Фотореле

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(23) Приоритет -Опубликовано 15.10.82, Бюллетень Мо 38 ф 51 М. Кп.з 6 01 Ч 9/04Н 03 К 17/78 Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытийДата опубликования описания 15. 10. 82В.А, Шевченко 71 Заявител м. ХХУ съе 4 ) ФОТОРЕЛ бнаружить ти свето з о сра сут фор е оптичес"роцессуорелки,ывания да 0 2 и ной 1 2 евский институт автома Изобретение относится к средствам автоматизации и может быть использовано в качестве средства получения информации для систем автоматического угравления технологическими процессами, связанными с перемещением дискретных объектов по заданному пу" ти, в частности на прокатных станах металлургических комбинатов.Известно фотореле, содержащее из лучатель, генератор импульсов, фотоэлемент и оптический канал, который включен между выходом излучателя и . входом фотоэлемента1.15 Однако в этом устройствкие помехи, свойственные ппрокатки, например пламя гвызывают его ложные срабатже при отсутствии иэделия.Известно также фотореле, содержа" щее излучатель генератор импульсов, фотоэлемент, оптический канал, который включен между выходом излучателя и входом фотоэлемента, Формирователь, выход которого подключен к первому входу схемы сравнения, второй входкоторой соед нен с выходом генератора, а выход - с выходной шиустройство позволяет о изделия, находящиеся на пу вых лучей.Однако это устройство характериуется низкой помехоустойчйвостью,бусловленной тем, что при одновре" менном появлении импульсов генерато" ра и помехи на разных входах схемывнения, на ее выходе сигнал отствует, что является ложной инмацией об отсутствии объекта.Цель изобретения - повышение по" мехоустойчивости.Поставленная цель достигается тем, что в фотореле, содержащее излучатель; генератор импульсов, Фотоэлемент, оптический канал, который включен между выходом .излучателя, и входом Фотоэлемента, формирователь, выход которого подключен к первому входу блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом генератора", а выход - с выходной шиной, введен электрический фильтр, который включен между выходом фотоэлемента и входом формирователя, а блок сравнения выполнен на двух 0-триггерах и элементе И-НЕ, причем первый вход блока сравнения соединен с управляющим входом первого О-триггера и информационным входом второго О-триггера, второй входблока сравнения соединен с информационным входом первого О-триггера ипервым входом элемента И-НЕ, второйвход которого связан с выходом перваго О-триггера, а выход " с управляющим входом второго О-триггера,выход которого соединен с выходомблока сравнения.На фиг.1 изображена оптикоэлектрическая схема Фотореле; на фиг.2временные диаграммы электрическихнапряжений на выходах элементов схемы,Фотореле содержит излучатель 1, 15генератор 2 импульсов, фотоэле"мент 3 и оптический канал 4, связывающий излучатель .1 с фотоэлементом 3 в состав оптического каналавходят объективы 5 и 6 и отражатель 7)однако оптический канал может иметьдругую конструкцию, например состоятьиз одного объектива с применениемполупрозрачной разделительной перегородки между излучателем и Фотоэлементом и т.п.). Кроме того, к вы 5ходу фотоэлемента подключены последовательно электрический фильтр 8 иформирователь 9. Фоторелетакже содержит блок 10 сравнения с двумя входами, к первому из которых подключенвыход формирователя 9, а ко второмувыход генератора 2, В состав блокасравнения входят О-триггера 11 и 12и элемент И-НЕ 13, причем первыйвход блока 10 сравнения соединен с фуправляющим входом триггера 11 и инФормационным входом триггера 12, авторой вход блока 10 соединен с информационным входом триггера 11 ипервым входом элемента И-НЕ 13, причемвыход триггера 11 связан со вторым входом элемента И-НЕ 13, выхддкоторого подключен к управляющемувходу триггера 12, а выход 14 триггера 12 соединен с выходом блока 45сравнения 10, являющимся выходом Фотореле.Возбуждение излучателя 1 электри-ческими импульсами 15 ( фиг.1 и 2 )генератора 2 вызывает свечение этого излучателя. Возникающие при этомсветовые импульсы, по форме повторяющие электрические импульсы, пройдячерез объектив 5, достигают отражателя 7, после чего возвращаются вобъектив 6 и затем фокусируются насветочувствительной поверхности Фотоэлемента 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 импуль 65 сы на пути от излучателя к фотоэлементу претерпевают различное ослабление. Кроме того, приближение раскаленного светящегося металлического объекта 20 к оси оптического канала вызывает засветку водяного пара световыми 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 напрозрачным 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, аакже водяным паром, рассеивающимвет. В эти моменты электрический сигнал на выходе фотоэлемента резко изменяет свою амплитуду, что вызываетпоявление ложного импульса 24, являющегося помехой.Электрический сигнал 19, пройдя через электрический фильтр 8, 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 .сигнал 25 не превышает некоторого порогового значения 26, то на выходе формирователя сигнал отсутствует, что соответствует уровню логического "0". Нри превышении сигналом 25 порогового значения на выходе формирователя станавливается уровень логической "1" С выхода формирователя на первый . вход блока сравнения 10 подается сигнал 27, а на ее второй вход - сиг. нал 15 от генератора импульсов.Импульс 28 генератора, имеющий уровень логической "1 ф, подается на информационный вход (О-вход) триггера 1 Ь. 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 сфнекоторой 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 О-входе (диаграмма 30). Логическая "1" подается на элемент И-НЕ и дает разрешение на прохождение импульса генератора на С-вход триггера 12. В момент спада импульса 28генератора 12 устанавливаетоя в состояние логической "1", соответствующее уровню сигнала на О-входе. Навыход 14 Фотореле при этом подаетсясигнал "0" с инверсного выхода триггера (диаграмма 31), Сигнал "0" оз-.начает отсутствие объекта на путисветовых лучей от излучателя к фотоэлементу.Если в паузах между импульсамигенератора на выходе Формирователя 9появляется импульс с логическим уровнем "1", возникший от воздействияпомехи 22, то он поступает на С-вход .триггера 11; фронт импульса является управляющим сигналом, переключающим триггер 11 в состояние "О" соответствующие уровню сигнала на0-входе в момент появления фронтаимпульса. При этом состояние сигнала 31 на выходе Фотореле не изменяется от воздействия помехи.После прохождения следующего импульса 17, возникшего на выходе фотоэлемента от воздействия излучателя через фильтр и формирователь, навыходе последнего появляется импульсс уровнем "1", который затем поступает на С-.вход триггера 11. На3-вход этого триггера поступает импульс от генератора. При взаимодей,ствии этих двух импульсов триггер 11устанавливается в состояние "1 фПриэтом состояние выходного сигнала фотореле не изменяется. В момент (точка 23) пересечения оси оптическогоканала непрозрачным объектом 20 прекращается поступление световых импульсов от излучателя к фотоэлементу. С этого момента на 0-входе триггера 12 устанавливается уровень ф 0".После прохождения очередного импульса генератора на С-вход триггера 12через элемент И-НЕ 13 (это возможно, так как на выходе триггера 11установлена "1" и, следовательно,элемент ИНЕ открыт), в момент спада импульса триггер 12 перебрасыва".ется в состояние "0", а на его инверсном выходе появляется "1 ф, означающая присутствие объекта на пути световых лучей от излучателя к Фо.тоэлементуПри воздействии импульоной помехи 24 на выходе Формирователя 9 появляется импульс с логическим уровнем "1", лоступающий на С"вход триггера 11, фронт этого импульса переключает триггер 11 в состояние фОф.Этот потенциал подается на вход элемента И-НЕ и закрывает его для прохождения импульсов генератора наС-вход триггера 12. Поэтому триггер 12 независимо от состояния сигнала, на О-входе, в дальнейшем. остается в состоянии "0", а на его инверсном входе остается "1", т.е,сигнал на выходе фотореле неизменяется от воздействия помехи.В качестве излучателя может бытьиспользован арсенид-галлиевый инфракрасный излучающий диод АЛ 107 Б,ав качестве фотоэлемента - фотодиод ФДК, спектральная чувствительность которого максимальна начастоте излучения диода; В ролиотражателя используется ретрорефлек тор, обладающий свойством обратимости светового луча. Блок сравненияможет быть выполнен на одной микросхеме К 155 ТМ 2, содержащий 2 О-триггера, и одной ячейке микросхемы 15 К 155 ЛА 1.Введение в состав Фотореле электрического фильтра, включенного междувыходом фотоэлемента и входом формирователя, позволяет устранить про хождение постоянной и низкочастотнойсоставляющих электрического сигнала, снимаемого с выхода фотоэлемента, при воздействии на фотоэлементпосторонних источников светого из лучения постоянной или медленно изменяющейся интенсивностей. Одним изтаких источников может являться самосветящийся объект, находящийся напутисветовых лучей от излучателя к З фотоэлементу. Поскольку на входе формирователя при этом отсутствует сиг- .над, то на выходе формирователя ина первом входе блока сравнения сигнал также равен нулю. На выходе блока сравнения при этом появляетсяпотенциал, уровень которого соответствует логической "1". Этот сигналозначает присутствие объекта и явля ется истинным, несмотря на влияние,оптических помех на Фотоэлемент.4 ф;Таким образом, повышается достоверность информации о наличии либо отсутствии объекта на пути световыхлучей от излучателя к фотоэлементупри воздействии на фотоэлемент оп тических помех постоянной или медленно ихменяющейся интенсивностей.Включение в состав блока сравнения второго 0-триггера и элемент И-НЕ,при котором первый вход блока срав нения соединен с информационнымвходом второго О-триггера, а второйвход блока сравнения соединен с первым входом элемента И-НЕ, кроме тоговыход элемента И-НЕ подключен к уп равляющему входу второго Р-триггера, позволяет проиэволить периодический опрос логического состоянияпервого входа блока сравнения и установку 0-триггера в это состояние щ по команде, поступающей на управляю- .щий вход О-триггера от геНератораимпульсов через первый вход элемента И-НЕ, когда на втором его входеустановлен потенциал логическая "1".При таком построении блока сравне"ния обеспечивается незначительноеформула изобретения время опроса, который осуществляется лишь в момент спада импульса генератора. Сокращение времени опроса логического состояния первоначального входа блока сравнения, на который мо" гут поступать прошедшие чер 3 Фильтр 5 . и Формирователь ложные электрические импульсы от фотоэлемента, при засветке последнего световыми импульсными помехами, позволяет ограничить .влияние этих помех, так как вероятность 10 совпадения во времени импульса помеф хи и импульса опроса уменьшается с сокращением длительности опроса. Следствием этого является увеличение достоверности получаемой информации 15 при воздействии на Фотоэлемент световых импульсных помех.Осуществление 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 возрастает до момента, спада светового импульса излучателя, а затем постепенно уменьшается. Таким образом, в момент спада светового импульса излучателя. на зажимах фотоэлемента су ществует максимально возможный уровень сигнала, Осуществление опроса этого сигнала в момент спада импульса.генератора, синхронного со световым импульсом излучателя, позволяет получить максимально возмржную для данного устройства чувствительность фотоэлемента к воздействию излучателя. Поэтому некоторое ослабление светового потока, например, облаком водяного пара или пыли, нахо дящимся между излучателем и фотоэлементом и являющимся оптической пойехой, не повлияет на работу устройства в целом. Это повышает,достоверность получаемой информации об от сутствии объекта на пути световых лучей от излучателя к фотоэлементу при воздействии оптических помеХ, уменьшающих прозрачность оптического канала. 50Включение первого О-триггера в состав схемы сравнения, когда при . этом первый вход схемы сравнения соединен с управляющим входом первого О-триггера, второй вход схема 55 сравнения соединен с информационным входом первого О-триггера, а второй вход элемента И-НЕ связан с выходом первого О-триггера, позволяет различать электрические импульсы, возникающие от воздействия на фотоэлемент световых импульсов помехи и импульсов излучателя. Детерминирование импульса помехи ооуществляется цо моменту его возникновения, который отличается от того же параметра све" товог. импульса излучателя, синхрон. ного с импульсом генератора. В связи с инерционным свойством Фотоэлемента, при воздействии на него све- тового импульса излучателя, ток фотоэлемента, возрастает постепенно, и после г.рохождения Фильтра и формирователя фронт сформированного импульса всегда отстает по времени от фронта импульса генератора на вре- мя, не превьаюающее длительность импульса генератора, т.е. Фронт сформированного импульса всегда попадает в интервал времени существования импульса генератора. В отличие от этого фронт импульса помехи сюжет: 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 управляЮщий вход первого О-триггера и считывание. ложной информации вторым О григгером. В этом случае повыша ется достоверность информации о наличии объекта на пути световых лучей от излучателя к фотоэлементу при воздействии на фотоэлемент световых импульсных помех.Использование потенциала, снимаемого с выхода второго,Р-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 час" тотой следования импульсов генератора, а при этом выходной сигнал фото- реле, означающий наличие при отсутствии объекта на пути световых лучей, является двухпозиционным и непрерывным. Это повышает достоверность получаемой информации в произвольный момент времени.Использование фотореле позволяет повысить достоверность информации.с наличии или отсутствии изделия на оси оптического канала при"воздействии на фотоэлемент оптических помех постоянной или медленно меняющейся интенсивности. Повышение достоверности информации о наличии или отсутствии изделия на технологической линии прокатного стана увеличивает надежность автоматической системы управления технологическим процессом и, соответственнб, качество выпускаемой продукции. фотореле, содержащее излучатель.,генератор импульсов, фотоэлемент,оптический канал, который включенмежду выходом излучателя и всодом фотоэлемента, формирователь, выход которого подключен к первому входу блока сравнения, второй вход которогосоединен с выходом генератора, а выход - с выходной шиной, о т л ич а ю щ е е .с я тем, что, с цельюповыаения помехоустойчивости, в него введен электрический фильтр, который включен между выходом фотоэлемента и входом Формирователя, аблок сравнения выполнен на двухО-триггерах и элементе И-НЕ, причемпервый вход блока сравнения соединен:с управляющим входом первого Отриггера и инФормационным входом второго О-триггера, второй вход блока сравнения соединен с информационным входом первого О-триггера и первым входом элемента И-НЕ, второй вход ко" торого связан с выходом первого О-триггера, а выход - с управляющим входсм второго О-триггера, выход которого соединен с выходом блока сравнения.1 О Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Заявка франции Р 2417754,кл. 6 01 О 21/04, опублик. 1979. 2. Заявка Великобритании 9 1524564,15 кл. С 01 О 21/04, опублик. 1978 (прототип).966638 7 Составитель И. Форафонтов Техред М.Тепер Корректор Г. Решетни ишту о каз 78 4/5 ектная, 4 Филиал НПП "Патент", г ород,64 Тираж 717ВНИИПИ Государственного комипо делам иэобретений и о13035 Москва, Ж, Раушская Подписиета СССРрытийаб., д