Фотодатчик

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических РеспубликГосударствеииый комитет СССР по делам изооретеиий и открытий(54) ФОТ К вьюиение те Пос тем, ч регули ния, п ния, и ненным ду вых жения которых Фотоди Изобретение относится к измерительной технике в черной металлургиии может быть использовано для контроля положения, например, горячего проката труб н применено в системахкомплексной автоматизации технологи"ческих процессов в прокатном и труб"ном производстве.Известно устройство для бесконтактного измерения размеров объектов, состоящее из операционного усилителя, охваченного отрицательной обрат.ной связью, фотодиодов, подключенных через резисторы к инвертирующему входу операционного усилителя 11. 15Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является фотодатчик, содержащий двухполярный источник питания, операционный уси литель, неинвертирующий вход которо" го соединен с общим проводом, резистор обратной связи, включенный между выходом и инвертирующим входом усилителя, фотодиод, один из выводов которого подключен к инвертирующему входу усилителя 2 .Недостатком этих устройств является невысокая температурная ста" бильность. 0 ь изобретения - по мрной стабильности.тавленная цель достигается то фотодатчик снабжен блокоМ ровки двухполярного напряжеодключенным к источнику пита- двумя последовательно соедирезисторами,включенными междом блока регулировки напряобщим проводом, общая точка, подключена ко второму выводу да. На чертеже приведена схема устройства.. Фотодатчик содержит источник 1 питания, операционный усилитель 2 (ОУ), резистор 3 обратной связи,вклю ченный между выходом и инвертирующим входом усилителя 2, фотодиод 4, один из выводов которого подключен к инвертирующему входу усилителя 2, блок 5 регулировки двухполярного напряжения, последовательно соединенные резисторы 6, 7 включенные между выходом блока 5 и общим проводомФотодатчик питается от источников напряжения +0 и -Ок.Блок 5 регулировки напряжения поз воляет плавно менять на его выходенапряжение от Ф Оо, до - Ооо с переходом через нуль.Величины напряжений О составляют единицы нольт.Однако величины напряжений, подаваемых в фотодиод 4, должны составлять десятые и сотые доли милливольт.Такое уменьшение (в 104 -10 раз) регулируемого напряжения (при сохранении плавной регулировки) достигается, например, включением двух резисторов по схеме делителя напряжения. Кроме того, введение резисторов позволяет обеспечить режим работы фото- диода, близкой к короткому замыканию, независимо от величины регулируемого напряжения, Резистор 3 выбирается по величине того же порядка, что входное сопротивление операционного усилителя 2(0,5-5,0 Ом), В этом случае фотодиод 4 является генерато- . ром фототока. Фототок. в значительно меньшей степени,чем фотоЭДС зависит от изменения температуры фотодатчика 4.фотодатчик работает следующим образом.При исходной температуре окружающей среды Тц ОУ 2 сбалансирован известными методами, и напряжение на инвертирующем входе усилителя 1 равно нулю, ток через резистор 3 не протекает выходное напряжение Оьых = О. При этом напряжение О на точКе соединения резисторов б и 7 устанавливается О = О. При засветке появляется фототок Дфс 1, генерируемый фото- диодом 4, Для сбалансированной схемы) =ДЬЬ 1 Х 90 Ъгде Ъ - сопротинление резистора 3.Если температура фотодиода 4 и ОУ 2 увеличивается, напряжение на инвертирующем входе усилителя унеличивается, и баланс нарушается. Энак напряжения н точке АОА и его величина заранее неизвестны, и определяются, в частности, разбросом параметров ОУ 2, изменением внутреннего сопротивления фотодиода 4. Если сопротивление фотодиода 4 при исходной температуре Т равно Вф, а при повышенной температуре Т-йфТ, то ток, протекающий через фотодиод 4 при температуре Т, равен"т (1)1р чгде ОТ- напряжение на инверсном входе ОУ 2 при температуре Т.При увеличении температуры напря" жение ОА увеличивается, а сопротивле ние Яф уменьшается, поэтому ток,"14 увеличивается, вследствие чего изме- няется выходное напряжение О ,при температуре Т оно,равноВозникшее на выходе ОУ 2 напряже ние О- компенсируют путем изменения напряжения на выходе блока 5 регулировки таким образом, чтобы Оь, = О. При этом через фотодиод 4 протекает компенсационный ток(4) 35 Сравним между собой выходное напряжение Ол известного фотодатчика при повышенной температуре Т ивыходное напряжение Опредложенно го фотодатчика при исходной температуре (различные температуры датчиковвзяты с учетом того, что в каждомиз них при соответствующих выбранных.температурах выходные напряжения неРавны нулю и имеют максимальный температурный дрейф).Принимая во внимание (2) и (4) имеем Добиваясь (посредством блока 5)О = О получим)ь б ФТ Таким образом, иэ соотношения (5)следует, что температурная неста-. 0 бильность предложенного фотодатчика,характеризуемая величиной Опри исходной температуре Теи при отсутствии нходного фотосигнала, меньше температурной нестабильности известного б 5 фотодатчика, характеризуемая величиСледовательно, при повышеннойЯ температуре Т = 5070 С О ц = О,т.е. нестабильность фотодиода 4,возникающая от изменения температуры,устранена введением соответствующегокомпенсационного напряжения от блоЩ ка 5.При снижении температуры от Т доТ, т,е. до исходной величины ,токфотодиода Зф и напряжение на инвертирующем .входе ОУ 2 Од уменьшается,сор 5 противление Рфтувеличинается, компенсационный ток Э К уменьшается.При исходной температуре То основные величины равны- О, так какОд= О,+и Составитель В. НиколаЮ. Ковач Техред Е,Гаврилешко рректор.Ю. Макаренкдписное еда з 9019/34 П ВНИИПИ Го итета С по дел ткрытий 113035, М кая набТираж 801сударственного комам изобретений и оосква, Ж, Раушс Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,илиа ной О т при повышенной температуре Т в К = ВФо/йф раз.Учитывая, что сопротивление германиевого фотодиода й уменьшается в 2 раза на каждые 10 С повышения температуры, то при повышении температуры фотодиода на 40 вС (от 20 до 60 вС) из соотношения (5) следует, что К = 16.Таким образом, если в предложенном фотодатчике при повышенной температуре Т будет установлен блоком 5 полный баланс, т.е. достигнуто Ощл = 0, то при пониженной температуре будем иметь температурную нестабильность, численно характеризуемую величиной О, ) О, однако эта 15 нестабильность в 10-15 раз меньше, чем температурная нестабильность известного фотодатчика при повышенной температуре Т, характеризуемая величиной О , 20Особенностью предложенного фото- датчика является то, что в нем фото- диод 4 выполняет две функции: основную - преобразователь светового излучения в ток, и дополнительную - стабилизатор работы фотодатчика при изменении температуры.Кроме того, величины О и О равны десятым или сотым долям милЛивольта, что не ухудшает и не меняет режима работы фотодиода, близкого к короткому замыканию. Использование данного фотодатчика предполагаетсяпри автоматизации трубопрокатных агрегатов,Фотодатчик, содержащий двухполярный источник питания, операционный усилитель, неинвертирующий вход которОго соединен с общим проводом, резистор обратной связи, включенный между выходом и инвертирующим входом усилителя, фотодиод, один из выводов которого подключен к.инвертирующему входу усилителя, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения температурной стабильности,он снабжен блоком регулировки двухполярного напряжения, подключенным к источнику питания, и двумя последовательно соединенными резисторами,включенными между выходом блока регулировки напряжения и общим проводом,общая точка которых подключена ко второму выводу фотодыода. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент Франции У 2220772,кл. 8 01 В 11/02, 1974.2, Рутковски Дж. Интегральныеоперационные усилители М., "Мир",1978, с. 310 (прототип).