Фотодатчик

(5)5 О 01 В 21 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ ИДЕТЕЛЬСТВУ К АВТОРСКОМ Оо ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР(71) Пермский государственный университет им, А. М. Горького(57) Изобретение относится к контрольноизмерительной и сигнальной технике,Целью изобретения является расширениефункциональных возможностей фотодатчика за счет введения второгоканала оптиче.Ы 21640548 А 1 ской обратной связи с повышенным напряжением питания фотодиода. Фотодатчик содержит два независимых канала оптической обратной связи, каждый из которых содержит фотодиод 1 (5), транзисторный усилитель тока со светодиодом 12 (15) в змиттерной цепи, компаратор 3 (7) и диодную цепь обратной связи. Коммутация кана-лов осуществляется ЯЯ-триггером 9. Каждый канал является независимым преобразователем величины потока излучения во временной интервал, что позволяет использовать их параллельно для контроля за одним объектом, раздельно - для контроля за двумя, а также как дифференциальный датчик. 2 ил.Изобретение относится к контрольно" измерительной и сигнальной технике,Цель изобретения - расширение функциональных возможностей фотодатчика за счет введения второго канала оптической обратной связи с повышенным напряжением питания фотодиода.На фиг, 1 приведена электрическая схема фотодатчика; на фиг, 2 - временные диаграммы его работы,Фотодатчик содержит фотодиод 1, анод которого соединен с первым выводом нагрузочного резистора 2, входом компаратора 3 и анодом диода 4 цепи обратной связи первого канала, фотодиод 5, анод которого соединен с первым выводом нагруэочного резистора 6, входом компаратора 7 и анодом диода 8 цепи обратной связи второго канала, ВЯ-триггер 9, Я-вход которого соединен с выходом компаратора 3, а В-вход соединен с выходом 5 компаратора 7, транзистор 10, база которого соединена с инверсным выходом 0 триггера 9, а эмиттер транзистора 10 соединен с катодом диода 4 и резистором 11, второй вывод резистора 11 соединен с анодом светодиода 12; образующим совместно с фотодиодом 1 первый канал оптической обратной связи; транзистор 13, база которого соединена с прямым выходом 0 триггера 9, а эмиттер транзистора 13 соединен с катодом диода 8 и резистором 14, второй вывод резистора 14 соединен с анодом светодиода 15, образующим с фото- диодом 5 второй канал оптической обратной связи; минусовая шина - Оп 1 первого источника (не показан) компараторов 3 и 7 и триггера 9 соединена с вторыми выводами резисторов 2 и 6 и катодами светодиодов 12 и 15, а плюсовая шина+Оп 2 этого источника соединена с коллекторами транзисторов 10 и 13; минусовая шина - ОП 2 второго источника питания (не показана) соединена с плюсовой шиной +Ол 1 первого источника питания, а плюсовая шина+Оп 2 соединена с катодами фотодиодов 1 и 5, выходами фотодатчика являются эмиттерные цепи транзисторов 10 и 13,При подаче питающих напряжений триггер 9 устанавливается в одно из устойчивых состояний. Предполагают,что триггер установился в нулевое состояние, которому соответствует нулевой сигнал на прямом выходе 0 и единичный сигнал на инверсном выходе О. Это состояние принимают за исходное, В этом состоянии- момент времени 1 о на фиг. 2 - единичным сигналом с выхода 0 триггера 9 открыт транзистор 10, на выходе "Вых 1" фотодатчика генерируется единичный сигнал, светодиод 12 включен, диод 4 заперт, ток 1 ф 1 фотодиода 1 равен нулю, 30 35 40 45 50 55 10 15 20 25 входное Овхз и выходное Овыхз напряжения компаратора 3 - нулевые, выходное напряжение Овых 2 нулевое, транзистор 13 и светодиод 15 выключены, входное Овхт и выходное Овыхт напряжения компаратора 7 нулевые. Фотодатчик работает следующим образом.В момент времени появляется и нарастает фототок ф 1 фотодиода 1, протекающий по резистору 2. В результате нарастает и напряжение Овхз на входе компаратора 3. При достижении порогового включающего напряжения Овхзвкл компаратор 3 включается - момент времени т 1 на фиг. 2. Единичным напряжением Овыхз по входу Я триггер 9 переключается в единичное состояние - в результате напряжение Об на выходе 0 триггера 9 становится нулевым, выключаются транзистор 10 и светодиод 12, включается диод 4, и фотодиодная цепь шунтируется низкоомной выходной цепью транзистора 10, что приводит к быстрому восстановлению фотодиодной цепи к приему следующего светового импульса и быстрому спаду напряжения Овхз на входе и Овыхз на выходе компаратора 3 до нуля, и триггер 9 оказывается быстро подготовлен для управления по входу В, выходное напряжение на "Вых.1" в момент времени т 1 становится равным нулю - процесс формирования импульса на первом выходе закончен; появляется единичное напряжение на выходе 0 триггера 9,открывается транзистор 13 и включается светодиод 15, появляется и нарастает фототокф 5 фотодиода 5, нарастает напряжение на входе компаратора 7, при достижении этим напряжением порогового зключающеГО ЗНаЧЕНИя Овхт вкл ВКЛЮЧаЕтСя КОМПара. тор 7 - момент времени т 2 на фиг.2 (к этому времени напряжение Овхз на Я-входе триггера 9 падает до нуля), и единичным напряжением Овыхт по В-входу триггер 9 переключается в исходное нулевое состояние - процесс формирования импульса на "Вых. 2" (или паузы на "Вых. 1) закончен. На фиг, 2 процесс формирования импульса на "Вых,2" показан для большей величины потока излучения по сравнению с потоком первого канала, поэтому вследствие большей скорости нарастания фототока ф 5 по сравнению со скоростью нарастания фото- тока 1 ф 1 длительность импульса Ьмп 2=т 2-т 1, сформированного во втором канале, оказыВаЕтСЯ КОРОЧЕ ДЛИтЕЛЬНОСтИ тимп 1=т 1-1 О, сформированного в первом канале. На выходах компараторов 3 и 7 формируются импульсы значительной длительности - это объясняется гистерезисом компараторов.10 25 30 35 45 50 Из временных диаграмм видно, что длительность генерируемых импульсов зависит от скорости нарастания фототоков ф 1 и ф 5 и пороговых значений входных напряжений Овхз вкл и Овх 7 вкл компараторов 3 и 7. При частичном перекрытии потока излучения, например, светодиода 12, скорость нарастания фототока ф 1 фотодиода 1 падает, что приводит к увеличению длительности импульса, который генерируется на выходе "Вых,1" - интервал времени т 2 - тз на фиг, 2. При изменении потока излучения в первом канале оптической обратной связи изменения длительности импульса, генерируемого на "Вых,2", или что то же самое, длительности паузы между импульсами на "Вых,1", не происходит, т. е. информация о величине потока излучения.в первом оптическом канале содержится в импульсе на "Вых.1" и в паузе на "Вых.2" фотодатчика. В том случае, если величина потока излучения в каком-то канале, например, во втором, снизилась настолько, что даже установившееся значение фототока ф 5 оказывается недостаточным, чтобы создать на входе компаратора 7 напряжение, равное пороговому, включения компаратора 7 не происходит, не происходит и переключения триггера 9 по й-входу. При этом генерация срывается и на выходе "Вых.2" генерируется постоянное напряжение - фиг. 2 после момента времени тз. Понизив пороговое значение напряжения Овх 7 вкл компараторэ 7 (в интегральных компараторах возможность регулировки этого напряжения предусмотрена), можно восстановить генерацию фотодатчика, расширив таким образом его рабочий диапазон изменений потока излучения в нижнюю сторону.Если оба оптических канала фотодатчика используются для контроля, например, оптической прозрачности одной и той же среды, то изменение коэффициента поглощения этой среды вызывает пропорциональное изменение периода генерируемого сигнала, так как одинаково изменяется длительность импульсов на обоих выходах - фотодатчик в этом случае работает как преобразователь коэффициента поглощения в период генерируемого сигнала. При необходимости иметь сигнал о достижении коэффициентом поглощения контролируемой среды некоторого конкретного значения достаточно предварительно установить порог срыва генерации в одном (любом) из каналов фотодатчика регулировкой порога срабатывания компараторэ.Так как длительность генерируемых импульсов зависит только от величины потока излучения в этом же оптическом канале, а длительность вузы между импульсами на" этом же выходе зависит только от величины потока излучения в другом оптическом канале, то с помощью фотодатчика можно одновременно преобразовывать во временные интервалы два независимых потока излучения первого и второго каналов, При этом информация о величине одного из этих потоков содержится в длительности импульса,а другого - в длительности паузы этого жесигнала. Фотодатчик может также использоваться как дифференциальный, например, при контроле положения протягиваемой непрозрачной ленты, частично перекрывающей потоки излучения в обоих оптических каналах так, что при ее смещении от заданного положения происходит увеличение перекрытия потока, например, в первом20 канале, и уменьшение перекрытия потока во втором канале. В этом случае увеличивается длительность импульса Ьмп и уменьшается длительность паузы 1 п генерируемого сигнала на "Вых.1", а частота сигнала остается неизменной, таким образом информация о положении ленты содержит в отношении тумп. Одновременно по изменению частотпты генерируемого сигнала можно контролировать и ширину ленты, например при ее сужении уменьшается степень перекрытия обоих потоков, что приводит к увеличению частоты генерируемого сигнала,Формула изобретения Фотодатчик для измерения параметров оптически прозрачных сред, содержащий фотодиод, нагрузочный резистор, ВЯ-.триггер, транзистор, токостабилизирующий резистор, светодиод, источник питания, 40 минусовая шина которого соединена с одним из выводов нагрузочного резистора,другой вывод нагрузочного резистора соединен с анодом фотодиода, база транзистора соединена с инверсным выходом ЯЯ-триггера, а эмиттер соединен с выводом токоетабилизирующего резистора, о т л ич а ю щ и йс я, тем, что, с целью повышения информативности, он снабжен вторым фотодиодом, вторым нагрузочным резистором, вторым транзистором, вторым токостабилизирующим резистором, вторым светодиодом, вторым источником питания,первым и вторым компэраторэми, первым и вторым диодами, аноды которых соединены 55 соответственно с входами первого и второго компараторов, а катоды соединены соответственно с эмиттерами первого и второго транзисторов, база второго транзистора соединена с прямым входом ЯЯ-триггера, аИк 9Уй,як ОдялуОКг 7 А Составитель В.ШабановаТехред М.Моргентал Корректор Т. Мал Редактор Е,Пап Заказ 1013 Тираж 385 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 10 змиттер соединен с выводом токостабилизирующего резистора, катод второго светодиода соединен с катодом первого светодиода и с минусовой шиной первого источника питания, анод второго светодиода соединен с вторым выводом второго токостабилизирующего резистора, анод первого светодиода соединен с вторым выводом первого токостабилизирующего резистора, минусовая шина второго источника питания соединена с плюсовой шиной первого источника питания и с коллекторами транзисторов, а плюсовая шина второго ис точника питания соединена с катодами фотодиодов, выходы компараторов соединены соответственно с 5- и й-входами ЙЯ-триггера, а змиттерные цепи транзисторов являются выходами фотодатчика,