснвнрстей.

Включение в состав блока сравнения второго О-триггера и элемент И-НЕ, при котором первый вход блока сравнения соединен с информационным входом второго О-триггера, а второй вход блока сравнения соединен с первым входом элемента И-НЕ, кроме того выход элемента И-НЕ подключен к управляющему входу второго О-триггера, позволяет производить периодический опрос логического состояния первого входа блока сравнения и установку О-триггера в это состояние

по команде, поступающей на управляющий вход D-триггера от гейератора имйульсов зерез первый вход элемента И-НЕ, когда на втором его входе установлен потенциал логическая 1. При таком построении блока сравне65ния обеспечивается незначительное

время опроса, который осуществляется лишь в момент спада импульса генератора. Сокращение времени опроса логического состояния первоначального входа блока сравнения, на который могут поступать прошедшие через фильтр и формирователь ложные электрические импульсы от фотоэлемента, при засветке последнего световыми импульсными помехами, позволяет ограничить .влияние этих помех, так как вероятность совпадения во времени импульса помехи и импульса опроса уменьшается с сокращением длительности опроса. Следствием этого является увеличение достоверности получаемой информации при воздействии на фотоэлемент световых импульсных помех.

Осущестйление опроса логического состояния первого входа блока сравнения в момент спада импульса генератора дает преимущество, связанное со свойством инерционности фотоэлемента. При облучении фотоэлемента световыми импульсами излучателя ток фотоэлемента постепенно возр:астает до момента спада светового импуль са излучателя, а затем постепенно уменьшается. Таким образом, в момент спада светового импульса излучателя на зажимах фотоэлемента существует максимально возможный уровень сигнала. Осуществление опроса этого сигнала в момент спада импульса генератора, синхронного со световым импульсом излучателя, позволяет получить максимально возможную для данного устройства чувствительно ть фотоэлемента к воздействик излучателя. Поэтому некоторое ослабление светового потока, например, облаком водяного пара или пыли, находящимся между излучателем и фотоэлементом и являющимся оптической пойехой, не повлияет на работу устройства в целом. Это повышает, достоверность получаемой информации об отсутствии объекта на пути световы: лучей от излучателя к фотоэлементу при воздействии оптических помех, уменьшающих прозрачность оптического канала.

Включение первого О-триггера в состав схемы сравнения, когда при этом первый вход схемы сравнения оединен с управляющим входом первого D-гтриггера, второй вход схемы равнения соединен с информационным уходом первого о-триггера, а второй 0ХОД элемента И-НЕ связан с выходом ервого О-триггера, позволяет разичать электрические импульсы, возниающие от воздействия на фотоэлеент световых импульсов помехи и имульсов излучателя. Детерминирование мпульса помехи осуществляется оо оменту его возникновения, который тличается от того же параметра световоги импульса излучателя, синхронного с импульсом генератора, в связи с инерционным свойством фотоэ.лемента, при воздействии на него светового импульса излучателя, ток

5 фотоэлемента.возрастает постепенно, и после прохождения фильтра и формирователя фронт сформированного импульса всегда ртстает по времени от фронта импульса генератора; на время, не превышающее длительность импульса генератора, т.е. фронт сформированного импульса всегда попадает в интервал времени существования импульса генератора. В отличие от

5 этого импульса помехи может : появляться в произвольный момент времени. Таким образом, при воздействии импульсных помех на первый вход блока сравнения и, следовательно, на управляющий вход первого

О-триггера, на его выходе устанавливается потенциал логический О, запрещающий прохождение импульса генератора через элемент И-НЕ на

5 управляющий вход первого D-триггера и считывание, ложной информации вторым D-триггером. В этом случае повышается достоверность информации о наличии объекта на пути световых лучей

Q от излучателя к фотоэлементу при

воздействии на фотоэлемент световых . импульсных помех.

. использование потенциала, снимаемого с выхода второго , D-триггера в качестве выходного сигнала фотореле, позволяет применить свойство

триггера как элемента памяти. Зонди.рование пространства между излучателем и фотоэлементом происходит дискретными световыми посылками с частотой следования импульсов генератора, а при этом выходной сигнал фотореле, означающий наличие при отсутствии объекта на пути световых лучей, является двухГпозиционным и непрерывным. Это повышает достоверность получаемой информации в произвольный момент бремени.

Использование фотореле позволяет повысить достоверность информации.с

O Нс1личии или отсутствии изделия на оси оптического канала при-воздействии на фотоэлемент оптических помех постоянной или медленно меняющейся интенсивности. Повышение достовер5.НОСТИ информёщии о наличии или отсутствии изделия на технологической линии прокатного стана увеличивает надежность автоматической системл управления технологическим процессом

и, соответственно, качество выпускаемой продукции.

Формула изобретения

Фотореле, содержащее излучатель, 5 генератор импульсов, фотоэлемент.

оптический канал, который включен между выходом излучателя и йНодом фотоэлемента, формирователь, выход которого подключен к первому входу блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом генератора, а выход - с выходной шиной, о т л и ч а ю щ е ее я тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, в него введен электрический фильтр, который включен между выходом фотоэлемента и входом формирователя, а блок сравнения выполнен на двух О-триггерах и элементе И-НЕ, причем первый вход блока сравнения соединен :с управляющим входом первого 0 триггера и информационным входом второго

0-триггера, второй вход блока сравнения соединен с информационным входом первого D-триггера и первым входом элемента И-НЕ, второй вход которого связан с выходом первого О-триггера, а выход - с управляющим входом второго D-триггера, выход которого соединен с выходом блока сравнения.

10

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Z0

.А-Ь.-.

„д