Фотодатчик

)5 601 В 21/00 ИЕ ИЗОБРЕТЕНИ СВИДЕТЕЛЬСТВУ АВТОР цап. - тБ(6" вЫРБ Я 1 Г, 11 ГТ "-" (1 имчивости к по светки. Помехоу ся снабжением ток - напряжени ничивающим ре чию реэистора выдает модулир Поэтому выходн чения 3, измени ток-напряжение ступает на модул рователя импул частот 8 преобра чение сигнала о светки равно н полезного сигна нием сторонних источников засветки, которые могут привести к возникновению коле. баний при закрытом световом канале.В реальных условиях эксплуатации фотодатчиков суммарный световой поток, воспринимаемый приемником излучения, определяется не только импульсами от и точника излучения, но и световыми помехами, обусловленными сторонними источниками засветки. Среди таких источников наиболее существенными являются солнечный свет, создающий постоянный, мЕдленйо 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 уисточников этого вида переменная составляющая имеет крайне высокий сГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССР1 ГОСПАТЕНТ СССР)(71) Гомельский политехнический институт (72) В.А,Карпов. Е.А,Аксенкин и О.И,Палий (56) Авторское свидетельство СССР М 1160257, кл, 6 01 В 11/00, 1983,Механизация и автоматизация промышленности; 1985, 1 ч. 11, с,21-22.(57) Изобретение относится к контрольноизмерительной технике, Целью изобретения является расширение области применейия за счет повышения помехоустойчивости путем снижения его восприИзобретение относится к контрольноизмерительной 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 иэделий из пластмассы,Известны фотодатчики, содержащие приемник излучения, усилитель, частотозависимую 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 кайале непрозрачного предмета - колебания затухают. Недостатком подобных устройств является значительная сложность, и недостаточная помехозащищенность, обусловленная влиясторонним источникам застойчивость обеспечивает- датчика преобразователем е,модулятором и токоограэиСтором, Благодаря нали источник излучения 2 ованный поток излучения. ой сигнал приемника иэлувшись в преобразователе 4 и пройдя усилитель 5 поятор 6 и с помощью формиьсов 7 и фильтра нижних зуется так, что среднее знат сторонних источников эаулю, а среднее значение ла отличйо от нуля, 2 ил, Япроцент содержания нечетных гармоник, азначение частоты первой гармоники имееттак же удвоенное значение по отношению к питающему напряжению.Восприимчивость к помехам существенно ограничивает область примененияизвесного фотодатчика. При этом помеховая обстановка осложняется тем, что пита-ющее (сетевое) напряжение изменяется какпо амплитуде, так и по частоте и содержа- "0нию высших гармоник,Наиболее близким к заявляемому потехнической сущности и достигаемому эффекту является фотодатчик, содержащий генератор, выход которого через 15формирователь и усилитель мощности соединен со входом источника излучения, последовательно соединенные приемникизлучения, фильтр верхних частот, усилитель, выпрямитель, фильтр нижних частот и 20пороговый элемент,Основным недостатком известного фотодатчика так же является ограниченная область применения, обусловленная низкойпомехоустойчивостью, которая связана с 25тем, что фильтр верхних частот пропускаетвысокочастотные составляющие от сторонних источников засветки,Целью изобретения является повышение помехоустойцивости и, тем самым, рас- ЗОширениеобластей примененияфотодатчика.Поставленная цель достигается тем, чтов известный фотодатчик, содержащий источник излучения, приемник излучения, усилитель, формирователь импульсов и фильтрнижних частот, согласно изобретению введены токоограничивающий резистор связивхода источника излучения с шиной питающего сетевого переменного напряжения, 40преобразователь ток-напряжение и модулятор, выход модулятора соединен со входомфильтра нижних частот, его управляющийвход соединен с выходом формирователяимпульсов, вход соединен с выходом усилителя. а выход приемника излучения соединен со входом усилителя черезпреобразователь ток-напряжение, формирователь импульсов выполнен с входом связи с шиной питающего сетевого 50переменного напряжения.Сущность изобретения, таким образом,состоит в том, что гармонические составля ющие всех мешающих источников засветкиимеют цетные, по отношению к питающей 55сети, номера гармоник, а алгоритм работыпостроен таким образом (путем введениямодулятора и использования фильтра нижних частот, что среднее значение сигнала от их действия равно нулю, равно как и от постоянного фона засветки. Среднее же значение от полезного сигнала отлично от нуля,На фиг.1 представлена функциональная схема заявляемого фотодатчика; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие преобразование сигналов в фотодатчикеа - временная диаграммаполезного потока излучения Ф 2(1) на выходе источника излучения 2; б - временная диаграмма сторонних источников излученияФактор(т), где гоств постбянный уровень засветки (для упрощения представлена только вторая гармоника, по отношению к питающей сети, имеющей период Т); в - временная диаграмма напряжения на выходе усилителя 5 - Щ 1); г - временная диаграмма управляющего напряжения на выходе формирователя импульсов 7 - 07(1); д - временная )диаграмма выходного напряжения модулятора 6 - Об(т); е - временная диаграмма выходного напряжения фильтра постоянной составляющей 8 - Овфотодатчик содержит токоограни,чивающий резистор 2 последовательно.соединенный с источником 2 излучения, последовательно соединенные приемник излучения 3, преобразователь 4 ток-напряжение, усилитель 5 и модулятор 6, формирователь 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 токоограницивающего 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.2 а, и описывается следующим выражением:Ф (1 )- фивах З 1 П О 1, ПрИ 1 С ( 0 Т/2 )О, притС(Т/2, Тгде Ф- поток, формируемый источником 2 излучения,Чадах - амплитУДа потока Ф 2(1);в- частота питающей сети,Приемник Э излучения воспринимаеткак поток Ф 2(с), так и поток, обусловленный сторонней засветкой Ф 0 р, который имеет вид (фиг.2 б),иФстор(1) = 4 Ъост +Фы ап ( 2 3 в т + 101 ).1=1где Фтост - поток, обусловленный постоянным уровнем засветки;- номер гармонической составляющей суммарного периодического потока;р - начальная фаза 1-й гармонической составляющей;Фю - амплитуда 1-й составляющей фстор(1).Как было указано выше, все гармонические составляющие, обусловленные сторонними источниками засветки, явля 1 отся четными по отношению к частоте питающего напряжения (в последней формуле перед встоит множитель 2). На фиг,2 б для простоты дана картинка для = 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:О 5(1) = КЗК 4К 5 ( Ф(т) + Фсг тр (т, где Кз, К 4, К 5 - коэффициенты соответственно приемника 3 излучения, преобразователя 4 ток-напряжение и усилителя 5 (см. фиг,2 в).Напряжение на выходе формирователя импульсов 7, О 7(т) представлено на фиг,2 г, Данное напряжение формируется от питающего сетевого, причем в моменты прохождения через ноль которого происходит смена полярности напряжения Оф),Модулятор 6 работает следующим образом,В интервале времени (О, Т/2), когда выходное напряжение формирователя 7 импульсов положительной полярности, коэффициент передачи модулятора б равен 1, В интервале времени (Т/2, Т) его коэффициент передачи равен - 1.Таким образом на входе фильтра 8 нижних частот подается напряжение;1 6 (О, Т/2) О 6 (е) = +КзК 4, К 5 х х (Ф 2 (т) + Фсто р (т: С (Т/2, Т) О 6 (т) = -Кз К 4 К 5 (фстор(тФильтр 8 нижних частот производит осреднение выходного напряжения модулятора 6. Его выходное напряжение будет иметь5 вид;тОа = - / О 6 (т) + Об (т бт =Т1т= - Кз К 4 К 5 фарпа 1 лв т бт =10 оф 2 в КЗ К 4 К 5ЛКак видно иэ последнего выражения выходное напряжение Ов фильтра 8 нижнихчастот пропорционально только световомупотоку от источника 2 излучения,Среднее же напряжение, обусловленное сторонними источниками излученияравно нулюТаким образом достигается повышениепомехоустойчивости фотодатчика и, какследствие, расширяются области его использования как средства контроля при осуществлении различных технологических25 процессов Формула изобретенияФотодатчик, содержащий источник излучения, приемник излучения, усилитель,30 формирователь импульсов и фильтр нижнихчастот, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью расширения области применения засчет повышения помехоустойчивости, в него введены токоограниьчтвающий резистор35 связи входа источника излучения с шинойпитгнощего сетевого переменного напряжения, преобразователь ток-напряжение и модулятор, выход модулятора соединен свходом фильтра нижних частот, его управля 40. ющий вход соединен с выходом формирователя импульсов, вход соединен с выходомусилителя, а выход приемника излучения соединен с входом усилителя через преобразователь ток-напряжение, формировательимпульсов выполнен с входом связи с шиной питающего сетевого переменного напряжения,1796899 геенну а Корректор С. Шекмар Редактор Т, Иванова КН Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Г Заказ 643 ВНИИПИ Го оставитель Е, Аксенкин хред М.Моргентал Тираж Подписноеарственного комитета по изобретениям и открытиям пр 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5