Способ регистрации изменения светового потока

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 5 С 01 о у Гр1 ЕНИЯ Ф Фа ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИОПИСАНИЕ ИЗО К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56). 1. Гэрран Р.А. Релейный каскадна триггере Шмитта, срабатывающий подвоздействием света. - "Электроника",Америка, 1967, У 1 О, с. 25,2, Авторское свидетельство СССРйф 441608, кл. Н 01 Н 47/24, 1973(54)(57) СПОСОБ РЕГИСТРАЦИИ ИЗМЕНЕНИЯСВЕТОВОГО ПОТОКА путем преобразованиясветового потока в электрический сигнал, Фиксировании момента достиженияим порогового значения, задерживаниязафиксированного сигнала, суммирования зафиксированного сигнала с задержанным и формирования результирующегосигнала изменения светового потока вмомент достижения суммарным сигналом 80100691 4 удвоенного порогового значения, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия за счет сокращения времени селекции световой гармонической помехи, период изменения которой соизмерим с длительностью полезного светового потока, одновременно с задерживанием зафиксированногоосигнала дифференцируют электрический сигнал, интегрируют дополнительный постоянный сигнал, сравнивают проинтегрированный сигнал с эталонным, прекращают задерживание первого зафиксированного сигнала, если момент изменения знака разностного сигнала опережает момент равенства нулю Р продифференцированного сигнала, и Я уменьшают проинтегрированный сигнал до нулевого значения в каждый момент равенства нулю ранее продифференцированного сигнала.1 100691Изобретение относится к измерениюи регистрации светового потока с помощью фотоэлектронных преобразователей и может, быть использовано в фотоэлектронных системах автоматического, управления, подверженных воздействиюсветовых гармонических помех и возмущений, период изменения которых соизмерим с длительностью полезногосветового потока. 1 ЕИзвестен способ регистрации изменения светового потока, по которомупреобразуют световой поток в электрический сигнал с помощью Фотоэлемента,измеряют электрический сигнал и фиксируют момент достижения электрическим сигналом уровня срабатывания триггера Шмитта. В зафиксированный моментвключают выходное устройство Фотоэлектронного преобразователя 11.Недостаток данного способа состоит в низкой помехозащищенности, таккак регистрация изменения световогопотока осуществляется под воздействием светового сигнала любой длительности, в том числе и под .воздействиемсветовой помехи, длительность которой существенно меньше длительностиполезного информационного световогопотока,ЗОНаиболее близким, к изобретениютехницеским решением является способрегистрации изменения светового потока, характеризующийся тем, что световой поток преобразуется с помощью35фотоэлемента в электрический сигнал.Далее этот электрицеский сигнал измеряется и при достижении им определенного порогового уровня фиксируетсяизмеренный сигнал в момент его пре 4 Овышения. Задерживается на интервалвремени, пропорциональный длительности полезного информационного светового потока, выходной электрическийсигнал фо гоэлектронного преобразова 45теля. Суммируется ранее зафиксированный сигнал с задержанным, Измеряетсясуммарный сигнал и в момент достижения суммарным сигналом удвоенногозначения порога срабатывания первогофиксатора формируется результирующийсигнал, который соответствует регист-,рируемому световому потоку, За счетзадержки выходного сигнала фотоэлектронного преобразователя осуществляется селекция световой импульсной помехи, длительность которой меньше длительности полезного информационногосветового потока. Это позволяет повы 2сить помехозащищенность регистрацииизменения светового потока2.Недостаток известного способа состоит в том, что снижается быстродействие регистрации изменения светового потока на величину времени задерж.ки селекции помехи по минимуму еедлительности . Это обьясняется тем,цто задержка регистрации изменениясветового потока осуществляется наодну и ту же постоянную, заранее заданную величину времени, равную длительности полезного светового информационного потока,Целью изобретения является повышение быстродействия за счет сокращения времени селекции световой гармонической помехи, период изменениякоторой близок или совпадает с длительностью периодом следования) полезного светового информационного потока,Указанная цель изобретения достигается тем, что согласно способу, содержащему операции преобразованиясветового потока в электрический сигнал, фиксирования момента достиженияим порогового значения, задерживаниязафиксированного сигнала, суммирования зафиксированного сигнала с задержанным и Формирования результирующего сигнала изменения светового потока в момент достижения суммарнымсигналом удвоенного порогового значения, одновременно с задерживанием заФиксированного сигнала дифференцируют ранее полученный электрический сиг.нал, интегрируют дополнительный постоянный сигнал, сравнивают измеренный проинтегрированный сигнал с эталонным, прекращают задерживание первого зафиксированного сигнала, еслимомент изменения знака разностногосигнала опережает момент равенства нулю продифференцированного сигнала, иуменьшают проинтегрированный сигналдо нулевого значения в каждый моментравенства нулю ранее продифференцированного сигнала.В результате этих операций надэлектрическими сигналами определяются экстремальное 1 максимальное) значение световой гармонической помехии момент времени, при котором этотэкстремум имел место, в интервалевремени превышения световым потокомпорогового значения, Если момент времени достижения экстремального значе-ния превышает половины длительностиго порогового выходного элемента 12Кроме того, выход Фотоприемника 8соединен черездифференцирующий блок 21и нуль-орган 20 к управляющим входаминтегратора 17 и коммутатора 16. К одному входу блока 18 подключен выходисточника 14, а к другому - через,коммутатор 15 и интегратор 17 - выходисточника 13 постоянного сигнала,Выход порогового элемента 9 соединен с управляющим входом коммутатора 15 и с одним иэ входов сумматора 11.Устройство работает следующим образом,С помощью фотоприемника 8 световойпоток ф ( Фиг. 1, содержащий полезныйимпульсный поток и световую помеху,преобразуется в электрический сигналЕ. Электрический сигнал Е измеряетсяпо отношению к пороговому уровню срабатывания порогового элемента 9 и вмомент его,превышения1 срабатываетпороговый элемент 9, который Фиксирует этот момент,Выходной сигнал М пороговогоэлемента 9 поступает на вход блока 10, где он задерживается на величину, кроме того, этот сигнал Чф .поступает на один из входов сумматора 11 и на управляющий вход коммутатора 15, который срабатывает и подключает источник 13 к входу интегратора 17, Интегратор начинает интегрировать свой постоянный сигнал Чсо скоростью, заданной его постояннойвремени интегрирования и пропорциональной величине о . За время чфкин-тегратор 17 наинтегрируетнакопитсигнал Ч , равный выходному сигналу Я источника 14, Одновременно сэадерживанием сигнала Чф и интегрированием сигналами осуществляется спомощью блока 21 дифференцированиеэлектрического сигнала Е, например,видаЕ И,) =Ео+Е Е 1 И (ий+Чо), (1.1)где Е- постоянная составляющая;Е - амплитудное значение гармонической помехи;Т - постоянная времени затухания световой помехи;,о- фаза гармонической помехи. При этом определяют экстремальное (максимальное ) значение для помехи вида 1.1), т.е. находят первую производную для функции Е 1) . 3 1006914полезного светового импульсного потока, то предлагается прекращать селекцию светового потока от световойгармонической помехи и сразу же формировать результирующий сигнал изменения полезного светового потока, Этопозволяет сократить время селекциии повысить тем самым скорость преобразования светового потока в электрический сигнал при наличии в световом 1 Опотоке гармонической световой помехи, период изменения которой близокили совпадает с длительностью полезного светового потока,На фиг. 1 приведены эпюры сигна- д 5лов, поясняющие способ регистрацииизменения светового потока; на Фиг,пример Функциональной схемы устройства.Устройство содержит световой поток 1, состоящий из полезного светового потока и световой помехи, элект.рический сигнал 2, полученный припреобразовании светового потока, гдеЕ о - сигнал, соответствующий уровнюфиксирования Фотоэлектронного преобразователя, сигнал 3, полученныйпри Фиксировании полезного. световогоюпотока, сигнал 4(М), задержанныйна величину., где 1: - интервал вре.мени, пропорциональный длительностиполезного информационного световогопотока, дополнительный постоянныйэлектрический сигнал 5 , 6 Я)проинтегрированный постоянный электрический сигнал Ч, где Ч- эта.лонный сигнал, разностный сигнал 7(МРполучаемый при сравнении эталонногоУ и проинтегрированногоЧП электрических сигналов; выходной сигналЧВЫ 1 фотоэлектронного преобразователя,40е - точки кривой Е, где производная равна нулю, фотоприемник 8, например Фоторезистор, пороговый элемент 9, например триггер Шмитта,блок 10 временной задержки с регулиру 45емым временем задерживания, сумматор 11 на два входа, релейный пороговый элемент 12выходное устройство,источники 13 и 14 постоянного и эталонного сигналов соответственно, комомутаторы 15 и 16, интегратор 17, сравнивающий блок 18, нуль-органы 19 и20, например чувствительные релейныеэлементы, дифференцирующий блок 21.На Фиг, 1 показано, что выход Фо- Итоприемника 8 подключен через порого.вый элемент 9, блок 10 временной задержки и сумматор 11 к входу релейно.МсРэт 5006В ходе решения этой задачи определяют момент времени 4, при котором имеет место экстремум 1,максимум.)значения Функции Е (+)Ю - Чо)+иЯ,где Ф 0,1,2,3, ,1,Одновременно с задержкой Фиксированного сигнала Чф интегрируют постоянный сигнал Че, сравнивают эта 10лонный Ч, т и интегрируемый Ч 11 сигналы, т,е. Решается уравнение вида3)Учитывая, что эталонный сигнал является постоянным ступенчатым сигна 1лом, а получаемый проинтегрированныйсигнал и эталонный сигнал имеет соответствующий вид2 ОЧ.- Ъ+(,1.6где- масштабный коэффициент; зоК - коэффициент пропорциональности междуна и Чт ,; - момент времени начала ин 1тегрирования;-,момент времени окончанияэюинтегрирования.Операция фиксирования моментавремени 1.равенства нулю, продифференцированного сигнала Е осуществляется с помощью нуль-органа 13. Сравюнение эталонного Мти выходного сигналов Чп интегратора 17 происходитна входах блока 18.В процессе сравнения М и Чи определяют моменг времени, когда выражение1.6 ) обращается в нуль, напри 45мер, с помощью нуль-органа 19, т,е.находят величину.Ь+ь, (1.7)Сравнивая момент времени 61.7)и 1(1.2 ) переходят к одной из следующих операций:1, Если .Ь с 6( Фиг.1), то прекращается задержка Фиксированного Чф сигнала и осуществляется .формированиевыходного сигналаЧВИ 11 фотоэлектронного преобразователя, причем по сравнению с известными способами время за-Ф 914 б держки 7 меньше времени задержки Гизвестных способов, например, в двараза.Техническая реализация этих операций может быть осуществлена с помощьюкомм мутатора 16 и нуль-органов 19 и20. При срабатывании в момент времени Ь нуль-органа 19 коммутатор 16отключит блок 10. Задерживание сигнала Ч прекратится, На выходе сумматора образуется, начиная с момента времени Ь, удвоенный суммарный сигнал,под воздействием которого сформируется сработает выходное реле 5 ) выходной сигнал фотоэлектронного преобразователя, который опережает аналогичныйпоказано на фиг. 1 пунктирной линией) выходной сигнал фотоэлектронного преобразователя безреализации предложенных операций.Далее сравнение проинтегрированного и эталонного сигналов продолжается до момента времени, когда сработает нуль-орган 20.В момент временисигнал на выходе интегратора 17 уменьшается донуля, а величинаЧсР становится равной постоянному эталонному сигналуМ тРеализация этих операций подготавливает фотоэлектронный преобразовательк следующему очередному изменениюсветового потока.2, Если-(не показано), тосразу прекращается операция интегрирования сигнала М , и в момент времени .Ь на выходе интегратора сигналуменьшается до нуля, а Ч.,Р становитсЯ РавнымЧ ат и нУль-оРган 19 и коммутатор 16 не .срабатывают, При этомна выходе фотоэлектронного преобразователя не будет досрочного Формирования выходного сигнала, Т.е, осуществлена прежняя селекция помехипо минимуму ее длительности с заданным прежним быстродействием.13. Если помеха отсутствует, топрактически всегда будет справедливо неравенство, что 4+Э и, следовательно,= СФиг. 1). Таким образом, при отсутствии помехи,т.е. в идеальных условиях, время задержки зафиксированного сигнала будет постоянно и равно Г , т.е. небудет отличаться от времени селекции известного способа,Если помеха имеет на уровне сра.батывания Ер поРогового элемента 9длительность меньше/2, напримерЬ -т, то в момент времени - 6 равен1006914 8 ства нулю первой производной сигнала световую помеху, период следования Е срабатывает нуль-орган 20, который которой близок или совпадает с длиобнулит интегратор 17 и отключит,ком-., тельностью полезного светового пото- мутатор 16 от управляющего входа бло- ка,ка 10. Блок 1 О сохранит прежнюю вре- % Сокращение, например, в два раза . меннюю задержку Г . Однако это не по- . времени селекции световой помехи и влияет на быстродействие Фотоэлектрон. повышение тем самым соответственно ного преобразователя, так как к мо- в два раза быстродействия Фотоэлектменту. истечения временной задержки ронных преобразователей при регистра- .Ю уровень помехи уменьшится и выход ции изменения светового потока до" ной элемент 12 не будет формировать стигается за счет нахождения экстре- сигнал М. мума световой помехи и изменения вреПоложительный эффект от использова мени задержкиселекции Формирования предлагаемого изобретения состо- ния выходного сигнала в соответствии ,ит в том, что сокращается, например, 3 с очередностью появления экетремума в два раза время селекции световогои половиной интервала времени запотока, содержащего гармоническую держки.Старостин а Ко СоставительТехреду Т,ИатоТираж 5 б 9сударственногоам изобретенийква Ж-Я РаПатент", г. Уж тор одписноеССР ВНИИПИ Гопо делжжж)0)54 чаефилиал ППйй роектная, Ренактоо Л. Гоатиллр Заказ 2121/63